Präzise Füllstandmessung in Zuckermühlen

Zuckerproduktion optimieren: Grenzstandmessung mit Schwingstab & Füllstandsmessung mit Radar

 

Zur Erfassung der Lagerbestände, zur Steuerung von Rezepturen bei Chargen- und Durchlaufmischungen benötigen Anlagen zuverlässige und exakte Messdaten, damit in der Produktion alles rund läuft. Jede Branche mit ihrer Vielfalt an komplexen Anwendungen und Materialien überrascht an dieser Stelle gerne mit kniffligen Aufgaben. Im Lebensmittelsektor sind generell hohe Auflagen zu erfüllen was Hygiene und Prozesssicherheit angeht. Bei den Anwendungsprozessen eines Zuckerherstellers im zentralamerikanischen Guatemala wird deutlich, dass sich zuverlässige, langlebige sowie flexible Lösungen für die Chargenmessung auf den gesamten Verarbeitungsprozess positiv auswirken.

 

Zucker in seiner süßen Vielfalt

Für die Unterstützung der Herstellung seiner unterschiedlichen Zuckerendprodukte war eine Zuckermühle in Guatemala Anfang 2017 auf der Suche nach geeigneter Messtechnik zur Bestimmung von Grenzständen sowie zur Inhaltskontrolle in Silos und Prozessbehältern. Die Anlage verarbeitet Rohrzucker hauptsächlich zu Haushaltszucker darunter Flüssigzucker und Kristallzucker bzw. Raffinade in verschiedenen Körnungen, außerdem Weißzucker und Muskovade.

Seit Ende der achtziger Jahre sind die Zuwächse der Weltzuckererzeugung vor allem dem Rohrzucker zuzuschreiben. Im Gegensatz dazu bewegt sich die Rübenzuckererzeugung im selben Zeitraum mit rund 33 Mio. Tonnen auf nahezu unverändertem Niveau. Im Wirtschaftsjahr 2016/17 betrug der Anteil des Rohrzuckers an der Gesamtzuckererzeugung rund 78 Prozent und der des Rübenzuckers 22 Prozent. Südamerika gehört neben Amerika und Asien zu den Top Weltzuckererzeugern. Im Zeitraum 2016/17 zählt dabei Guatemala neben Kuba, Brasilien und Australien auch zu den Ländern mit dem höchsten Zuckerabsatz (Lt. WVZ (Wirtschaftliche Vereinigung Zucker e.V.) / VdZ (Verein der Zuckerindustrie e.V.). Die Zuckermühle in Guatemala beliefert die gesamte Region Latein- und Zentralamerika und exportiert ebenfalls in die EU. Für die lokalen Märkte sowie in Honduras, El Salvador und Mexiko ist er Hauptlieferant für verarbeitete Zuckerendprodukte.

 

Mit berührungsloser Sensorik den Siloinhalt im Blick

Radarsensoren werden neben den Loten häufig zur kontinuierlichen Füllstandmessung in Lagersilos eingesetzt. Sie messen Distanzen bis zu 100 Meter und können durch die hohe Sensibilität neben grobkörnigen insbesondere in sehr feinen Schüttgütern eingesetzt werden. Um der Zuckeranlage in Guatemala eine innovative Lösung für die Lagerbehälter für den erzeugten Kristallzucker bzw. die Raffinade zu bieten, wurde der berührungslose NivoRadar® NR 3000 mit verstellbarem Flansch installiert.  Die Zuckersilos fassen mit 15 Metern Höhe 86.000 Kilogramm Material. Der Zuckerstand ändert sich teilweise schnell und muss zuverlässig in einer Voll- sowie Leermeldung erfasst werden.

Das Gerät arbeitet mit 78 GHz Hochfrequenz. Das hochfrequente Signal wird mit einer sehr engen Strahlkeule von nur 4° ausgesendet, vom Kristallzucker reflektiert und wieder vom Sensor empfangen. Die Frequenzdifferenz, welche direkt proportional zum Abstand ist, wird dann weiter verarbeitet und als Füllstandsignal ausgegeben. UWT hat den Radarsensor mit einer extra schmalen Strahlkeule ausgestattet, denn diese ermöglicht den Einsatz in engen hohen Silos und erleichtert den Einbau und die Platzierung des Sensors. Über den Verstellflansch wurde der Radar optimal ausgerichtet und die Strahlkeule auf den gewünschten Punkt fixiert, den Siloaustrag.

Durch das robuste Edelstahl Gehäuse behauptet sich der NR 3000 in unterschiedlichen industriellen Anwendungen, selbst bei der Detektion schwieriger Medien. Zucker ist teilweise ein recht schwieriges Medium, da es, je nach Konsistenz der Sorte, an Messsensoren anhaften kann und so das Messergebnis verfälscht wird. Das wiederum kann sich auf den gesamten Weiterverarbeitungsprozess auswirken, wenn es zu Siloüberläufen oder zu Verstopfen der Filter oben am Silodach kommt. Von Vorteil ist hier natürlich der Einsatz berührungsloser Technik. Außerdem war aufgrund des integrierten Luftspülanschlusses für die Reinigung der Linsenantenne der Einsatz hier völlig problemlos möglich. Auch bei Kondensatbildung sorgt der Spülanschluss für eine funktionssichere Messung. Das Gerät arbeitet mit einer Zweileiter-Technik und wird über ein lokales Programmiergerät mit Display und einem Schnellstartassistent einfach in Betrieb genommen. Der freistrahlende Radarsensor hat eine komplett staubdichte Verbauung und liefert zuverlässige Messergebnisse bei Prozesstemperaturen bis zu +200°C.

 

In Lagerprozessen lässt sich der NivoRadar® dabei ohne weiteres mit dem Visualisierungssystem NivoTec® verbinden und bietet eine gute Kombiniermöglichkeit als Element zur Füllstandbestimmung. Die Datenvisualisierung liefert die detektierten Füllstände in Höhe, Prozent, Gewicht oder Volumen. Es werden Trends gespeichert, E-Mails über Füllstände oder Silovollmeldungen können aktiviert werden. Die Fernabfrage der gewonnenen Daten kann auch über ein GSM-Modem erfolgen. Dort können die aktuellen Messwerte über die NivoTec® Visualisierungssoftware an jedem Ethernet-PC per Internetbrowser abgerufen werden. Der Datenzugriff erfolgt besonders zeitnah, weil die Visualisierungs-Controller direkt im Firmen-Ethernet eingebunden sind. Die Systeminstallation ist unkompliziert und kann durch eigene Servicekräfte erfolgen. Dadurch dass sämtliche detektierte Füllstände jederzeit aktuell verfügbar sind, ist ein gewisser Grad an Planungssicherheit für den Anlagenbetreiber gewährleistet.

 

Ob grob ob fein – der Schwingstab erfasst Grenzstände clever mit seiner 4-stufig einstellbaren Sensibilität

Immer lauter wurde in den vergangenen Jahren der Ruf nach weiteren kompakten Grenzschaltern die eine weltweit hohe Kompatibilität aufweisen und sich durch gängige technische Features in sehr vielen Applikationen ohne großen Konfigurationsaufwand einsetzen lassen. Ein Design, das sich auf den internationalen Märkten etabliert hat, weist sehr kleine Anschlussgewinde auf und arbeitet nach dem Vibrationsprinzip.

Die UWT GmbH erweiterte dementsprechend die Produktfamilie um den Schwingstab Mononivo® MN 4000, der vom Aufbau her eine Einstabsonde mit sehr kompakter Bauform ist. Dieser schwingt piezoelektrisch angeregt auf einer mechanischen Resonanzfrequenz. Wird die Sonde durch das Schüttgut bedeckt, so wird die dadurch entstehende Dämpfung elektronisch registriert und ein entsprechender Schaltausgang betätigt.

Für einige Prozessbehälter innerhalb der Zuckermühle eignete sich der Stabdetektor Mononivo®  hervorragend als Voll-, Bedarfs- sowie Leermelder, da dieser über Anschlußgewinde ab 1" verfügt und somit auch in begrenzten Raumverhältnissen zuverlässige Messergebnisse liefert. Hier wird Weißzucker unterschiedlicher Körnung (Hagel-, Grieß-, Puderzucker) - mit einem DK Wert zwischen 1,6 - 2,0 bzw. einem Schüttgewicht von ca. 490 g/l – zwischengelagert.

Die kompakte Version des MN 4020 mit einer Auslegerlänge von nur 160mm wurde als Leermelder im unteren Viertel der Prozessbehälter eingesetzt. Der Schwingstab wurde mit einem absolut staubdichten Gehäuse verbaut sowie einer robusten Sensorik die zugleich sensibel genug am Ausleger reagierte, um Material „Vorhandensein“ und „Nichtvorhandensein“ zuverlässig zu detektieren.    

Die Version des MN 4030 mit einer Rohrverlängerung am Ausleger von 400mm wurde vom Silodach aus zur Vollmeldung eingebaut. Hierbei konnte durch mechanische Höhenverstellung der Schaltpunkt flexibel eingestellt werden.

Die hohe Oberflächengüte der Sondenausleger machte eine vielfältige Anwendung in den unterschiedlich gekörnten Zuckersorten möglich, auch bei zu Anhaftung neigenden staubintensiveren Materialien. Gerade bei den sehr feinkörnigen Produkten lag eine durchaus sehr staubige Atmosphäre vor. Durch die 4-stufig einstellbare Sensibilität wurden sehr leichte, pulvrige Sorten ab 20 g/l zuverlässig erfasst. Gleichzeitig ermöglichte die robuste Verbauung ebenfalls die Messung in sehr grobkörnigen Zuckergranulaten.

Innerhalb der Stahlbehälter herrschte ein Prozessdruck bis zu 0,8bar (11,6psi), was für den Einstab gut handelbar war (druckfeste Ausführungen gehen bis 16bar). Das prozessberührende Material des Geräts ist komplett aus Edelstahl und lebensmittelkonform. Internationale Zulassungen machen den Einsatz insbesondere in staubexplosionsgefährdeten Bereichen problemlos umsetzbar. Was dem Anlagenbetreiber der Zuckermühle besonders zusagte war, dass die Mononivo® Schwingsonde eine unkomplizierte Lösung zur Grenzstanderfassung ist, da sie bereits in der Standardausführung eine hohe Kompatibilität zu den gängigsten Anwendungsbereichen weltweit aufweist. Sie ist robust, einfach und ohne Kalibrierung in Betrieb zu nehmen und kann bereits bei der Sensorauswahl durch die verschiedenen Geräteserien exakt auf die Anwendung konfiguriert werden. So gibt es die Stabmesssonde mit verschiedenen Flanschen sowie variablen Auslegerlängen mit Rohrverlängerung. KIT-Lösungen mit anwendungsbezogenem Produktdesign sind leicht umsetzbar, was individuell schnell anpassbare Gerätebauweisen und ein Mehr an Flexibilität für die Anlagenbetreiber bedeutet.