Um die Zielvorgabe zu erreichen, schlug Rockwell Automation eine werksweite Software-Optimierungslösung als Alternative zur Beschaffung von zusätzlichem Equipment vor. Auch WWE identifizierte die Implementierung eines modellprädiktiven Regelungssystems (Model Predictive Control, MPC) zusammen mit einem einzelnen Fermenter schnell als die kosteneffektivste Lösung. Die fabrikweite Lösung umfasst Module für den Wasserhaushalt, Fermentierung, Destillation und Siebung sowie Trockner und Verdampfer. Schrittweise Prozessverbesserungen Im ersten Abschnitt des Ethanol-Herstellungsprozesses steuert das System die Trockenaufbereitung und den Wasserhaushalt des Getreides, das den Fermentationsbehältern zugeführt wird. Dabei wird der Wassergehalt der Feststoffe in der Maische ebenso kontrolliert, wie der Anteil der Fermentierungsflüssigkeit, die in der Maische wiederverwendet wird. Zudem werden die Koch- und Bierzuführungsraten mit Hilfe der Gärungs-und Bestandsniveaukontrolle koordiniert. Bei Letzterer wird der Gesamtbestand in allen Batch-Tanks überwacht, so dass die Zufuhrraten den Entnahmeraten für die Endproduktreinigung entsprechen. So kann WWE ein einheitlicheres Ausgangsmaterial erzeugen, durch das sich Reproduzierbarkeit und Stabilität des Fermentierungsprozesses verbessern. Fermentierung In den Fermentern reguliert das Steuerungssystem die Bedingungen und Enzymgehalte jeder Füllung und reduziert so Schwankungen im Fermentierungsprozess. Dadurch kann man aus jeder Tonne Getreide mehr Ethanol erzeugen, während gleichzeitig weniger Enzyme, bezogen auf die erzeugte Menge Ethanol, benötigt werden. Darüber hinaus kann die Anlage ein einheitlicheres Produkt mit niedrigerem Zuckergehalt herstellen, da ein größerer Anteil des Zuckers in Ethanol umgewandelt wird. Wasserhaushalt Der Wasserhaushalt stabilisiert das Ausgangsmaterial des Fermentierungsprozesses, indem die Konsistenz der Maische kontrolliert wird. Dies wiederum verbessert die Fermentierungsleistung. Die Steuerung regelt die Verbindung zwischen Vorfermenter- und Nachfermenter-Einheit, sodass die Anlage mit höherer Kapazität arbeiten kann. Die modellprädiktive Regelung koordiniert die beiden Einheiten und sorgt dadurch für mehr Stabilität. Destillation und Siebung Während des Destillationsprozesses reduziert das Steuerungssystem Schwankungen im Energieverbrauch, indem es das Kostenverhältnis zwischen dem Molekularsieb-Betrieb und der Ethanol-Destillationskette einschätzt, um den angestrebten Ethanolgehalt zu erreichen. Die Steuerung wägt außerdem die Ethanolverluste am Boden der Destillationskolonne oder im Seitenstripper gegen die relativen Kosten des Durchsatzes bzw. des Energiebedarfs zum Gewinnen des Ethanols ab. Die vom Steuerungssystem bereitgestellten Daten helfen dem Bedienpersonal bei der Ermittlung der Vorgaben für den Sieb-Betrieb, um die zeitliche Steuerung der Wasserabscheidung zur Steigerung der Systemeffizienz einzustellen. Die Anlage kann damit auch auf den höheren zulässigen Feuchtegehalt des Ethanols hinarbeiten. Daten, die vor und nach der Implementierung eingeholt wurden, zeigten den Betreibern, dass sie im Gegensatz zu früher mit 114% mehr Feuchte im wasserfreien Produkt arbeiten und dennoch die Spezifikationen für das Produkt einhalten können. Schlempe/Trocknung In der Schlempe- bzw. Trocknungsstufe kontrolliert die Software-Lösung die Feststoffe in der Maische und die Trocknung des Kuchens für eine optimale Energieeffizienz. Die Zuführung des Getreides zu den Trocknern wird durch Anpassung der Zentrifugenbeschickung, des Gasdurchflusses und des Dicksaftzustroms so reguliert, dass der gewünschte Feuchtegehalt in den Destillationsstufen erreicht wird. Fazit
Rockwell Automation GmbH
