Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Návrh merania teploty a vlhkosti v sušiarni pre kontinuálne sušenie zemiakového škrobu

Fakulta:

Fakulta chemicko-inženýrská

Ústav:

Ústav fyziky a měřici techniky

Meno:

Bc. Lukáš Rusyniak

Ročník:

1. (magisterské štúdium)

Odbor:

Inženýrská informatika a řízení procesů

Register:

1.

Teoretická časť................................................................................................- 2 1. 1 Škrob a škrobárenský priemysel......................................................... - 2 1.2 Výroba zemiakového škrobu ............................................................... - 2 1.3 Sušenie ako technologická operácia ................................................... - 5 -

2.

Praktická časť ..................................................................................................- 6 2.1 Popis sušiarne zemiakového škrobu ................................................... - 6 2.2 Sušenie zemiakového škrobu.............................................................. - 7 2.3 Vlhkosť a jej meranie ........................................................................... - 8 2.3.1 Definícia vlhkosti ........................................................................... - 8 2.3.2 Vlhkomery ..................................................................................... - 8 2.3.3 Výber vhodného senzoru na meranie vlhkosti............................. - 10 2.4 Teplota a jej meranie ......................................................................... - 11 2.4.1 Definícia teploty........................................................................... - 11 2.4.2 Meranie teploty............................................................................ - 11 -

3. Návrh osadenia senzorov do sušiacej pece ............................................- 13 3.1 Návrh osadenia senzorov .................................................................. - 13 3.1.1 Poloha senzorov v sušiacej peci ................................................. - 13 3.1.2 Výber vhodných senzorov ........................................................... - 14 3.1.3 Vyhodnotenie ekonomických nákladov ....................................... - 17 4. Záver ....................................................................................................................- 18 -

1. Teoretická časť 1. 1 Škrob a škrobárenský priemysel Škrob je zásobný polysacharid. Skladá sa z 2 homopolysacharidov: amylóza a amylopektín [1]. Amylóza je polymér tvoriaci šrúbovicu s 500 až 2500 jednotkami glukózy. Amylopektín je molekula zložená z 10 000 a viac jednotiek glukózy. Škrob vzniká ako konečný produkt fotosyntézy v zelených rastlinách. Delí sa na niekoľko základných druhov podľa použitia priemyselnej plodiny: Zemiakový Kukuričný Jačmenný Ryžový Škrob je dôležitou surovinou v potravinárskom priemysle [1]. Ďalšími odvetviami, kde sa používa je papierenský a chemický priemysel. V rôznych odvetviach priemyslu sa potom zo škrobu vyrábajú lepidlá, plastické látky, dextrín

(lepidla,

zahusťovadla

v

potravinách),

dextróza

(farmaceutický

priemysel), škrobový sirup (cukrovarníctvo). Zbytky nespracovaného škrobu a odpad z výroby sa suší a skrmuje. V Českej Republike sa škrob vyrába na týchto miestach: Havlíčkuv Brod (Amylon a.s., Naturamyl a.s.), Krnov (Krnovská škrobárna a.s.), Horaždovice (Lyckeby amylex a.s), Pelhřimov (Škrobárny Pelhřimov a.s.), Červená Řečice (Jip Cerepa a.s.) [2].

1.2 Výroba zemiakového škrobu Spracovanie a druh použitej priemyselnej plodiny odlišuje aj výrobu. Zemiakový škrob tvorí zrna oválneho tvaru o veľkosti 15 – 100 µm. Teplota mazovatenia škrobu sa pohybuje od 59 do 68 °C. Mazovatenie je nežiaduci a hlavne nereverzibilný dej. Zemiaky obsahujú len 19 % škrobu. Ostatné látky obsiahnuté v zemiakovej hľuze sú voda (takmer 75 %) , bielkoviny (2 %), popoloviny (1%), tuky (1%) [1]. Na výrobu sa používajú mechanicky

nepoškodené

a mikrobiálne

-2-

nekontaminované

zemiaky.

Najpoužívanejšie

odrody

sú

jarné,

poloranné

a polopozdné.

Medzi

najpoužívanejšie odrody patrí Orvela a Amylex. Jednotlivé fázy výroby zemiakového škrobu [3]: 1.

Skladovanie a transport zemiakov – prebieha najčastejšie na vagónoch

alebo autách. V podniku sa tvorí poistná zásoba podľa veľkosti produkcie okolo 10 dní. Zemiaky sa čistia v splavoch. Tu sa oddeľuje hlina, kamene a iné hrubé nečistoty. 2.

Čistenie zemiakov – po oddelení vody na plavenie zemiakov prebieha

kontrolné

váženie

a optimalizácii

vsádzky

kvôli

technologického

životnosti

procesu.

Po

technologického tomto

vážení

zariadenia nasleduje

dočisťovanie zemiakov v práčke. Tu sa oddeľujú nalepené kúsky buriny a blata. Voda z práčky sa následne čistí pomocou filtrácie. 3.

Drvenie zemiakov – po vyčistení postupujú zemiaky do rezačky. Snahou

je dostať čo najmenšie kúsky zemiakov z dôvodu vysokej účinnosti separácie škrobu. Po rozrušení zemiakov na kašu sa táto zmes privádza do kontinuálnej odstredivky, kde sa oddeľuje bunková šťava a rezky spolu s kašou. Spracováva sa už len bunková šťava a kaša spolu s rezkami sa po vysušení skrmuje.

Obr. 1: Rezačka zemiakov (Larsson) [4]

4.

Vypieranie škrobu – privedená bunková šťava sa vedie do zariadenia

na vypieranie škrobu. Vypieranie prebieha pomocou mechanických kefiek, rotujúcich valcov, alebo sita s veľkosťou otvorov od 60 do 120 µm. Na sito sa kontinuálne privádza voda na odplavenie nežiaducich zbytkových látok. Produktom vypierania je škrobové mlieko.

-3-

Obr. 2: Vákuový filter (Larsson) [4]

5.

Získanie surového škrobu – v tomto kroku ide o dočistenie škrobového

mlieka a produktom jeho rafinácie je surový škrob. Čistenie prebieha na sitách, kde sa oddeľujú posledné zbytky tuhých nečistôt. 6.

Čistenie surového škrobu – tu dochádza ku zakoncentrovaniu surového

škrobu oddelením prebytočného množstva vody a nečistôt. Zahustenie prebieha v rotačnej odstredivke a delenie na základe rôznej odstredivej sily častíc v hydrocyklóne [5]. Po zahustení nasleduje predsušenie škrobu na vákuovom filtre. Tu sa zvýši množstvo škrobu na takmer 40 % hmotnosti zmesi. 7.

Sušenie škrobu – konečným

krokom pre výrobu škrobu je sušenie.

O sušení škrobu pojednáva praktická časť práce. Odpady z výroby (zemiakové rezky a drť) sa taktiež sušia a používajú na kŕmenie a odpadová voda z výroby a čistenia sa používa ako hnojivo.

Obr. 3: Model sušiacej pece na zemiakový škrob (Larsson) [4]

-4-

1.3 Sušenie ako technologická operácia Sušenie je separačná operácia založená na odstraňovaní kvapaliny z tuhých alebo plynných látok [6]. Najčastejšou kvapalinou, ktorá sa oddeľuje vyparovaním je voda. U plynov stačí ochladenie a kondenzácia kvapaliny. Sušenie môže prebiehať buď mechanicky (odstredivky, centrifúgy), termicky (odparovanie, vymrazovanie a následné oddelenie ľadu pri výrobe ovocných štiav) alebo chemicky použitím látky, ktorá na seba naviaže vlhkosť z okolia (kyselina sírová a iné hygroskopické látky). Metódu sušenia volíme podľa materiálu s ohľadom na čo najvyššiu účinnosť procesu. Nesmie však byť prekročená degradačná teplota z dôvodu znehodnotenia sušeného materiálu. Sušenie

tuhých

látok

má

určitý

mechanizmus.

Tento

mechanizmus pozostáva z dvoch časti. Je to fáza konštantnej rýchlosti sušenia a fáza klesajúcej rýchlosti sušenia. Vo fáze konštantnej rýchlosti sušenia sa odparuje vlhkosť z materiálu na povrchu a tesne pod ním. Pri klesajúcej rýchlosti sušenia sa odparuje vlhkosť z vnútorných vrstiev materiálu. Sušenie končí dosiahnutí rovnovážnej vlhkosti materiálu rovnakej s okolím. Zlom medzi konštantnou rýchlosťou a klesajúcou rýchlosťou je kritický bod [7].

Obr. 4: Graf priebehu sušenia

Rýchlosť sušenia záleží na vlhkosti a teplote sušiaceho média (najčastejšie vzduchu, spalín), veľkosti a tvare zŕn, drsnosti materiálu, type prúdenia sušiaceho média cez sušiareň a porozite materiálu.

-5-

2. Praktická časť 2.1 Popis sušiarne zemiakového škrobu Sušiareň zemiakového škrobu zobrazená na obr. 6 je model od firmy Larsson doplnený o refluxný tok vlhkého škrobu. Iné dodávateľské firmy sa v zapojení jednotlivých zariadení môžu líšiť ale, zapojenie a prívod škrobu do sušiacej pece sa nelíšia. Schéma pozostáva z týchto častí. 1 je vákuový filter, ktorý slúži na odvodnenie škrobu na hmotnostnú koncentráciu škrobu

38 - 40 %. 2 je „šnekový“ dopravník pre podávanie vlhkého škrobu

do pece. 3 je Venturiho dýza na meranie prietoku plynu v peci. Zisťuje sa v nej tlakový rozdiel pred zúžením a na najužšom mieste dýzy. R je reflux alebo prepad. Je to množstvo škrobu, ktoré je vlhké, ťažké a nemá dostatočnú hybnosť, aby došlo až do cyklónu. Vlhký škrob sa vracia do „šnekového“ dopravníka na vstupe. 4 je rada cyklónov na usadzovanie suchého škrobu. 5 je ventilátor, ktorý ženie teplý vzduch z cyklónov ďalej v potrubí. 6 je výmenník tepla, kde sa predhrieva vzduch do pece pomocou odpadového tepla vo vzduchu z cyklónov. 7 je výstup odpadového vzduchu von zo systému. 8 je dopravník na suchý teplý škrob. 9 je vstup pre studený vzduch na ochladenie škrobu na teplotu okolia. 10 je vzduchový filter. 11 je výstup chladného škrobu. 12 je cyklón na oddelenie prachu škrobu od chladného vzduchu. 13 je výstup ohriateho vzduchu zo systému. 14 je vstup studeného vzduchu. 15 je vzduchový filter. 16 je výmenník tepla na ohrev studeného vzduchu. 17 je hnací ventilátor pre horúci vzduch. 18 je výmenník tepla na ohrev predhriateho vzduchu na konečnú požadovanú hodnotu. 19 je poistný ventil.

Obr. 5: Obrázok sušiacej pece na škrob (India, dodávateľ Starcosa) [8] -6-

Obr. 6: Schéma sušiarne zemiakového škrobu (modifikovaná schéma od firmy Larsson) [4]

2.2 Sušenie zemiakového škrobu Z vákuových filtrov a odstrediviek z predošlého spracovania sa prichádza do sušiacej pece zmes o obsahu asi 38 % škrobu. Cieľom pece je vysušenie škrobu na rovnovážnu vlhkosť voči atmosfére. U zemiakového škrobu je to približne 18 % relatívnej vlhkosti. Škrob začína mazovatieť nevratne pri teplote 58,5 °C. Pri teplote okolo 68 °C nastáva premena škrobu na škrobový maz. Na odstránenie prebytočnej vlhkosti sa niekedy používali rôzne typy rotačných pecí s teplotou sušiaceho média (vzduchu) okolo 55 °C [3]. V rotačných peciach bol protiprúdny tok škrobu a vzduchu [4]. Škrob padal postupne dole po tanieroch a oproti tomu stúpal teplý vzduch. V dnešnej dobe sa používa takmer výhradne pneumatická vákuová sušiareň (flash dryer v angl.). Typ prúdenia je súprúd. Teplota horúceho vzduchu je okolo 160 až 170 °C [1]. Sušenie trvá len pár sekúnd. Súprúd je z dôvodu dostatočného

-7-

presušenia a neznehodnotenia škrobu mazovatením. Škrob je unášaný teplým vzduchom hore. Styková plocha škrobu so vzduchom je veľká, a preto nie je potrebná dlhá doba sušenia. Nedostatočne vysušený škrob padá do prepadu z dôvodu nízkej hybnosti. Teplý vysušený škrob separovaný od vzduchu sa skladuje v rade cyklónov a potom je postupne vťahovaný do prúdu chladiaceho vzduchu. Po vychladení na teplotu okolia sa škrob separuje v ďalších cyklónoch. Vzduch použitý na sušenie sa spotrebováva na predohrev vzduchu vstupujúceho do sušiacej pece vo výmenníku tepla.

2.3 Vlhkosť a jej meranie 2.3.1 Definícia vlhkosti Vlhkosť je obsah vody vo vzduchu alebo v materiáli. Vlhkosť je definovaná troma rôznymi veličinami. Absolútna vlhkosť vzduchu je množstvo vodnej pary v g/m3 vzduchu. Relatívna vlhkosť vzduchu je absolútna vlhkosť vzduchu vydelená vlhkosťou nasýtených vodných pár, teda maximálnym množstvom vodných pár, pri rovnakej teplote v rovnakom objeme. Špecifická vlhkosť vzduchu je množstvo vodných pár v g/kg vlhkého vzduchu. Suchý vzduch má relatívnu vlhkosť 0 %, vzduch nasýtený vodnou parou má relatívnu vlhkosť 100 %.

2.3.2 Vlhkomery Vlhkomerov

(hygrometrov)

je

niekoľko

rôznych

druhov.

Najjednoduchší vlhkomer je analógový vlasový vlhkomer. Na základe dĺžkovej roztiažnosti ľudského vlasu zbaveného tuku sa mení poloha ukazovateľa na stupnici.

Obr. 7: Vlasový vlhkomer

-8-

Presnejším vlhkomerom je psychrometer. Je to sklenená nádoba s dvoma teplomermi. Jeden je suchý a jeden je vlhký. Teplota vlhkého teplomeru je nižšia ako teplota suchého teplomeru a vyhodnocuje sa rozdiel teplôt. Vlasový vlhkomer sa hodí na domáce použitie. Psychrometer je vhodný väčšinou pre laboratória. V priemysle sa používajú číslicové prístroje, ktorých signál sa dá elektronicky spracovávať. Používajú sa tri základné princípy. Meranie kapacity, impedancie a tepelnej vodivosti. Senzory na meranie kapacity [9] sú zložené z dvoch elektród a substrátu (sklo, keramika, silikón), ktorý je medzi elektródami. Sú rozšírené v priemysle, komerčnej sfére a meteorológii. Pri konštantnej teplote okolia (25 °C) je závislos ť zmeny kapacity na relatívnej vlhkosti takmer lineárna. Zmeny kapacity sú obvykle v intervale 0.2–0.5 pF na 1% relatívnej vlhkosti. Tieto senzory umožňujú meranie vlhkosti až do 200 °C.

Obr. 8: Ukážka kapacitných senzorov vlhkosti

Odporové senzory na vlhkosť merajú vodivosť vrstvy polyméru alebo soli [9]. Impedancia sa mení exponenciálne s relatívnou vlhkosťou. Výstupný odpor senzoru sa pohybuje od 1 k

do

100 M . Na senzore

prebieha linearizácia exponenciálnej závislosti. Teplotný rozsah použitia týchto senzorov je od -40 °C do 100 °C. Majú nízku cenu a dlhú životnosť. V priemysle je životnosť týchto senzorov viac ako 5 rokov. Ich nevýhodou je zlá odolnosť voči agresívnym chemikáliám, ktoré rýchlo poškodzuje tieto senzory. Ich využitie je vo všetkých oblastiach života.

Obr. 9: Ukážka odporových senzorov vlhkosti

-9-

Posledným princípom merania vlhkosti je meranie tepelnej vodivosti. Tieto senzory merajú absolútnu vlhkosť na základe tepelnej roztiažnosti suchého vzduchu a vzduchu s vodnou parou. Senzory pozostávajú z dvoch

termistorov

(polovodičové

súčiastky)

s negatívnym

teplotným

koeficientom (NTC - negastor) spojených do mostíka. Jeden okruh je napájaný suchým dusíkom a druhý okruh je otvorený do prostredia. Vyhodnocuje sa rozdiel odporov na termistoroch a tento rozdiel je priamo úmerný absolútnej vlhkosti. Rozsah absolútnej vlhkosti pri 60 °C je 0 – 130 g/m3. Rozsah teploty pri meraní môže byť až do 300 °C. V priemysle sa tento typ senzoru po užíva hlavne na sušenie dreva, textílii, papiera, chemikálii a potravín. Obvyklá presnosť týchto senzorov je +3 g/m3. To je približne ±5% relatívnej vlhkosti pri 40 °C a ±0.5 % a relatívnej vlhkosti pri 100 °C.

Obr. 10: Ukážka senzorov na meranie vlhkosti na princípe merania tepelnej vodivosti.

2.3.3 Výber vhodného senzoru na meranie vlhkosti Najdôležitejšie parametre pri výbere senzoru na meranie vlhkosti sú [9]: - presnosť - opakovateľnosť a dlhodobá stabilita - schopnosť odolať kondenzácii - odolnosť voči agresívnym chemikáliám - rozmery - možnosť pripojenia k počítaču a ku aparatúre - komunikácia s počítačom - cena

- 10 -

2.4 Teplota a jej meranie 2.4.1 Definícia teploty Teplota je stavová veličina opisujúca strednú kinetickú energiu častíc. Teplota je makroskopická veličina. Jednotkou teploty v SI sústave je K (kelvin). Z praktických a historických dôvodov sa obvykle používa stupeň Celzia alebo stupeň Fahrenheita (USA). Teplotu meriame dotykovými alebo bezdotykovými snímačmi. Dotykové meranie teploty je založené na bezprostrednom styku citlivej časti senzoru a meraného média. Pri bezdotykovom meraní teploty sa citlivý senzor nedotýka meraného média, ale meria sa iná vlastnosť, ktorá priamo súvisí zo zmenou teploty napr. (optický pyrometer meria teplotu na základe detekcie infračerveného žiarenia emitovaného z povrchu).

2.4.2 Meranie teploty V tejto kapitole budú pojednávané iba dotykové zariadenia na meranie teploty. Teplota je spolu s tlakom najčastejšie meraná veličina v priemysle. Možností merania teploty je veľmi veľa. V priemysle sa používajú najmä odporové teplomery, termočlánky, a termistory. Kovové

odporové

teplomery

majú

citlivú

časť

zloženú

z namotaného drôtiku z veľmi čistej platiny s presne definovaným odporom. Odpor s rastúcou teplotou pri kovových vodičoch rastie. Závislosť odporu teplomeru na teplote je takmer lineárna. Nevýhodou tohto teplomeru je ohrev meracieho vodiča prechodom elektrického prúdu.

Obr. 11:Platinový odporový teplomer pre priemyselné použitie

- 11 -

Termočlánok je zariadenie, kde sa meria termoelektrické napätie na styku dvoch rôznych kovov alebo zliatin. Jeho závislosť napätia na teplote je takmer lineárna. Je odolný voči agresívnym chemikáliám a voči mechanickým otrasom. Má dobré dynamické vlastnosti a malú tepelnú kapacitu. Reaguje rýchlo na zmenu teploty. Termistor je polovodičové čidlo na meranie teploty. Termistory majú buď kladné alebo záporné tepelné koeficienty. Pozistor je termistor s kladnými tepelnými koeficientmi. Jeho odpor s teplotou rastie. U negastoru (termistoru s negatívnymi tepelnými koeficientmi) odpor s teplotou klesá. Závislosť odporu na teplote je silne nelineárna. Ich výhodou je veľmi rýchla odozva na zmenu teploty. Sú malé a citlivé na mechanické napätie.

- 12 -

3. Návrh osadenia senzorov do sušiacej pece 3.1 Návrh osadenia senzorov Na meranie teploty a vlhkosti by bolo vhodné použiť dotykové čidla. Keďže sušiace médium a škrob sa stále nachádza buď v potrubí alebo v cyklóne tak je potrebné privarenie prírub na uchytenie čidiel na vonkajší obal zariadenia.

3.1.1 Poloha senzorov v sušiacej peci V sušiacej peci sú v mojom návrhu rozmiestnené nasledujúce senzory. V okruhu na predohrev vstupného vzduchu je v blízkosti výmenníka tepla 16 umiestnený senzor na meranie teploty s číslom 001. Má funkciu merania, zapisovania, regulácie a hlásenia prekročenia teploty. Čidlo je pripojené na poistný ventil, ktorý v prípade prehriatia vzduchu uvoľní teplý vzduch do atmosféry. Pred vstupom horúceho vzduchu do výmenníku tepla je umiestnené čidlo 002. Je to senzor na meranie teploty s funkciami zapisovania, regulácie a ukazovania prekročenia teploty. Ako akčný člen je v tomto prípade ventilátor,

ktorý

reguluje

množstvo

vzduchu

vháňané

do

systému.

Pred vstupom horúceho vzduchu do pece je senzor s číslom 003. Je to senzor na meranie

teploty s funkciami zapisovania, regulácie a alarmu pre príliš

vysokú teplotu. Tento senzor priamo ovplyvňuje ohrev vzduchu vo výmenníku tepla na finálnu teplotu sušenia. Pri čísle 3 (“šnekový“ dopravník) v schéme je senzor 004 na vlhkosť s funkciami ukazovanie a zapisovanie. Nachádza sa tesne pred vstupom vlhkého škrobu do pece. V rade cyklónov sa nachádzajú dva typy senzorov. Jeden na vlhkosť s číslom 005 a jeden na teplotu s číslom 006. Senzor na vlhkosť má funkciu ukazovania a zapisovania. Senzor na teplotu má funkcie zapisovania, regulácie a alarmu pri prekročení hornej hranice. Senzor 006 má dosah na dva regulačné ventily (akčné členy). Jeden z nich reguluje množstvo chladiaceho vzduchu na vstupe a druhý reguluje výstup škrobu z cyklónov (hmotnostný prietok škrobu vstupujúci do chladného vzduchu). Senzor 007 je na meranie vlhkosti v cyklóne, kde sa uskladňuje suchý chladný škrob, pripravený na balenie. Senzor 008 slúži na meranie

- 13 -

teploty. Má funkcie zapisovania a regulácie. Je spojený so senzorom na teplotu 006. Ak by teplota v zásobníku na studený škrob presiahla istú hranicu tak senzor 006 by zvýšil množstvo chladiaceho vzduchu na chladenie.

Obr. 12: Rozmiestnenie senzorov v sušiacej peci [10]

3.1.2 Výber vhodných senzorov Navrhovaný variant pozostáva z osadenia senzorov s číslami 001 až 008. Na miesto senzoru 001 som vybral termočlánok typu K s označením NB1-CAXL-18E-12 od výrobcu Omega Engineering. Jeho cena je 1130 Kč. Má odolnosť voči vysokým teplotám. Jeho parametre sú priemer 3,2 mm a dĺžka 300 mm. Termočlánok je zapuzdrený v obale s hlavicou. Je to odolné a presné zariadenie vhodné do priemyslu. Montáž termočlánku je priamo na potrubie so závitom. Presnosť termočlánku aj pri vysokých teplotách je do 2,8 °C.

- 14 -

Obr. 13: Termočlánok NB1-CAXL-18E-12

Na miesto senzoru na vlhkosť s číslom 004 by som vybral multifunkčný prevodník EE30EX. Je od výrobcu EE Elektronik Gmbh. Vybral by som typ E. Tento typ senzoru má citlivú časť v kovovej tyčinke na konci. Vyhodnocuje sa zmena napätia na citlivej časti. Rozmery citlivej časti senzoru sú 33 mm na dĺžku a 12 mm na priemer. Táto citlivá časť musí byť umiestená v potrubí tak, aby bola celou časťou ponorená v toku látky a nie vo vrstve pri stene (pri stene relatívna vlhkosť stúpa a teplota klesá). Tyčinka má prírubu na pripevnenie ku potrubiu so závitom. Prívodný kábel sa nesmie dotýkať horúcej steny a nesmú sa na ňom robiť oblúky menšie ako 60 mm. Od tyčinky ide vodič s maximálnou dĺžkou 10 m do prevodníka. Od prevodníka ku vyhodnocovaciemu zariadeniu je možné mať vzdialenosť až 100 m. Ide o kombinovaný senzor pre meranie vlhkosti a teploty zároveň. Rozsah teplôt je od -40 do +180 °C. Relatívnu vlhkos ť meria senzor od 0 do 100 %. Cena senzoru v požadovanej konštrukcii je 81 600 Kč. Vo všeobecnosti sa jedná o citlivý, presný, robustný senzor s veľkým rozsahom meraných veličín. V neposlednom rade je vhodný do výbušného prostredia, čo škrobáreň a zvlášť škrobárenská pec je. Jeho presnosť sa líši od rozmedzia meraných teplôt a pohybuje sa okolo 1.5 % relatívnej vlhkosti. Prevodník je schopný pracovať so signálom 0 – 5 V, 0 – 10 V, 4 – 20 mA. Komunikuje s počítačom pomocou sériového portu RS232. Napájací zdroj musí mať minimálne 250 V . Pri pripojení senzoru 004 je ešte jedno špecifikum.

- 15 -

Obr. 14: Senzor EE30EX

Keďže sa senzor nachádza v trubke so šnekovým dopravníkom, musí byť uložený tak, aby sa počas prevádzky nepoškodil. Zároveň musí byť v prostredí, kde sa táto vlhkosť dá merať, to znamená v prúde vlhkého škrobu. Senzor s číslom 005 a 007 by som taktiež osadil senzorom EE30EX. Na chladnutie a separáciu škrobu od teplého vzduchu sa používajú štyri cyklóny

v rade

za sebou. Na separáciu vychladeného škrobu od studeného vzduchu sa používajú dva cyklóny za sebou. Každý z týchto cyklónov musí byť osadený senzorom. Cyklóny na prechodné uskladnenie horúceho škrobu budú osadené každý jedným vlhkomerom. Cyklóny na uskladnenie chladného škrobu budú osadené dvoma senzormi na meranie vlhkosti. Je to z dôvodu, čo najpresnejšieho určenia finálnej vlhkosti. Ak by bol produkt nedosušený, hrozí mu strata kvality. To znamená, že náklady na senzory 005 (4 kusy) a 007 (4 kusy) EE30EX typu E by boli 652 800 Kč. Senzory 002 a 003 sú senzory teploty pre predhriaty vzduch vstupujúci do sušiacej pece. Senzory 006 slúžia na meranie teploty v cyklónoch na uskladnenie teplého suchého škrobu. Tieto senzory sú priamo spojené s ventilmi na ovládanie prietoku studeného vzduchu na chladenie a ovládanie vtoku horúceho škrobu do prúdu chladiaceho média. Senzory 008 sú senzory na meranie teploty v dvoch cyklónoch na uskladnenie a balenie vychladeného a vysušeného s termočlánkom

škrobu.

Navrhol

by

NB1-CAXL-18E-12

som od

- 16 -

tú

komoru

výrobcu

osadiť

Omega

senzorom

Enginneering

opísaného už pri senzore 001. Pri počte štyroch senzorov na jeden cyklón by sme potrebovali 24 termočlánkov. Nákupná cena by bola 27 120 Kč. Tieto senzory by sa dali spojiť s multiplexerom, ktorý by pravidelne odčítal teplotu na rôznych miestach cyklónu. Pri zistení vyššej výchylky teploty na čítacej jednotke by sa reguláciou prietoku suchého škrobu a reguláciou prietoku studeného vzduchu upravili podmienky na normalizáciu do pôvodného stavu.

3.1.3 Vyhodnotenie ekonomických nákladov Vo výške nákladov na sušiacu pec sa odrážajú viaceré faktory. Najdrahšou položkou pri ekonomických nákladoch je samotný nákup sušiacej pece. Je to zariadenie, ktorého cena je v radoch desiatok miliónov. Suma nákladov na jej prevádzku sa bude tiež pohybovať v miliónoch, ale ani približné číslo neviem. Písal som dotazy do rôznych škrobární. Z dôvodu firemného tajomstva som odpoveď nedostal. Len pre informáciu denná produkcia škrobárenskej pece sa pohybuje od 180 t škrobu nahor a najväčšia škrobárenská pec v Indii vyprodukuje za to isté obdobie približne 400 t škrobu. Cena 1 tony zemiakového škrobu sa pohybuje približne na hranici 15 000 Kč. Cena 1 tony zemiakov pre škrobáreň je okolo 2100 Kč [11]. Za mnou navrhnuté senzory by škrobáreň zaplatila dokopy 764 910 Kč. Ale podotýkam, že ide len o návrh a v sušiarni sú aj iné senzory (na prietok, tlak atď.) a akčné členy (regulačné ventily, klapky), ktorých ceny vôbec nie sú nízke. V reálnom svete škrobární to však funguje trochu inak. Na svete sú štyri veľké spoločnosti, ktoré sú výrobcami priemyselných aparatúr pre potravinársky a hlavne škrobárenský priemysel. Sú to Starcosa, Alfa Laval, Westfalia

a firma

Larsson

(Hovex-Larsson).

Tieto

navrhujú

zariadenia

a dodávajú ich škrobárňam. Zariadenia sa dodávajú na objednávku a sú úplne vybavené vrátane všetkých senzorov a akčných členov. Je to objednávka podľa požiadaviek zákazníka (na mieru). Škrobáreň sa nestará už o typ senzoru alebo miesto snímania teploty či vlhkosti. Pre nich je najdôležitejšia produkcia škrobu a jeho koncová kvalita, od ktorej sa odvíja cena škrobu na trhu.

- 17 -

4. Záver Riešil som otázku merania teploty a vlhkosti sušiacej pece na zemiakový škrob. Mojou úlohou bolo získať informácie o spracovaní a sušení škrobu. V praktickej časti som navrhol osadenie senzorov na sušiacu pec. Vybral som senzory vhodné pre meranie teploty a vlhkosti za daných podmienok. Boli vybrané tieto senzory: Senzor 001 - 1 kus NB1-CAXL-18E-12 Senzor 002 - 1 kus NB1-CAXL-18E-12 Senzor 003 - 1 kus NB1-CAXL-18E-12 Senzor 004 - 1 kus EE30EX Senzor 005 - 4 kusy EE30EX Senzor 006 - 16 kusov NB1-CAXL-18E-12 Senzor 007 - 4 kusy EE30EX Senzor 008 - 8 kusy NB1-CAXL-18E-12 Cena mnou navrhnutých senzorov je 764 910 Kč. Pri vyhľadávaní informácii som používal veľmi často firemné katalógy a rôzne informácie z prostredia reálnej výroby a škrobárenského priemyslu.

- 18 -

Zdroje informácii:

[1] autor Adéla Blažková, názov Modifikované škroby a ich využitie v potravinárskom priemysle, bakalárska práca, Univerzita Tomáša Bati, Zlín, 2007 [2] „Cukr,

Škrob,

Biopalivo“,

ročenka

potravinárskeho

priemyslu,

vydavateľstvo Bartens, 2008 [3] autori Holló János a Maczelka László; preklad Viliam Valenta; názov Automatizácia v potravinárskom priemysle; SNTL 1959; str. 322 – 335 [4] Firemná

literatúra

firma

Larsson

(dodávateľ

komponentov

pre škrobárne) [5] autor Antonín Pilař; názov Stroje a zariadenia; 1959; str. 199-218 [6] autori Warren McCabe, Julian Smith, Peter Harriott; Unit operations of chemical engineering, 1985 (4. vydanie), str. 707-745 [7] autori Pavel Hasal, Igor Schreiber, Dalimil Šnita; Chemické inženýrství 1; VŠCHT; rok 2007 [8] Firemná

literatúra

firmy

Starcosa

(dodávateľ

komponentov

pre škrobárne) [9] http://www.sensorsmag.com/articles/0701/54/main.shtml [10] autori Karel Kadlec a Miloš Kmínek, elektronické materiáli na predmet Meříci a řídici technika, VŠCHT, FCHI [11]

internetový

článok:

http://www.agroweb.cz/rostlinna-vyroba/Kdo-u-

brambor-vydrzi,-neprodela__s44x30736.html

- 19 -

Použité obrázky:

Obr.1:http://www.gelamek.com/pages/cgibin/PUB_Latest_Version.exe?pageId= 12&allFrameset=1&r=1226692994968

Obr.2:http://www.gelamek.com/pages/cgibin/PUB_Latest_Version.exe?pageId= 12&allFrameset=1&r=1226692994968

Obr.3:http://www.gelamek.com/pages/cgibin/PUB_View_File.exe?pageId=16&o bjType=4&versionId=1&objByName=tork_eng.pdfa

Obr.5:http://www.bma-de.com/TAG-DRYER.227.0.html?&L=1

Obr.6:http://www.gelamek.com/pages/cgibin/PUB_View_File.exe?pageId=16&o bjType=4&versionId=1&objByName=tork_eng.pdf

Obr.7:http://sk.wikipedia.org/wiki/Vlhkomer

Obr.8:http://www.sensorsmag.com/articles/0701/54/main.shtml

Obr.9:http://www.sensorsmag.com/articles/0701/54/main.shtml

Obr.10:http://www.sensorsmag.com/articles/0701/54/main.shtml

Obr.11:http://graph.exportpages.com/ppic/P82400F15208.jpg

Obr.13:http://www.omegaeng.cz/ppt/pptsc_lg.asp?ref=NBCAXL_NNXL&Nav=te ma14

Obr.14:http://www.epluse.com/EE30EX_Series.379.0.html?&L=1&L=1

- 20 -