Erstellung von Prozessparameter-Modellen für die Optimierung der Prozessführung einer Bioethanolanlage

Abstract

Das Thema dieser Diplomarbeit bei der AGRANA Stärke GmbH ist die Prozessoptimierung im Bereich der industriellen Bioethanolproduktion. Unter Prozess¬optimierung bei der Herstellung von Bioethanol versteht man die Analyse und nachfolgende Optimierung von komplexen Vorgängen in einer großtechnischen Anlage. Konkret handelt es sich um die genaue Betrachtung, Erfassung und Analyse von multivariaten Einflussfaktoren auf die Zielgrößen. Ziel ist eine bessere Regelbarkeit der Zielgrößen zu erreichen. Dieses Projekt beschäftigt sich im Detail mit dem Maischemischvorgang in der industriellen Bioethanolproduktion. Da das Werk in den letzten Jahren ausge¬baut wurde, sind auch neue Bereiche hinzugekommen. Diese neuen Bereiche beeinflussen den Maischemischvorgang signifikant. Dabei sind bis zu sieben Prozessgrößen gleichzeitig zu betrachten. Für den weiteren Verlauf der Produktion ist die optimale Abstimmung dieser kritischen Prozessgrößen von enormer Wichtigkeit. Diese Abstimmung zielt vorrangig auf einen konstanten und hohen Trockensub-stanzanteil in der Maische für möglichst alle Betriebszustände ab. Um dies zu erreichen sind Prozessparametermodelle erforderlich, mit welchen Vorhersagen getroffen werden können. Mit der derzeitigen Prozesssteuerung gibt es noch deutliche Schwankungen bei der Trockensubstanz und aufgrund dieser Schwankungen ist kein maximierter und optimierter Durchsatz möglich. Durch einen höheren Durchsatz würden sich die spezifischen Fixkosten reduzieren. Des Weiteren werden dadurch höhere Ethanol-konzentrationen nach der Fermentation erreicht und dadurch verringern sich wiederum die spezifischen Energiekosten bzw. der spezifische Energiebedarf.

The issue of this master thesis at AGRANA Stärke GmbH is the process optimization in industrial bioethanol production. Therefore the development of process parameter models is necessary. This thesis contains the analysis and subsequent optimization of complex processes in a commercial plant. Specifically, it is the exact observation, collection and analysis of multivariate factors influencing the outcomes. The aim is to improve the controllability of the achievable targets. This project occupies with the mash-mix-process in the industrial production of bioethanol. In the recent years, the plant was expanded and new areas have been added. These new areas affect the mash-mix-process significantly and so up to seven process variables have to be considered simultaneous. The optimal coordination of these critical process variables is for the rest of the production of enormous importance. The aim is a constant and high dry matter content in the mash for all possible operating conditions. For a successful solution of this problem, process parameter models are required. This model should be able to predict most of the operating conditions. The current process control shows significant variations in the dry matter. Due to these fluctuations, there is an impossibility for a maximized and optimized operational capacity. A higher operational capacity will reduce the specific fixed costs. Further higher concentrations of ethanol after the fermentation could be achieved. Thereby the specific energy costs could be also reduced.