По мере того, как молочная промышленность переходит к интеллектуальному и низкоуглеродному переходу, система очистки на месте (Clean - in - Place, CIP) была обновлена от простых инструментов санитарии до основных энергосберегающих блоков для полностью автоматизированных линий обработки молока. В этой системе описывается техническая архитектура системы CIP в полностью автоматизированной линии обработки молока, в которой основное внимание уделяется анализу новых технологических приложений, таких как привод преобразования частоты, оптимизация алгоритма AI, система рекуперации тепла, а также практика слияния зеленой энергии, такая как фотоэлектрическая энергия, торговля зеленой электроэнергией и использование остаточного тепла, чтобы предоставить техническую ссылку для молочной промышленности для достижения цели « двойного углерода».

Архитектура системы CIP в полностью автоматизированных линиях обработки молока

1.1 Системная интеграция и автоматизированное управление

Современная полностью автоматизированная линия обработки молочной продукции имеет модульную конструкцию CIP для решения проблемы потери энергии, вызванной сложными ветвями трубопроводов на крупных заводах, с помощью распределенных очистных станций. Система основана на международном стандарте ISA S88 (IEC 61512 - 1) для моделирования процедур управления и автоматизации всего процесса от сбора молока, предварительной обработки, пастеризации, заливки до упаковки.

Возьмем молочный завод в качестве примера, его передний обрабатывающий цех использует комплексный режим работы по проектированию, строительству, установке и вводу в эксплуатацию, все 17 производственных линий наливной машины оснащены автоматизированной системой CIP, суточная мощность 391 тонны. Система управления использует программное обеспечение SIEMENS STEP7 для достижения точной синергии между наполнением, упаковкой, транспортировкой вспомогательных материалов, штабелем и другими звеньями, чтобы свести к минимуму отказоустойчивость производственного звена, уменьшить количество отходов упаковки и частоту очистки.

1.2 Интеллектуальный мониторинг и прогнозное обслуживание

Система CIP нового поколения обеспечивает цифровое управление процессом очистки с помощью многопараметрического мониторинга в режиме реального времени (температура, электропроводность, трафик, давление) и дистанционного мониторинга Интернета вещей. CIP Advisor, разработанный Schneider Electric, использует алгоритмы больших данных и машинного обучения для заблаговременного выявления износа подшипников или снижения эффективности теплообмена, сравнивая кривые работы оборудования с моделями прогнозирования, что позволяет сократить незапланированные остановки на 40% и повысить эффективность очистки на 30%.


Новые технологии позволяют модернизировать системы CIP


2.1 Преобразование частоты и оптимизация энергопотребления


Традиционные системы CIP используют насосные группы с фиксированной частотой, и существуют отходы энергии от « больших лошадиных тележек». Новое поколение оборудования использует технологию преобразования частоты с низким энергопотреблением, динамически регулирует скорость насоса и расход в соответствии с фактическими потребностями этапа очистки (предпромывка, щелочная промывка, кислотная промывка, окончательная промывка).


Согласно отраслевым отчетным данным, одно устройство CIP, использующее технологию преобразования частоты, может сэкономить до 150 000 градусов электроэнергии в год, в сочетании с интеллектуальной системой управления, общее потребление энергии снижается на 20 - 35%. Яркая молочная промышленность в Шанхае Yimin Food Factory реализует системную энергосберегающую реконструкцию, благодаря замене высокоэффективного холодильного компрессора и системы очистки воды CIP, ожидается, что годовая экономия электроэнергии составит 500 000 юаней.


2.2 Оптимизация процесса очистки на основе алгоритмов ИИ


Интеллектуальный CIP стал основным технологическим направлением в отрасли. Анализируя данные исторической очистки с помощью алгоритмов ИИ, система автоматически оптимизируется:
Цикл очистки: динамическая корректировка в зависимости от типа продукта (жидкое молоко, йогурт, сыр) и степени загрязнения трубопровода
Концентрация моющего средства: мониторинг электропроводности в реальном времени, точный контроль кислотно - щелочного использования, уменьшение химических остатков
Кривая температуры: установление оптимальных температурных параметров для различных технологических сегментов (UHT стерилизация, пастеризация)

2.3 Однофазная очистка и проектирование с низким потреблением воды


Традиционный CIP использует двухфазный режим « щелочной промывки + травления» с большим потреблением воды. Новая технология использует однофазный процесс очистки, который позволяет сократить потребление воды на 30% и соответствующее потребление энергии при нагревании путем добавления щелочных моющих средств со специальными поверхностно - активными веществами, пропуская независимые этапы кислотной очистки.


Проект по модификации RO - пленки, осуществляемый молочным заводом, экономит 3053 тонны воды в год за счет оптимизации частоты очистки в соответствии с требованиями качества; Установив частоту очистки, завод ежегодно экономит 28 800 тонн воды. Эти практики показывают, что точная очистка, поддерживаемая интеллектуальными алгоритмами, заменяет традиционный режим « чрезмерной очистки».


Глубокая интеграция зеленой энергии с системами CIP


3.1 Рекуперация остаточного тепла и каскадное использование энергии


Системы CIP производят большое количество остаточного тепла во время работы, и системы нового поколения используют энергетические лестницы с помощью технологии рекуперации тепла:

Циркуляция охлаждающей воды: в современном животноводстве используются агрегаты холодной воды с воздушным охлаждением, которые на этапе предварительного охлаждения восстанавливают тепло конденсата с помощью пластинчатых теплообменников, а после охлаждения циркулирующая вода возвращается в резервуар для повторного использования для достижения двойной рекуперации водных ресурсов и тепловой энергии.


Технология тепловых насосов: Новая молочная промышленность использует воздушные тепловые насосы на пастбищах вместо традиционного электрического отопления для подачи горячей воды, в сочетании с рекуперацией тепла в системе CIP, образуя энергетическую координационную сеть пастбищ - заводов.


3.2 Прямые поставки возобновляемых источников энергии


Фотоэлектрическая энергия: система CIP, как крупный потребитель электроэнергии, постепенно реализует альтернативу чистой энергии. Молочный завод строит фотоэлектрический проект на крыше завода, к концу 2023 года реализует коэффициент использования зеленой энергии на 70%, а к 2030 году планирует достичь 100% зеленого покрытия. На молочном заводе уже есть два завода, которые полностью подключены к фотоэлектрическим сетям и сократят выбросы углерода на 2468 тонн к 2025 году за счет фотоэлектрической энергии. Новая молочная промышленность в 2025 году будет производить 11 076 560 киловатт - часов солнечной энергии, что на 68% больше, чем в прошлом году.


Использование биогаза: Молочные заводы собирают пастбищный коровий навоз и очищающие сточные воды в биогазовые бассейны для производства биогаза, отделенные твердые вещества используются в качестве матрасов для крупного рогатого скота и удобрений, а биогаз используется для сжигания котлов, столового газа и выработки электроэнергии вместо природного газа и частичного потребления электроэнергии. Эта модель энергетического замкнутого цикла « пастбища - заводы» позволяет зеленым свойствам системы CIP простираться от завода до верхнего течения промышленной цепочки.


3.3 Торговля & lt; & lt; зеленой & gt; & gt; электроэнергией и управление углеродными активами


С улучшением национального углеродного рынка молочные компании реализуют низкоуглеродную работу системы CIP посредством торговли зеленой электроэнергией. Ляонин Или к 2024 году увеличит долю зеленой электроэнергии с 40% до 80%, сократив объем выбросов в диапазоне 2 за счет покупки электроэнергии из возобновляемых источников. Яркая молочная промышленность участвует в Шанхайской торговле правами на выбросы углерода с 2016 года, ежегодно завершает очистку в соответствии с графиком и оптимизирует затраты на энергию посредством управления углеродными активами.





IV. Типичный тематический анализ


4.1 Шэньян Эри "нулевой углерод" заводская практика


Шэньян Или, как типичный случай строительства завода « с нулевым углеродом» в городе Шэньян, имеет демонстрационное значение для зеленой трансформации системы CIP:


Технические меры, эффект реализации, зеленые свойства.

Улучшение энергосбережения на станции CIP - P
Использование зеленой электроэнергии (70%), сокращение выбросов углерода на тысячи тонн в год, чистая энергия.
Рекуперация остаточного тепла конденсата 2520 тонн воды в год
Полностью автоматизированное управление. Снижение потерь упаковочных материалов на 11,43%.


Завод реализует глубокую интеграцию CIP с производственной линией через автоматизированную систему управления SIEMENS, в сочетании с диспетчерской системой AGV и ИТ - архитектурой, строит беспроводную локальную сеть для выпуска инструкций управления и реализует беспилотные операции всего процесса от очистки до наполнения.


4.2 Технический путь Mongnu « Нулевоуглеродная молочная промышленность»


Mongniu Group установила углеродный пик 2030 года и цель углеродной нейтральности 2050 года, а ее система CIP зеленого цвета проходит через всю промышленную цепочку:


Завод: продвижение высокоэффективного энергосберегающего оборудования и систем управления энергопотреблением, семь заводских холодильных установок были модернизированы до магнитной левитации, рекуперация конденсатора испарителя для очистки CIP.


Конец пастбища: система точного опрыскивания покрывает 90% пастбищ, экономия воды 39%; Умные водяные клапаны для достижения экономии воды для орошения 25 - 30%; Рекуперация воды для очистки используется для промывки районов, подлежащих вытеснению, и ежегодно перерабатывается около 10 миллионов кубических метров.


Цепочка поставок: продвижение 30 поставщиков оригинальных вспомогательных материалов для осуществления проектов по экономии воды, более 230 000 тонн воды в год, чтобы сформировать зеленый стандарт CIP от пастбищ до столов.





V. ТЕНДЕНЦИИ И ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ РАЗВИТИЯ


5.1 Направления технологической эволюции


Цифровой двойник: в будущем система CIP будет глубоко интегрирована с технологией цифрового двойника, имитирует процесс очистки в виртуальной среде, оптимизирует параметры и развертывает их на физическом оборудовании, уменьшая потребление энергии при испытаниях и ошибках.


Модульный химический завод (PodPlant): поддерживает быстрое развертывание и расширение производственных мощностей, адаптируя гибкие производственные потребности региональных молочных брендов, а модули CIP могут быть собраны за 72 часа.


Биоразлагаемые моющие средства: Рынок биоразлагаемых моющих средств, поддерживающих оборудование CIP, ежегодно увеличивается на 31%, что снижает риск химического загрязнения.


5.2 Проблемы


Инвестиционные издержки: малые и средние молочные предприятия ограничены инвестиционными возможностями, устаревшее оборудование медленно обновляется, и все еще есть возможности для улучшения проникновения технологий, таких как преобразование частоты и рекуперация тепла.


Очистка продуктов с высокой вязкостью: греческий йогурт и другие продукты с высокой вязкостью создают особые проблемы для конструкции насосных клапанов и трубопроводов, которые могут легко привести к подвеске стенок и очистке мертвых углов, необходимо разработать специальный процесс CIP.


Стандартная система: Хотя санитарные стандарты, такие как EHEDG, широко распространены, стандарты оценки энергоэффективности для зеленых CIP еще не усовершенствованы, и необходимо создать комплексную систему показателей, охватывающую потребление воды, энергопотребление и выбросы углерода.





VI. ВЫВОДЫ


Применение системы CIP в полностью автоматизированных линиях обработки молока претерпевает переход от парадигмы « санитарной безопасности» к « зеленому энергосберегающему центру». Благодаря новым технологиям, таким как преобразование частотного привода, оптимизация алгоритмов ИИ и однофазная очистка, потребление энергии в системе снижается на 20 - 40%; Благодаря рекуперации остаточного тепла, фотоэлектрической энергии, торговле зеленой энергией и другим зеленым энергетическим слияниям для достижения процесса очистки с низким содержанием углерода или даже нулевым содержанием углерода. Практика таких предприятий, как Shenyang Eli и Mengniu, показывает, что зеленое обновление системы CIP не только снижает эксплуатационные расходы, но и является ключевым путем для молочной промышленности для достижения цели « двойного углерода». В будущем, с развитием цифровых двойников, модульного дизайна и технологий биодеградации, системы CIP будут играть более важную роль в производстве зеленого интеллекта в полностью автоматизированных линиях обработки молока.