Matematik giver mere mælkepulver

fredag 02 maj 14
|

Kontakt

Niels Kjølstad Poulsen
Lektor
DTU Compute
45 25 33 56

Kontakt

John Bagterp Jørgensen
Professor
DTU Compute
45 25 30 88

Kontakt

Hans Henrik Niemann
Lektor
DTU Elektro
45 25 35 59

Skarp kontrol-software øger udbyttet med op til fem procent ved produktion af mælkepulver. Det skaber ekstra indtægter og vækst i ingeniørfirmaet GEA Process Engineering, der leverer anlæggene.

Over hele Europa arbejder malkemaskinerne på fuld kraft. EU har bebudet, at mælkekvoterne vil blive givet fri, og allerede nu overstiger produktionen langt, hvad forbrugerne kan nå at drikke. Det har skabt et boom inden for fremstilling af mælkepulver. Pulveret bruges dels som modermælkserstatning, dels som råvare i en lang række levnedsmidler. Derfor er det god timing, at et samarbejde mellem Søborg-virksomheden GEA Process Engineering og DTU har skabt kontrol-software, der markant øger udbyttet ved produktion af mælkepulver. 

Der er især to forhold, som varierer, når man producerer mælkepulver – mælkens tørstofindhold og luftens fugtighed. Mælkens tørstofindhold afhænger af, hvilken forbehandling mælken har fået. Og produktionsanlægget bruger et stort volumen af luft til at tørre pulveret. Denne luft trækkes typisk udefra. Derfor varierer fugtigheden af procesluften afhængigt af årstiden, anlæggets beliggenhed og vejret den pågældende dag. 

”Hvis mælken var ens hver dag, og luftfugtigheden udenfor konstant, ville vi ikke behøve avanceret kontrol-software. Så skulle man blot finde den optimale indstilling i udgangspunktet. Men fordi variationen er ganske stor, er der mange penge at tjene ved at styre processen rigtigt,” siger projektleder Christer Utzen, GEA Process Engineering. 

Bevidst overdimensionering af anlæggene 

GEA Process Engineering producerer bl.a. anlæg til fremstilling af mælkepulver, og virksomhedens anlæg markedsføres over hele verden. Når Søborg-virksomheden leverer et anlæg, bliver der aftalt en række parametre for kvaliteten af det færdige produkt. Især er der fokus på mælkepulverets indhold af vand. Man vil gerne have, at der er en smule vand i det færdigproducerede mælkepulver, for så er det nemmere at opløse pulveret i vand igen til sin tid. Men bliver pulveret for vådt, øges risikoen for vækst af bakterier. Det er sundhedsmyndighederne i landet, hvor anlægget står, som fastlægger det præcise krav til vandindholdet i mælkepulveret. Et typisk niveau er tre-fire procent vand- indhold. 

”Man skal være sikker på, at anlægget har den kapacitet, som er aftalt med kunden. Det vil sige også under ’worst case’ i form af, at man modtager råmælk med lavt tørstofindhold på en virkelig regnfuld dag. Derfor er man nødt til at overdimensionere anlægget noget,” forklarer Christer Utzen. 

Omvendt giver denne overdimensionering et potentiale for at producere mere mælkepulver på de dage, hvor forholdene er gunstige. Der finder allerede en vis ekstra produktion sted, men generelt er man forsigtig i branchen. Styrer man nemlig processen for optimistisk – dvs. ud fra at den leverede mælk har et højere tørstofindhold, end den faktisk har – og i forventning om, at luftfugtigheden er lavere, end den i virkeligheden er – vil det færdige mælkepulver blive for vådt, så det begynder at klumpe sammen og sætte sig som et lag på siden af tørringskammeret. 

Forskning med kommerciel værdi 

"Projektet er et eksempel på, at man godt kan forene højt forskningsindhold med stor kommerciel værdi."
Christer Utzen, projektleder, GEA Process Engineering

Lars Norbert Petersen har udarbejdet sit erhvervs-ph.d.-projekt i samarbejde mellem GEA Process Engineering og DTU. Og hans ph.d.-projekt har netop sat fokus på at finde en løsning til en optimal styring af tørringsprocessen, så man udnytter hele potentialet. I projektet har Lars Norbert Petersen udviklet et modelleringsværktøj i form af et stykke software, der gør det muligt at styre tørringsprocessen meget nøjagtigt. Dermed bliver virksomhedens kunder i stand til at optimere deres udbytte ved at producere et mælkepulver med præcis det ønskede vandindhold. Softwaren udnytter, at moderne sensorteknologi baseret på infrarød stråling (IR-sensorer) kan give nøjagtige, løbende målinger af fugtindholdet, mens produktionen kører. 

”Det nye er, at vi benytter Model Predictive Control (MPC), der styrer ud fra en matematisk model og målingerne i anlægget, til at operere anlægget så tæt som muligt på det optimale. Den matematiske model benyttes til at forudse, hvad der vil ske fremadrettet. Derved bliver softwaren i stand til at udføre en meget hurtig tilpasning af processen,” siger Lars Norbert Petersen. Der er mange forskellige punkter i anlægget, hvor man har mulighed for at variere hastigheden af luftens flow og temperaturen. Den nye software finder hele tiden den optimale indstilling for det samlede system. 

”Det betyder, at man kan operere anlægget, så det kommer meget tæt på den størst mulige produktion uden at gå på kompromis med kvaliteten af mælkepulveret,” sammenfatter Lars Norbert Petersen. Allerede inden ph.d.-afhandlingen er skrevet, er markedsføringen af pro-grammet begyndt under navnet DRY- CONTROLTM. ”Projektet er et eksempel på, at man godt kan forene et meget højt forskningsindhold med stor kommerciel værdi,” siger GEA Process Engineerings Christer Utzen. Han er virksom- hedsvejleder på ph.d.-projektet, mens lektorerne Niels Kjølstad Poulsen og John Bagterp Jørgensen, begge DTU Compute, samt Hans Henrik Niemann, DTU Elektro, er DTU-vejledere. 

Brug for flere ingeniører 

På kontoret, hvor Christer Utzen og Lars Norbert Petersen holder til sammen med den nyansatte kollega civilingeniør Emil S. Christensen, skaber en række parvis opstillede computerskærme en stemning af kontrolrum. De dublerede computere skyldes, at hver medarbejder i gruppen dels har en computer, der er ’corporate client’ med den beskyttelse og de begrænsninger, som virksomhedens it-politik dikterer, dels en selvstændig computer, der bruges til de mest kræ- vende udviklingsopgaver. 

Pladsen i kontoret er trang, og det er en generel situation i virksomheden, som har udvidet fra ca. 400 til ca. 500 medarbejdere på hovedkontoret i Søborg inden for de seneste år. Det er især den stigende efterspørgsel efter anlæg til fremstilling af mælkepulver, som har skabt væksten. 

GEA Process Engineering

Søborg-virksomheden er verdensledende inden for teknologi til tørring. GEA Process Engineering ud-springer af virksomheden Niro Atomizer, som blev grundlagt i 1933. i 1993 blev Niro en del af tyske GEA Group. Senere blev den danske virksomhed hovedkontor for GEA-koncernens aktiviteter inden for procesteknologi, og navnet blev ændret til det nuværende. 

GEA Process Engineering leverer udstyr og komplette produktionslinjer baseret på spraytørring, frysetørring, fluid beds og andre tilsvarende teknikker. kunderne er typisk mejerier, fødevarevirksomheder, bryggerier samt kemiske og farmaceutiske virksomheder. 

GEA Process Engineering er repræsenteret i 50 lande med ca. 6.000 med- arbejdere og en omsætning på ca. 13,4 mia. kr. omkring 600 medarbejdere er beskæftiget i Danmark, dels på hovedkontoret i Søborg, dels på kontoret i Skanderborg.

”Derfor var det helt naturligt, at vi begyndte med at anvende Model Pre- dictive Control (MPC) til netop mælke- pulver. Her har vi både en stor naturlig variation, og dermed et stort potentiale, og samtidig en stor efterspørgsel. Men i princippet kan man bruge MPC til at forbedre kontrollen for alle de anlæg, vi leverer. Det gælder både anlæg til fremstilling af andre typer pulvere samt anlæg til frysetørring eller inddampning,” siger Christer Utzen. ”Vi har allerede udvidet virksomhedens automationafdeling med tre-fire nye ingeniører, og jeg er overbevist om, at vi vil få brug for endnu flere, efterhånden som vi tager fat på nye anlægstyper og processer.” 

Verdens største testanlæg 

Selvom DRYCONTROLTM nu er et salgsklart produkt, er der fortsat brug for udviklingsingeniører, som kan markedsføre den nye software og installere den hos kunderne. ”Der vil altid være forskelle mellem de forskellige anlæg, som betyder, at man skal have en vis tilpasning. Samtidig indebærer erhvervs-ph.d.-ordningen, at Lars ikke må bruge sin tid på denne type opgaver, men skal koncentrere sig om forskningen,” understreger Christer Utzen. Projektlederen tog selv initiativ til samarbejdet med DTU for fire år siden. ”Jeg kunne jo se, at der skete en spændende udvikling inden for MPC. Derfor kontaktede jeg DTU, og vi indledte en serie af master-projekter. Et af dem stod Lars for, og han nåede så langt, at vi ikke tøvede med at ansætte ham. Samtidig indsendte vi en ansøg- ning om et erhvervs-ph.d.-projekt i samarbejde med DTU,” siger Christer Utzen. 

”Samarbejdet sikrer, at vi kan kombinere DTU-forskernes viden om de nyeste teoretiske fremskridt inden for proceskontrol med den viden om de industrielle processer, som vi selv har.” Også Lars Norbert Petersen ser erhvervs-ph.d.-modellen som ideel: ”GEA råder over en af verdens største testfaciliteter for produktion af pulver. Det er et stort privilegium at kunne afprøve tingene i så stor skala og under så realistiske forhold.” 

250.000 køer forsyner et anlæg 

Forsøgene i projektet er hovedsagelig kørt på et GEA Niro MSDTM-testanlæg. MSD står for Multi-Stage Dryer (se faktaboks). Anlægget kan producere 50-100 kilo mælkepulver i timen. Til sammenligning er verdens største anlæg af typen 200 gange så stort. Anlægget, som GEA Process Engine- ering har leveret til en kunde i New Zealand, producerer 30 ton mælke- pulver i timen. Det svarer til, at der skal 250.000 køer til at forsyne anlægget. ”Nu må vi ikke oplyse, præcis hvor meget vores kunder kan tjene ved at benytte sig af DRYCONTROLTM. Men generelt forventer vi, at kundens investering i programmet og de nødvendige sensorer vil have tjent sig ind inden for et år. Det er klart, at hvis man kan øge produktionen på et anlæg med op til fem procent med meget små ekstra omkostninger, er der betydelige beløb at tjene, især for de meget store anlæg,” slår Christer Utzen fast. 

”Derfor forventer vi, at mange vil ønske at købe programmet. Det vil i så fald skabe grundlag for yderligere ingeniørstillinger til udviklingsarbejdet. Samtidig vil det understøtte den generelle vækst, som virksomheden er inde i, ikke mindst inden for anlæg og pro- cesser til fremstilling af mælkepulver.”

Relaterede Videoer  

Vis flere