Dichte ist eine bekannte und definierte Eigenschaft, sie kann im Labor bestimmt und auf verschiedene Arten übermittelt werden. Für eine Prozessflüssigkeit mit normalerweise bekannten Bestandteilen kann das Verhältnis zwischen Dichte und Konzentration auf einfache Art bestimmt werden. Da dies durch die Flüssigkeitstemperatur beeinflusst werden kann, ist dieser Effekt messbar und durch eine Korrektur zu kompensieren. Das Verhältnis Temperatur – Dichte – Konzentration kann als dreidimensionale Oberfläche dargestellt werden. Moderne Geräte mit Mikroprozessoren können diese dreidimensionalen Daten und Diagramme in Form von Referenztabellen problemlos verarbeiten und mit den Informationen von Dichte und Temperatur einen Wert für die Konzentration bestimmen. Bei Prozesslösungen wie Essigsäure, Natronlauge, Alkohol, Wasserstoffperoxyd, Ammoniak, Salpetersäure, Salzwasser, Kaliumhydroxid, Kalziumkarbonat oder Zucker sowie einer Vielzahl anderer Lösungen kann eine Dichtemessung in ein einfaches Verhältnis zur Konzentration gesetzt werden.
Dichte-Messsignal nutzen und Kosten sparen
Die normale Aufgabe der Micro-Motion-Coriolis-Messsysteme von Emerson Process Management ist es, den Durchfluss zu messen. Dazu wird die Schwingung zweier Durchfluss-Messrohre verglichen, wobei der Massedurchfluss des Mediums eine Verdrehung der Messrohre erzeugt. Hierbei wird auch die Resonanzfrequenz des Messrohres gemessen, die im direkten Verhältnis zur Dichte des Mediums im Messrohr steht. Die meisten Micro-Motion-Durchfluss-Messsysteme verfügen über einen zweiten Ausgang, über den der Dichte-Messwert zu einem übergeordneten System übermittelt werden kann, das als Prozessanalysegerät fungiert. Bei Auswerteelektroniken, die keinen zweiten Ausgang besitzen, ist es möglich, über ein Upgrade der Elektronik einen Dichteausgang zu realisieren. Selbst in Anlagen, in denen alle Signalkabelwege ausgenutzt sind, bietet heute der Wireless-Hart-Adapter (THUM) eine einfache Möglichkeit, zusätzliche Messwerte aus multivariablen Geräten, wie den Micro-Motion-Systemen, problemlos zu übermitteln und zu integrieren. Intelligente Micro-Motion-Elektroniken können den Dichte-Ausgang in jeder erforderlichen Einheit skalieren sowie auf die Konzentration und andere Messwerte der Prozessanalyse wie ºBrix oder ºBaume konfiguriert werden, um so den industriellen Anforderungen zu entsprechen. Dort, wo Coriolis-Messsysteme eingesetzt werden, um die Konzentration in einem Mischbehälter über den Auslass zu überwachen, wird der Behälterinhalt mit einer Dichtemessung im Ablaufstrom überwacht. Die Mischung wird durch den Durchflusssensor und ein Zweiwegeventil so lange umgepumpt, bis die richtige Konzentration erreicht ist. Erst dann schaltet das Zweiwegeventil um und startet die Lieferung an den Prozess. Fällt die Konzentration während der Lieferung unter den spezifizierten Wert, kann sie gestoppt und erneut verwertet werden, wenn die geforderte Konzentration wieder erreicht ist.
Ein Chemieunternehmen an der US-Golfküste hat einen Vertrag zur Behandlung mit organischem Ammoniak belastetem Abwasser mit einem benachbarten Unternehmen geschlossen. Ein Teil des Vertrages bestimmt, dass für die Abwassermenge ein erhöhter Betrag zu zahlen ist, wenn der Ammoniakgehalt eine definierte Grenze überschreitet. Ein Micro-Motion-Coriolis-Messsystem wurde installiert, um die gesamte tägliche Abwassermenge kontinuierlich zu überwachen. Dies allein erspart dem Chemieunternehmen Kosten, da das vorher installierte Messsystem zu hohe Werte angezeigt hat. Anfänglich wurde der Ammoniakgehalt der Lieferung – basierend auf der Laboranalyse – eingeschätzt und wenn der Laborwert einen Grenzwert überschritten hatte, musste ein Extrabetrag auf die gesamte tägliche Abwassermenge bezahlt werden. Durch die Verwendung des Micro-Motion-Messsystems mit Dichteausgang, die Umrechnung auf die Ammoniakkonzentration und damit auf die gelieferte tägliche Menge, ist die Messung jetzt jederzeit online verfügbar. Wenn die Konzentration den Grenzwert überschreitet, kann diese aktuell gelieferte Flüssigkeitsmenge aufgezeichnet und mit einer Pönale beaufschlagt werden. Auf Grund dieser Messung wurde die Strafzahlung reduziert und täglich etwa 2.500 US-Dollar Strafzahlung eingespart.
Coriolis- statt Verdränger-Messung in Babynahrungsproduktion
Nutricia in Zoetermeyer, Niederlande, ist ein Hersteller von Babynahrung, der Dextrin-Maltose-Zuckerlösung von verschiedenen Lieferanten bezieht. Es ist wichtig, die richtige Zuckermenge in die zu mischende Charge einzubringen. Daher wurden die vorhandenen Verdränger-Durchflussmessungen gegen Micro-Motion-Coriolis-Messsysteme ausgetauscht, um damit die eingebrachte Zuckermenge zu ermitteln. Das Coriolis-System erhielt so die Funktion eines Analysengerätes. Für die Dextrin-Maltose-Zuckerlösung war der Standard-Algorithmus für Zuckerlösungen der Micro-Motion-Software nicht geeignet. In diesem Fall wurde von Micro Motion in einer Kooperation mit den Nutricia-Ingenieuren ein neuer Algorithmus für das Dichteverhältnis der Dextrin-Maltose-Zuckerlösung zu den Brix-Werten erzeugt. Mit der Online-Messung von Durchfluss und Zuckergehalt (ºBrix) kann der Bediener jetzt die gewünschte gesamte Zuckermenge, die der Charge im Kochkessel beigefügt werden soll, exakt bestimmen. Diese Steuerung erfolgt über den Ausgang des Coriolis-Messsystems.
Säurekonzentration in Raffinerien online überwachen
Alkylierungsanlagen in Raffinerien produzieren Alkylene, die Mineralöl-Bennstoffen zugemischt werden, um die Oktanzahl einzustellen. Im Schwefelsäure-Alkylierungsprozess wird eine Isobutan-Strömung und eine Olefin-Einspeisung – normalerweise bestehend aus Propan oder Propylen und Butan oder Butylen – mit Schwefelsäure vermischt. Die Mischung wird gekühlt und zwei parallelen Reaktoren zugeführt. Für den Prozess zur Herstellung des geeigneten Alkyls muss die Säurekonzentration mittels Durchflussregelung des Zulaufs der konzentrierten Säure während des ganzen Prozesses über 88Prozent gehalten werden. Der Säure-Ablauf vom Reaktor wird an ein Schienenfahrzeug geliefert und wiederaufgearbeitet, wobei die Labormessungen eine durchschnittliche Konzentration von über 94 Prozent zeigen. Um den Verbrauch der Säure genauer zu regeln, wird ein Coriolis-Messsystem verwendet, das den Säure-Ablauf vom Reaktor online überwacht. Die Dichtemessung wird umgewandelt in eine Säure-Konzentration. Unter Verwendung dieser Information wurde der Säureverbrauch im Prozess erheblich reduziert, da die Zulaufförderung auf durchschnittlich 90 Prozent gehalten wird. Die Amortisationszeit für diese Installation betrug zehn Monate. Multivariable Durchfluss-Messsysteme von Micro Motion sind in allen großen Cola verarbeitenden Anlagen weltweit installiert. Orangensaft-Konzentrat wird normalerweise mit 65ºBrix geliefert, um die Fördermenge zu überwachen und die Verdünnung in den Abfüllanlagen zu steuern, werden Micro-Motion-Systeme verwendet. Auch bei der Herstellung des schottischen Erfrischungsgetränks Irn-Bru kommen Micro-Motion-Systeme zum Einsatz – hier sind sie Teil des vollautomatisierten Mischvorgangs.
Zuckerkonzentration bei Erfrischungsgetränke-Herstellung regeln
Flüssigzucker ist hochviskos und stellt den Hauptkostenanteil bei den meisten Erfrischungsgetränken dar. Hierbei sind genaue Messungen sehr wichtig, jedoch mit konventionellen Durchflussmessgeräten schwierig zu realisieren, die empfindlich auf Schwankungen der Viskosität reagieren. Es wird eine Dichtemessung benötigt, die die Zuckerkonzentration überwacht, wobei die Anlagen diese Daten häufig, gemäß ihrer traditionellen Praxis, in Prozent, ºBrix, ºBaume oder ºPlato benötigen. Der Micro-Motion-Algorithmus setzt die Online-Dichtemessung in diese traditionellen Einheiten um.
Fazit: Kosten reduziert, Qualität gesichert
Informationen wie die Dichtemessung, die von einem Coriolis-Messsystem in einer Anlage zur Verfügung stehen, können signifikant zur Kostenreduzierung und Qualitätssicherung im Prozess beitragen. Das Medium in der Prozessleitung besteht wahrscheinlich aus bekannten Bestandteilen, sodass die gemessene Dichte meist spezifisch ist und brauchbare Daten über die Konzentration für diese Bestandteile liefert. Zudem ist die Dichtemessung von Micro-Motion-Coriolis-Messsystemen genauer als die anderer online Echtzeit-Prozessanalyse-Technologien. Die zusätzlichen Daten und die Steuerung dieses Parameters ermöglichen der Qualitätssicherung und Prozessführung, die Produktqualität und Produktivität auf verschiedene Art und Weise zu verbessern.☐
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