Analytic Journal - Lösungen für die Prozessanalytik und Umweltanalytik

 

 

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Fachberichte - Prozessanalytik generell

 

Prozessanalytik generell - Fachberichte

Inline-Prozessanalytik mit integralen Analysenmessverfahren
– Möglichkeiten und Grenzen


Die Schallgeschwindigkeitsmessung als indirekte, integrale Messmethode ist im Vergleich zu direkten, spezifischen Messmethoden wie der optischen Spektroskopie oder der Chromatographie

 

Dr. Frank Dinger, Geschäftsführer, MAT MESS- &
ANALYSE TECHNIK, Hofgeismar
VDI-Fachkonferenz 16. - 17. Februar 2011 in Frankfurt am Main


Rang - und Reihenfolge der physikalischen Messgrößen in der Prozessüberwachung

1. Temperatur
2. Druck
3. Durchfluss
4. Niveau
5. Konzentration / Zusammensetzung ANALYTIK

Frage: Warum steht die Messung der Zusammensetzung / Konzentration
(Prozessanalytik) mit Abstand an letzter Stelle ?

1981 : Anteil < 4 %
2010 : Anteil ca. 4 – 5 %
Antwort: Weil sie bestimmte Spezifika aufweist, die in der nächsten Folie
dargestellt werden !

   

SPEZIFIKA PROZESSANALYTISCHER METHODEN

  • Die Zielgröße ist in der Regel mit der Messgröße nicht identisch.
  • Der Hersteller der Messtechnik hat kein Interesse, sich intensiv mit Stoff und Verfahrenstechnik zu
    beschäftigen.
  • Der Anwender der Messtechnik hat kein Interesse, sich intensiv mit dem Messverfahren zu beschäftigen.
  • „Welches der ca. 80 derzeit verfügbaren und im Prozess einsetzbaren Analysen -
    Messverfahren liefert die Information, die man zur Lösung der Aufgabenstellung braucht,
    und wie findet man dies heraus?“
 
Für den erfolgreichen Einsatz von Inline - Prozessanalysentechnik gelten im wesentlichen 3 Kriterien :

1. Die physikalische Messgröße muß reproduzierbar und möglichst genau mit der Zielgröße korrelieren !
2. Der Messeffekt muß möglichst hoch sein, damit die Zielgröße mit der erforderlichen Genauigkeit bestimmt werden kann !
3. Das Messverfahren muß unter den gegebenen Bedingungen des realen Prozesses möglichst robust und langzeitstabil sein
und der Wartungsbedarf muß gering sein !
   

Unterschiede zwischen spezifischen und integralen Verfahren

Spezifische (direkte) Verfahren
Eine oder mehrere Informationen (nebeneinander Spektren) liegen spezifisch vor
Vorteil: mehrere Zielgrößen, z.B. Konzentrationen, können nebeneinander gemessen werden
Nachteil: diese Verfahren können ohne ein Mindestmass an Kalibrierung und mathematischer Verarbeitung nicht eingesetzt werden

Integrale (indirekte) Verfahren
Alle Informationen sind in einem einzigen Messwert enthalten
Nachteil: es kann nur eine einzige Zielgröße ermittelt werden. Welche, das ist egal.
Vorteil: bei Einsatz dieser Messverfahren stehen sofort Messwerte zur Verfügung, und das in Echtzeit und mit einer hohen Messpunktdichte (Abstand in der Regel 1 Sekunde).
D.h. beim Einsatz des Verfahrens im Labor, Technikum oder Prozess steht sofort eine Trendkurve bereit. Das führt in der Regel dazu, dass die Prozesse transparent werden, sofort besser verstanden und damit optimiert werden können.

2 bis 3 Messwerte pro Tag bis zu 85 000 Messwerte pro Tag

 

Ein universelles integrales Messverfahren – das Schallverfahren !

• Schall - insbesondere Ultraschall - Anwendungen, finden sich in nahezu allen Bereichen von Wissenschaft, Produktion, Technik und Medizin.
• Dabei wird ausgenutzt, dass man die Schallparameter in sehr weiten Grenzen variieren kann.
• In Produktion und Technik haben sich Ultraschallverfahren zur Durchfluss-, Füllstands-, Abstands- und auch zur Analysenmessung durchgesetzt.
• Die Schallgeschwindigkeit kann sehr genau gemessen werden – mit einer Auflösung bis zu 0,02 m/s. Das bedeutet, dass für den Bereich der Flüssigkeiten ca. 90 000 Schritte zur Unterscheidung und analytischen Charakterisierung zur Verfügung stehen !
Aber: die Schallgeschwindigkeit steht in noch keinem Sicherheitsdatenblatt !!!
• Das Schallverfahren ist in idealer Weise zur Verfolgung von chemischen, physikalischen und biologischen Reaktionen geeignet !


 
Welches sind die Vorteile von Ultraschall - Analysenverfahren ?

• Es können mit einem Gerät zwei analytische Größen gemessen werden: Die Schallgeschwindigkeit und die Schalldämpfung !
• Die Analytik kann in Feststoffen, in Flüssigkeiten und in Gasen betrieben werden !
• In Flüssigkeiten gibt es keine Einschränkungen bezüglich Zusammensetzung: Es können Lösungen, Emulsionen, Dispersionen und Suspensionen bis zu sehr hohen Feststoffgehalten gemessen werden !
• Es gibt kaum Einschränkungen bezüglich Einsatzort: Es kann in Behältern und in Rohrleitungen gemessen werden – bei letzteren auch mittels clamp - on - Messung !
• Die Ultraschallsensoren sind sehr robust, langzeitstabil und wartungsarm !
 
Überwachung von Sedimentationsreaktionen Prozess

Ziel: Überwachung der Produktreinigung mittels Sedimentation / Erhöhung der Reproduzierbarkeit der Fahrweise
Verbesserung der Produktqualität / Zeitliche Optimierung des Prozesses

Messverfahren: Schallgeschwindigkeit / Einsatz eines zweistufigen Kunststoffsensors
 

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