GWR erfasst auch den letzten Tropfen

Autor Dirk Schwamborn Industry Sales Manager Hygienic, Magnetrol

Das Problem stellte sich bei einem kontinuerlichen biopharmazeutischen Fermentationsprozess, bei dem eine Natriumcarbonatlösung zur Steuerung der Fermentation eingesetzt wird. Die Füllstandmessung im Natriumcarbonattank – in der bestehenden Anlage mit einem Schwimmer – bestimmt die Menge, die zugemischt wird. Der Prozess wird gestoppt, wenn der Tank leer ist, und nach Auffüllen des Tanks neu gestartet.

Die bestehende Konfiguration mit dem Schwimmer war zuverlässig, jedoch gab es ein recht großes „nicht gemessenes“ Volumen im unteren Bereich des Tanks: Die gewölbte Unterseite des Tanks in Verbindung mit den Abmessungen des Schwimmers ergab einen beträchtliches Totbereich von rund 13 cm bei einer Gesamthöhe des Tanks von 70 cm. Und da der Fermentationsprozess kontinuierlich durch das Natriumcarbonat gesteuert wird, kam dieser Prozess zum Erliegen, ehe der Vorratstank ganz leer war. Dies führte zu kürzeren Chargenzeiten, mehr Füllzeiten und damit zu einer verminderten Ausbeute. Und es gab ein verlorenes Tankvolumen, das dennoch ständig Natriumcarbonatlösung enthielt.

Zur Verlängerung der Produktionszeit suchte die Firma daher nach einer Lösung, mit der die Messung des Füllstands bis zum tiefsten Punkt des Tanks möglich ist. Die Temperatur der Natriumcarbonatlösung ist +25 °C und der Druck 1,3 bar. Dies stellt keine besonderen Anforderungen an das Messverfahren. Der Sensor muss nur 60 Minuten bei +121 °C sterilisiert werden können. Eine wichtige Voraussetzung war jedoch, dass die Ersatzmesstechnik keinen Umbau der Anlage erforderlich machte. Sie musste daher an genau derselben Stelle – und das war an der Seite des Tanks – mit der hygienischen Spezialverbindung montiert werden.

Als Lösung hat Magnetrol ein Eclipse-705- Zweidraht-GWR mit Stabantenne 7MF angeboten. Die Antenne ist ein sehr stabiler Edelstahlstab mit einem Durchmesser von 13 mm. Sie wird senkrecht in den Tank eingeführt, von der Messöffnung bis zum Boden. Vom Eclipse-Radar wird ein elektromagnetischer Impuls entlang der Antenne geschickt. Die Antenne führt den Impuls (Guided Wave Radar). Wenn der Impuls auf die Flüssigkeitsoberfläche (mit einem anderen Brechungsindex als die Luft darüber) trifft, wird der Impuls reflektiert und erreicht den Empfänger. Die Laufzeit wird mittels eines ultraschnellen Zeitmesskreises gemessen und daraus wird mit hoher Genauigkeit der Füllstand der Flüssigkeit berechnet. Bei der Elektronik handelt es sich um eine Zweidraht-Ausführung, d. h. sowohl die Stromversorgung als auch die Übertragung der Messdaten erfolgen über das gleiche Leiterpaar.

An sich ist dies eine recht normale Kombination, die genaue und reproduzierbare Ergebnisse ergibt. Auch der hygienische Anschluss stellt kein Problem dar, da diese Geräte speziell für hygienesensible Märkte (Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetikindustrie) den Standards von EHEDG und 3-A entsprechen. Die wirkliche Lösung für die Messung bis zum letzten Tropfen wurde jedoch erst durch Biegen der Antenne erreicht, sodass sie der Form des Vorratstanks folgt. Dadurch war es einerseits möglich, die Antenne an der Seite entlang in den Tank einzuführen. Andererseits reichte die Antenne dadurch – seitlich vom Mischrotor in der Tankmitte – bis ganz nach unten zur Auslauföffnung. Und da es sich um geführten Radar handelt, kann der Füllstand bis zum Auslauf gemessen werden. Das Problem war somit gelöst.

Die Antenne wurde auf Grundlage der Tankabmessungen im Werk gebogen. Um den Füllstand über die volle Höhe genau zu messen, unabhängig von der Krümmung der Antenne und anderen Einflussfaktoren, wurde eine Mehrpunktkalibrierung vorgenommen. Diese Kalibrierung erfolgte auch im Magnetrol-Werk. Vor Ort hatte man dadurch ein Plug-&-Play-Gerät. Dank der Kalibrierung und korrekten Umrechnung des Füllstands in ein Volumen in der Steuerung der Anlage kann der Fermentationsprozess für die gesamte Charge genau gesteuert werden. Dies hatte zur Folge, dass jeder Vorratstank eine Mehrausbeute von gut 20 % ergab. Wie bei jeder Investition wird auch hier der „Return on Investment betrachtet. Der Kunde hat errechnet, dass sich das Gerät in weniger als zwei Monaten amortisiert hat.

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