Flüssigkeitsdichtesensoren ermöglichen Qualitätsüberwachung bei Aufschäumprozessen

Dichteaufnehmer mit geradem Einzelmessrohr

In vielen industriellen Bereichen bekommt die Produktion von geschäumten Produkten einen immer größeren Stellenwert. Durch den Einsatz einer kontinuierlichen Schaumdichtemessung und -regelung erreicht der Anwender dabei eine Qualitätssteigerung bei gleichzeitiger Kostenersparnis. Der Solartron Dichtemesser besitzt nicht nur eine hohe Messgenauigkeit, sondern ist durch das totraumfreie gerade Messrohr auch CIP-reinigungsfähig.

Aufschäumvorgänge erfolgen in erster Linie in statischen oder dynamischen Mischern, bei denen sich durch die Zuführung eines Gases (meistens Luft) in eine verwirbelte Flüssigkeit der Schaum bildet. Die Kontrolle dieser Aufschäumvorgänge wird meist manuell durch das Auswiegen von Proben in einem Normgefäß durchgeführt. Abweichungen vom Sollwert müssen anschließend ebenfalls manuell korrigiert werden. Zwischen den Proben auftretende Abweichungen schlagen als Qualitätseinbußen oder Kosten zu Buche. Der personelle Aufwand ist entsprechend hoch und erfordert viel Sorgfalt und Erfahrung. Außerdem erhöht sich bei dieser Methode, insbesondere bei hohen Gasanteilen, der Messfehler abhängig von der Schaumstabilität.

Grundlage der automatischen Schaumgewichtsbestimmung ist zunächst die Dichtebestimmung des Schaumes unter Betriebsbedingungen. Bei Schaum handelt es sich um eine Mischung aus einer praktisch nicht kompressiblen Flüssigkeit und einem kompressiblen Gas. Die aktuell in der Leitung gemessene Schaumdichte wird also bestimmt durch:

? die Dichte der Flüssigkeit bei Betriebstemperatur

? die Dichte des Gases bei Betriebstemperatur

? den Gasanteil in der Flüssigkeit

? den Betriebsdruck im Messrohr

Um eine Aussage über die Schaumdichte oder den Gasanteil in der Flüssigkeit bei atmosphärischen Bedingungen machen zu können, müssen die Grunddichten der Flüssigkeit und des Gases sowie der Druck im Messrohr bekannt sein.

Solartron Flüssigkeitsdichtesensoren von Schwing arbeiten nach dem Biegeschwingerprinzip, bei dem ein einzelnes gerades Messrohr elektromagnetisch auf seine natürliche Eigenresonanzfrequenz gebracht wird. Diese ändert sich mit dem Gewicht des Messrohres. Fließt nun die zu messende Flüssigkeit durch dieses Messrohr, ändert sich die Eigenresonanzfrequenz proportional zur Dichte dieser Flüssigkeit.

Um aus der gemessenen Schaumdichte das Schaumgewicht oder den volumetrischen Luftanteil unter atmosphärischen Bedingungen zu ermitteln, sind einige zusätzliche Korrekturen erforderlich. Diese können in einem übergeordneten externen Rechner zusammen mit dem Schaumdichte-Kompaktsystem 78XX EG Advanced erfolgen. Der erste Schritt ist die Druckkorrektur der Schaumbetriebsdichte auf atmosphärischen Druck. Aus der gemessenen Betriebsdichte wird zunächst mittels einer 5 x 4-Punkte-Druck/Dichte-Matrix die Dichte bei atmosphärischem Druck errechnet. Falls erforderlich, wird dann ebenfalls über eine 5 x 4-Punkte-Temperatur/Dichte-Matrix eine temperaturbezogene Dichte (z. B. 20 °C) errechnet. Als Ergebnis erhält man nun die druck- und temperaturkorrigierte Schaumdichte bei 1 bar und 20 °C.

Nach erfolgter Druck- und Temperaturkorrektur kann nun das Schaumgewicht oder der volumetrische Luftanteil berechnet werden. Durch den Einsatz einer kontinuierlichen Schaumdichtemessung und -regelung erreicht der Anwender eine Qualitätssteigerung bei gleichzeitiger Kostenersparnis. Solartron Dichtemesser sind durch das totraumfreie gerade Messrohr auch CIP-reinigungsfähig und eignen sich für Anwendungen im Lebensmittel- und Pharmabereich. Eine große Palette von Flanschoptionen erleichtert dem Anwender dabei die Anbindung an seinen Prozess.

E cav 235

Dieter Stepanek