Dream-Team für Hitze und Kondensat

Füllstandmessung mit einem Duo aus keramischer und metallischer Messzelle

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Die BASF am schweizerischen Standort Kaisten setzte bisher zur Füllstandmessung klassische Differenzdrucksysteme ein. Um die Herstellung von Zusatzstoffen für Lacke und Kunststoffe völlig silikonölfrei zu bekommen, wechselte das Unternehmen zu elektronischen Differenzdruckmess-systemen und kombiniert Geräte mit keramischer und metallischer Messzelle.

Schon seit über 100 Jahren werden Kunststoffe industriell hergestellt. Doch wer etwa seine Kindheit in den 1970er- oder 1980er-Jahren verlebte, weiß, dass Plastik von einst wenig mit heutigen Spezialkunststoffen gemein hat. Schnell vergilbten die begehrten Indianer- und Cowboy-Spielzeugfiguren und mancher Legostein wurde spröde. Kunststoffe altern durch thermo-oxidativen Abbau, also unter Einfluss von Wärme und Sauerstoff. Dass sie heute lange farbecht und elastisch, hochglänzend oder abriebfest, glasklar und selbst hitzebeständig sind, verdanken sie verschiedensten Additiven. An Volumen machen diese zwischen 1 und 2 % des Materials aus und doch könnte die Kurzformel für diesen, jährlich an die
400 Mio. t fassenden Markt lauten: Ohne Additive keine Kunststoffe.

Das Auge durch den Sturm

Bei der Herstellung solcher Zusatzstoffe, wie etwa Antioxidantien, spielt der Dampfdruck von Flüssigkeiten eine entscheidende Rolle. Deren präzise Messung leistet bei der BASF nicht nur einen Beitrag zur hocheffizienten Steuerung der Spezialverfahren, sondern gibt zusätzlich Hinweise, wie prozesstechnische Bauteile optimiert und die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden kann. Es gilt: Je genauer die Werte, desto klarer die Vorgänge und desto höher das Optimierungspotenzial. Bei extremen Bedingungen mit aggressiven Substanzen und Säuren, die zu Anhaftungen an den Behälterwänden und schlammigen Ablagerungen neigen sowie bei Vakuum und starker Dampfentwicklung, sind die zuverlässigen Messergebnisse der Vega-Druckmittler entscheidend.

Silikonölfreie Messung

Kamen hier zur Füllstandmessung bislang klassische Differenzdrucksysteme zum Einsatz, so entschieden sich die Mess- und Regeltechniker der BASF in Kaisten (Schweiz) nun für den Austausch ihrer Instrumentierung. Sie stellten ihren Prozess auf elektronischen Differenzdruck um, der ohne Kapillarleitungen und somit ohne mechanische Druckmittler silikonölfrei arbeitet. Nicht zuletzt dank keramischer Messzelle, ist dieses System für Vakuum und hohe Temperaturen prädestiniert. „Die Entscheidung für elektronischen Differenzdruck auf der Basis keramischer Certec-Messzellen lag nahe, weil diese abrasiven Substanzen zuverlässig standhalten. Unsere Anlage läuft komplett automatisiert und wird 7 Tage die Woche zu 24 Stunden betrieben“, betont Markus Stoll, BASF-Leiter Fachwerkstätten EMSR, der mit seinem Team für eine höchstmögliche Anlagenverfügbarkeit sorgt.

Begehrte Zusatzstoffe

BASF ist einer der führenden Hersteller von Kunststoffadditiven mit Produktionsstätten rund um den Globus. Im schweizerischen Kaisten werden diese großvolumigen Substanzen von rund 260 Mitarbeitern produziert und gelangen von hier aus in Kunststoffe und Schmieröle. Unter exakt definierten Druckverhältnissen werden die Einsatzstoffe in mehreren chemischen Reaktionsschritten in begehrte Additive umgesetzt. Eine vollautomatische Prozesssteuerung erfasst jeden Messwert kontinuierlich und sorgt für die exakten Dosierungen wie auch den hocheffizienten Betrieb der Anlage. Zuverlässigkeit ist entscheidend, denn das Endprodukt ist ein für BASF essenzielles Zwischenprodukt. Zu etwa 80 % wird es in Folgestufen weiterverarbeitet. Steht dieser Bereich still, dann mit weitreichenden Folgen. „Jeder noch so kleine Ausfall“, beschreibt Stoll, „unterbricht einen komplexen Prozess. Ganz praktisch bedeutet dies für uns: Wochenend- und Mehrarbeit.“ Aufwendige Neuabgleiche und akribische Analysen sind dann fällig. Stoll weiß, wovon er spricht. Driftet ein Messwert ab, so passiert dies oft schleichend. Die eigentliche Arbeit ist es dann, dem „schwer plausiblen“ Fehler auf die Spur zu kommen. Ungenaue Messwerte, sagt er, müssten unter allen Umständen vermieden werden.

Bitte keine Experimente

Eigentlich arbeiten Mess- und Regeltechniker nach dem Prinzip „Never change a good running system“. Damit Prozesse rund laufen, müssen alle Produktionsparameter exakt aufeinander abgestimmt sein. Und so zeigte sich bei der Einführung neuer, ölfreier Druckmesstechnik auch bei BASF manche Besonderheit erst im Zuge der Umstellung. Eine Destillation, so auch die einer Reaktionsmischung unter Vakuum, beruht auf unterschiedlich hohen Siedepunkten der beteiligten Flüssigkeiten und auf deren verschiedenen Dampfdrücken. Die erwünschte Trennwirkung kommt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Flüssigkeiten und des Dampfes zustande. Bei jeder Differenzdruckmessung sind die Druckmittler exakt auf die zu überwachenden Medien abgestimmt: So werden den Messzellen etwa zum Schutz vor hohen Temperaturen oder Feuchtigkeit spezielle Trennmembranen vorgeschaltet.

Ein System für zwei Extreme

Die robuste keramische Certec-Messzelle zeigte sich im BASF-Vakuumreaktor ideal für die auch hygienisch einwandfreie Anwendung am heißen, aggressiven Lösemittel im unteren Reaktorteil. Im oberen Reaktorbereich hingegen herrschten ganz andere Bedingungen: Hier sorgte der extreme Dampf für Kondensat auf der Messzelle und verursachte Ungenauigkeiten. Eine naheliegende, zunächst avisierte Lösung, das Differenzdrucksystem anstelle von keramischen Messzellen auf der Basis metallischer Metec-Messzellen einzusetzen, zeigte eine gegenläufige Problematik. Kondensat und Feuchtigkeit hatten keinerlei negativen Einfluss mehr. „Der obere Messwert blieb in allen Situationen plausibel und hochpräzise,“ erinnert sich Markus Stoll. Nun jedoch löste die hohe Temperatur des Lösemittels im unteren Reaktorbereich wiederholt Messwertdriften aus.

Kombination für Hitze und Kondensat

Und es brauchte Expertise, Experimentierfreudigkeit und vor allem das Hand-in-Hand-Arbeiten zwischen der BASF-Abteilung Mess- und Regeltechnik und Jürgen Feser, dem zuständigen Key Account Manager bei Vega, bis beide der Überzeugung waren: „Jetzt läuft’s rund, jetzt passt alles!“ Die verblüffende Lösung bestand in einem elektronischen Messsystem – einer Kombination aus keramischer und metallischer Messzelle. Beide Druckmittler erfassen ihre jeweiligen Werte separat und berechnen – elektronisch verbunden als Master-/Slave-Sensorpaar – deren Differenz im Mastersensor. Möglich macht dies eine baulich verwandte Geräteelektronik hinter den beiden ganz unterschiedlichen Messzellen. Sie funktionieren auch im gemischten Team hervorragend. „Für unsere Anwendung ist diese Verbindung ein echtes Dream-Team“, zeigt sich Feser zufrieden. Unter dem Strich ist das Ergebnis die „eine“ Lösung für zwei Herausforderungen: Die keramische Messzelle meistert die hohen Temperaturen und aggressiven Substanzen im unteren Reaktorbereich. Im oberen Teil leistet die metallische Messzelle ganze Arbeit bei Kondensatbildung.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav1018vega


Autorin: Claudia Homburg

Marketing,

Vega


Gut zu wissen:   Wieso silikonölfrei?

In den 1970er-Jahren erklärten große Autokonzerne ihre Lackierstraßen fortan rigoros zu „silikonölfreien Zonen“. Was steckte dahinter? Immer wieder war es beim Lackieren von Fahrzeugen zu rätselhaften Lackfehlern gekommen. Als Verursacher konnte schließlich das Haarspray von Mitarbeitern dingfest gemacht werden. Und zwar nicht etwa direkt im Raum angewendetes; es reichten geringste Ausgasungen, auch noch Tage nach der Verwendung, um letztlich die gesamte Lackierung unbrauchbar zu machen. Zwar dürfte zwischenzeitlich deutlich weniger Haarspray im Einsatz sein, als noch auf den interessanten Dauerwellen der 1970er-Jahre. Vorschriften zur silikonölfreien Produktion sind jedoch seither Standard in vielen industriellen Produktionsbereichen. Sie erstrecken sich über mechanische Einrichtungen, Bauelemente wie Rohre, Pumpen oder Schläuche und verlangen auch Zulieferern Garantien und Nachweise über deren silikonölfreie Produktion ab. BASF verzichtet am Standort Kaisten in vielen Herstellungsprozessen konsequent auf Silikone.

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