Die wichtigsten elektrochemischen Messgrößen in der chemischen Industrie sind pH-Wert, Leitfähigkeit, gelöster Sauerstoff und der Gehalt an Sauerstoff in der Gasphase. Neben dem für die Anwendung ausgelegten Inline-Sensor, bedarf es noch eines Messumformers für die zuverlässige Verarbeitung des Messwertes, der gleichzeitig auch als Anzeige vor Ort dient. Der Einkanal-Multilateral-Transmitter M400 von Mettler-Toledo ist standardmäßig für alle oben genannten Messparameter ausgelegt, zudem können auch gelöstes CO2 und gelöstes Ozon erfasst werden. Dasselbe Gerät kann je nach Modell unterschiedliche Messgrößen verarbeiten, was es zu einem universellen Instrument in der Prozessanalysentechnik macht. Der M400-Transmitter ist von vornherein mit allen nötigen Vorverstärkern ausgerüstet. Eine Freischaltung von Software-Optionen oder ein Bestücken/Nachrüsten eines Messmoduls für den jeweiligen Messparameter ist nicht erforderlich.
Einfache Parametrierung
Dank des beschichteten Aluminiumdruckgussgehäuses hält der M400 neben extremen Temperaturen auch den rauen Bedingungen in der Chemieindustrie stand. Der M400 ist als 4-Leiter- und als 2-Leiter-Messgerät erhältlich. Die zweite Generation des 4-Leiter-Transmitters M400 verfügt über eine intuitive Touchscreen-Benutzeroberfläche. Parallel dazu stehen vier Softkeys zur Verfügung, die eine robuste Bedienung auch mit Handschuhen ermöglichen. Mithilfe des Konfigurationstools können Parametrierungen über den PC und die USB-Schnittstelle schnell und unkompliziert auf andere Transmitter des gleichen Typs übertragen werden. Die 2-Leiter-Variante des Multiparameter-Transmitters M400 besitzt eine Atex-/FM-Zertifizierung für explosionsgefährdete Bereiche. An dem Multiparameter-Transmitter lassen sich sowohl herkömmliche analoge, als auch moderne digitale Sensoren mit Intelligent Sensor Management (ISM) anschließen.
Digitale Sensoren
ISM ist eine Digitaltechnologie für die Inline-Prozessanalytik, die intelligente Algorithmen in den Sensor integriert. Jeder ISM-Sensor besitzt einen eingebauten Chip im Steckkopf, auf dem alle relevanten Sensordaten gespeichert sind. Durch innovative und fortschrittliche Algorithmen, werden erweiterte Sensordiagnosedaten bereitgestellt. Die Auswertung des Messsignals erfolgt direkt im Sensor und der Messwert wird digital und niederohmig an den Transmitter übertragen. Im Gegensatz zu analogen Signalen können digitale Signale sicher und ohne Störung von Umgebungseinflüssen (z. B. Feuchte, elektromagnetische Felder) auch über längere Strecken übertragen werden.
Die ISM-Technologie verfügt über eine Plug-and-Measure-Funktion, sodass die Sensoren beim Anschließen an den Transmitter automatisch erkannt und eingelesen werden. Dank des Tools iSense Asset Suite lassen sich die ISM-Sensoren im Labor kalibrieren. Die Kalibrierdaten werden dann im Sensorkopf gespeichert und beim späteren Anschließen in den Transmitter geladen.
Intelligente Algorithmen ermöglichen zudem eine kontinuierliche Sensordiagnose in Echtzeit und somit eine vorausschauende Wartung. Der Dynamic Lifetime Indicator (DLI) gibt auf Basis der aktuellen Prozessbedingungen und der Sensorhistorie die verbleibende Nutzungsdauer des Sensors an. Der DLI arbeitet dabei dynamisch wie eine Anzeige der Restreichweite im Auto. Wenn sich die Prozessbedingungen entspannen, steigt die Vorhersage bezüglich der Restlaufzeit wieder an. Der Adaptive Calibration Timer (ACT) zeigt an, wann die nächste Kalibrierung erforderlich ist, und der Time to Maintenance (TTM) weist darauf hin, wann die nächste Wartung fällig ist.
Für die Übertragung des Messwerts und der Sensordiagnosedaten an die Leitwarte oder an die Asset-Management-Systeme stehen am M400-Transmitter 4…20-mA-Stromausgänge zur Verfügung. Alternativ können auch Kommunikationssysteme oder Bussysteme wie Hart, Profibus oder FoundationFieldbus verwendet werden.
pH-Wert kontinuierlich überwacht
Ein Besipiel für eine erfolgreiche Implementierung eines M400-Transmitters ist die Überwachung des pH-Werts bei der Ethylenoxidherstellung. Das Reaktorabwasser enthält 75 bis 90 % Ethylenoxid, das durch Kaltwassereinspritzung abgetrennt und weiter gereinigt wird. Um saure und säurebildende Nebenprodukte zu neutralisieren und um zu verhindern, dass wässriges Ethylenoxid sowohl bei niedrigen als auch bei hohen pH-Werten zu Ethylenglykol hydrolysiert wird, ist es dringend zu empfehlen, den pH-Wert des Einspritzwassers kontinuierlich zu überwachen. Dieser sollte zwischen 6 und 9 liegen. Hier hat sich der pH-Sensor Inpro3250i/SG in Kombination mit dem M400-2-Leiter bewährt. Der pH-Sensor verfügt über eine integrierte Hilfselektrode aus Platin, den sogenannten Potenzialausgleich (Solution Ground), um Erdungsprobleme zu verhindern. Des Weiteren ist eine parallele Redox-Messung möglich und auch die Glaselektrodenimpedanz und Bezugselektrodenimpedanz können überwacht werden. Die Verschmutzung des Diaphragmas ist die Hauptursache für eine fehlerhafte pH-Messung. Die Alarmfunktionen des M400-Transmitters lassen sich so konfigurieren, dass nach Über- bzw. Unterschreitung parametrierter Grenzwerte eine Warn- oder Ausfallmeldung ausgegeben wird. Die digitale ISM-Plattform stellt eine erweiterte Sensordiagnostik bereit, sodass in Echtzeit, neben dem eigentlichen Messwert auch Informationen zum Zustand des pH-Sensors und zu dessen Leistungsfähigkeit ausgegeben werden können.–
Effiziente Prozesssteuerung
Bei der Herstellung von Formaldehy ist die O2-Konzentration am Einlass des Methanol-Verdampfers ein wichtiger Kontrollparameter. Formaldehyd wird durch katalytische Oxidation von Methanol und Luft hergestellt. Dazu wird Methanol in einem Röhrenwärmetauscher verdampft, mit Luft gemischt, vorgewärmt und dann in einen Reaktor eingeleitet. Das entstehende formaldehydhaltige Gas wird abgekühlt und in einer mehrstufigen Absorptionskolonne mit Wasser oder Harnstofflösung gewaschen. Optimale Prozessbedingungen liegen vor, wenn die Anlage bei höchstmöglicher O2-Konzentration betrieben wird, ohne jedoch die untere Explosionsgrenze (UEG) im Gasstrom zu überschreiten.
Mittels eines laserbasierten Gasanalysators GPro500 TDL kann die Messung der O2-Konzentration direkt im Prozess erfolgen und der M400-Transmitter als Benutzerschnittstelle verwendet werden. Der Anwender kann alle nötigen Betriebsparameter am M400 eingeben und die Einstellungen für Alarme sowie Eingang/Ausgang festlegen. Der M400 zeigt die Werte für gemessene Gaskonzentration, Temperatur, Druck und Transmission an. Durch die kurzen Ansprechzeiten ist im Vergleich zu einem extraktiven Messsystem eine effiziente Prozesssteuerung möglich, sodass höhere Ausbeuten resultieren und trotzdem die Prozesssicherheit gewährleistet werden kann.
Suchwort: cav1218mettler-toledo
Autor: Dr. Stefanie Scholz
Market Segment Management Prozessanalytik, Region Central Europe
Mettler-Toledo
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