Genauigkeit überzeugt

Frank Grunert

Seien es empfindliche Wollkleider, Fußballtrikots mit Grasflecken, schwarze oder weiße Wäsche – für fast jede Textilien- und Verschmutzungsart gibt es ein eigenes Waschmittel. Allein in Deutschland beträgt der Markt für Universalwaschmittel über eine Milliarde Euro, mit steigender Tendenz. Leichten Rückgängen bei den Pulver-Normalprodukten und den Konzentraten steht ein zweistelliges Wachstum bei den Flüssigwaschmitteln gegenüber. Der Entwicklung eines Waschmittels gehen langjährige und aufwendige Versuchsreihen voraus, bei denen vor allem die Wirkung unterschiedlicher Dosierungen untersucht wird. Um den kritischen Verbraucher am Ende von einem neuen Waschmittel zu überzeugen, müssen die Argumente exzellent sein. Schließlich hängt der Verbraucher an seinen Gewohnheiten und damit an seiner bislang eingesetzten Marke. In aufwendigen Versuchen werden daher bei der Entwicklung eines neuen Waschmittels alle Details genau protokolliert. Insbesondere bei der Dosierung der Edukte benötigen die Produktentwickler daher Durchfluss-messgeräte, auf die sie sich hundertprozentig verlassen können.

In dieser Situation befanden sich auch die Verantwortlichen einer Versuchsanlage eines Waschmittelproduzenten. Dort werden in einem Flüssigmischer mit einem Fassungsvermögen von einer Tonne Flüssigwaschmittel mit verschiedenen Rezepturen zu Testzwecken hergestellt. Zur Herstellung von neuen Waschmittelsorten müssen die Mengenverhältnisse der Edukte genau eingehalten werden. Neben demineralisiertem Wasser, Alkalilauge und Natronlauge werden Marlonsäure sowie verschiedene andere Säuren und Lösemittel in den Mischer dosiert. Bislang wurden die Ausgangsprodukte nacheinander in den Mischer eingebracht und die Füllmenge über Wägezellen bestimmt. Zum einen nahm dies zu viel Zeit in Anspruch, zum anderen war das Mischergebnis nicht immer optimal. Die Entwickler suchten nach einer besseren Lösung, mit der die Befüllung bei höherer Genauigkeit schneller ablaufen konnte. Krohne empfahl – insbesondere wegen der geforderten Genauigkeit und Reproduzierbarkeit – den Einsatz von Coriolis-Masse-durchflussmessgeräten für die Messung der eingeleiteten Mengen.

Insgesamt wurden 11 Optimass 7300 in Nennweiten von DN 15 bis DN 40 installiert. Die Messgeräte verfügen über ein einzelnes gerades Messrohr ohne Strömungsteiler oder Einbauten. Somit stellte auch die hohe Viskosität einiger Edukte kein Problem für die Massedurchflussmessung dar. Da einige der Edukte eine erhöhte chemische Beständigkeit der medienberührten Oberflächen voraussetzen, wurden hierfür Geräte mit einem Messrohr aus Titan verwendet, die restlichen Messpunkte wurden mit Edelstahlmessrohren ausgestattet. Zudem überzeugte den Waschmittelproduzenten die hohe Genauigkeit, die sich auch in der Zulassung nach OIML R 117-1 für Masse- und Volumendurchfluss in der Genauigkeitsklasse 0.3 wiederfindet. Ein hoher Sicherheitsfaktor mit standardmäßiger Druckstufe und mit optionalem PED-zertifiziertem, druckfestem Gehäuse bis 100 bar bietet dem Betreiber weitere Sicherheit. Der Betreiber der Versuchsanlage lieferte vorab genaue Angaben über die Medien, sodass die Geräte exakt dimensioniert werden konnten und die Genauigkeit im Praxisbetrieb gewährleistet ist. Aus Platzgründen und für eine bessere Ablesbarkeit der Anzeige wurden die Messumformer getrennt montiert.

Mit dem Einsatz der Masse-Durchflussmessgeräte ergeben sich mehrere Vorteile für den Betreiber: Die Edukte können mit einer hohen Genauigkeit gleichzeitig durch die Ringleitungen in den Mischer dosiert werden. Damit ergibt sich eine hohe Zeitersparnis gegenüber der Dosierung über die Wägezellen. Der Mischer kann nun in der halben Zeit gefüllt werden. Er steht somit für die nächste Mischung schneller zur Verfügung und es können mehr Versuche in der gleichen Zeit durchgeführt werden. Außerdem verteilen sich die Edukte durch die gleichzeitige Einleitung schon vor dem Start des Rührwerks im Mischbehälter, wodurch eine bessere Homogenität des Endproduktes gewährleistet wird. Die im Vergleich zu den Wägezellen hohen Investitionskosten für die Massedurchflussmessgeräte amortisieren sich laut dem Betreiber allein durch die höhere Auslastung des Mischers innerhalb von wenigen Wochen.

Das Coriolis-Messprinzip überzeugt durch seine hohe Genauigkeit und seine Robustheit. So ist die Technik weitestgehend unempfindlich gegenüber äußeren Störungen oder der Einbaulage. Auch bei schwierigen Produkten, wie hochviskosen und inhomogenen Mischungen, messen Coriolis-Massedurchflussmessgeräte zuverlässig. Lufteinschlüsse, Schlämme mit abrasiven Feststoffen oder Fasern, Vibrationen oder Schwingungen der Rohrleitung beeinflussen weder die Messgenauigkeit noch die Messqualität. Auch gegenüber Umgebungs- oder Medientemperaturänderungen ist das Messprinzip unempfindlich. Zu verdanken ist dies einer standardmäßigen Kalibrierung bei drei unterschiedlichen Temperaturen. Dieser Prozess wird bei Krohne auch als Charakterisierung bezeichnet, da das Verhalten der Geräte bei wechselnden Umgebungs- und Prozessbedingungen geprüft und die Koeffizienten für Korrekturalgorithmen erfasst und eingestellt werden. Dieser Prozess findet auf vollautomatischen, PC-gesteuerten und vom staatlichen Kalibrierdienst United Kingdom Accreditation Service (UKAS) gemäß EN ISO 17025 abgenommenen Kalibrieranlagen statt. Das Unternehmen verfügt über drei baugleiche gravimetrische Kalibrieranlagen an den Standorten in England, China und den USA.

Für den Anwender übersetzt sich die aufwendige Kalibration in eine Installation, die praktisch keinen Einschränkungen unterliegt: Die Geräte lassen sich einfach als Bestandteil der Rohrleitung installieren und können direkt am Gehäuse abgestützt werden. Der Einbau ist auch möglich, wenn keine geraden Einlaufstrecken vorhanden sind. Die Durchflussmessgeräte sind zudem immun hinsichtlich Cross-Talk, d. h. zwei Geräte können direkt hintereinander geschaltet werden und beeinflussen sich nicht gegenseitig.

Ein geringer Druckverlust, die Leerlauffähigkeit und die einfache Reinigung des Gerätes sind weitere Argumente für den Einsatz von Coriolis-Geradrohrmessgeräten.

Aber nicht nur in chemischen Anlagen zeigen Coriolis-Massedurchflussmessgeräte ihre Größe. Gerade wegen der großen Anwendungsbreite ist dieser Messgerätetyp gefragt. Von 9,5 bis 560 000 kg/h messen die Geräte kleine und große Durchflüsse. Dafür stehen unterschiedliche Bauformen (z. B. Ein- oder Doppelrohr, gebogen oder gerade) zur Verfügung, die je nach Messaufgabe und Kundenanforderungen (z. B. sehr große oder sehr kleine Durchflussmengen, möglichst geringer Druckverlust, kleine Einbaulänge etc.) ausgewählt werden. So kann der Anwender beim Standardgerät Optimass 1300 aufgrund des geringen Druckverlustes des Doppelrohr-Messgerätes meist eine kleinere Nennweite einsetzen und profitiert von Kostenvorteilen. Auch für Hochleistungsanwendungen gibt es ein entsprechendes Coriolis-Messgerät: Der Optimass 7300 verfügt über ein gerades Messrohr in vier Werkstoffvarianten Edelstahl, Hastelloy, Titan oder Tantal. Dabei wird eine Tantallegierung mit 10 % Wolfram für eine höhere Festigkeit des Messrohres verwendet. Diese Werkstoffvariante kommt in solchen Anlagen zum Einsatz, in denen Sicherheit an erster Stelle steht und für alle Komponenten die höchstmögliche chemische Beständigkeit verlangt wird.

Ein weiteres typisches Anwendungsfeld von Coriolis-Massedurchflussmessgeräten ist die Messung von Kohlendioxid oder die Messung feuchter Gase, die für die häufig verwendeten Thermische-Masse-Geräte problematisch sind. So überzeugt die Optimass-Familie beispielsweise bei der Karbonisierung von Säften, Sirup und Mixgetränken. Nur dieser Gerätetyp bietet eine hohe Messgenauigkeit unabhängig von Druck und Temperatur. Somit wird sichergestellt, dass ein gleichmäßiger Eintrag von Kohlendioxid in die Flüssigkeit erfolgt.

Neben Batch- und Dosierprozessen sind die Geräte bei der Messung von kontinuierlichen Durchflüssen gefragt. In diesem Einsatzgebiet zeigt sich ein weiterer Vorteil des Messprinzips: So erfassen die Geräte neben dem Massedurchfluss weitere Messgrößen, die dem Anwender wichtige Informationen für den Prozess liefern, wie z. B. die Dichte, den Volumendurchfluss oder die Konzentration des Mediums.

Für besonders große Durchflussmengen bis 2300 t/h und Drücke bis 150 bar bietet Krohne den Optimass 2300 an. Das Gerät wurde speziell für die Sicherheits- und Genauigkeitsanforderungen der Öl- und Gasindustrie entwickelt und ist für den eichpflichtigen Verkehr zugelassen. Aufgrund der hohen Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit sowie der im Vergleich zu U-Rohr-Geräten kompakten Abmessungen findet das Doppel-Geradrohr-Gerät auch Anwendung in der Chemie und Petrochemie sowie in der Lebensmittelindustrie. Neben Benzin oder Öl wird damit der Massedurchfluss von großen Mengen von Sirup, Melasse oder Rohstoffen erfasst.

Halle 7, Stand C13

Online-Info www.cav.de/0410435