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Unabhängige Massendurchflussmessung

Laborgerechte Kleinstmengendosierung für Feinchemikalien
Unabhängige Massendurchflussmessung

Die Massendurchflussmessung auf der Grundlage des Coriolis-Prinzips gewinnt ständig an Bedeutung. Die Ursache dieser Entwicklung liegt auf der Hand: Der Massendurchflussmesser funktioniert unabhängig von Änderungen der Prozessparameter wie Druck, Temperatur, Dichte, elektrische Leitfähigkeit und Viskosität. Damit bietet sich diese Technologie immer dann an, wenn Messgenauigkeit und -fähigkeit für den Prozess von grundsätzlicher Bedeutung sind.

Thomas Geissler

Bei der neuentwickelten Pilot-Laboranlage für pharmazeutische Wirkstoffe und Feinchemikalien des Darmstädter Merck-Konzerns geht es beim Optimieren von Reaktionen um eine exakte Massenbilanzierung. Diese Aufgabe erfüllen zwei Coriolis-Massendurchflussmesser Mass 2100 DI 1,5 von Danfoss, die nicht nur Durchflüsse ab 40 g/h auf 0,1% genau messen, sondern gleichzeitig auch die spezifische Dichte und Temperatur erfassen.
Flexible Pilot-Laboranlage
Die Pilot-Laboranlage soll bestehende Prozesse hinsichtlich Reaktionsparametern, sicherheitstechnisch problematischen Reaktionssystemen sowie der Verfahrensoptimierung untersuchen. Sie dient der Produktion von Kleinmengen und lässt sich schnell für neue Anwendungen umrüsten. Die Laboranlage besteht aus zwei Eduktvorlagen, zwei Dosiereinheiten und einem Reaktionsmodul mit individuell nachgeschalteten Verweileinheiten. Die Edukte werden über die Dosiereinheiten dem Reaktionsmodul zugeführt. Je nach Art der Reaktion werden unterschiedliche Verweilzeiten nachgeschaltet, um das bestmögliche Produkt zu erhalten.
Die neuentwickelte Anlage erlaubt die Durchführung von Reaktionen in einem Temperaturbereich von -50 bis +150 °C bei einem Betriebsdruck von bis zu 6 bar. Der Hauptvorteil der Reaktionsführung in Mikroreaktoren besteht in der Möglichkeit, selbst stark exotherme Reaktionen unter isothermen Bedingungen durchzuführen. Dies ermöglicht eine gezielte Optimierung von Reaktionen. Haupteinflussgrößen sind dabei das Mengenverhältnis der beiden Edukte sowie die Reaktionstemperatur. Alle Messgrößen werden online erfasst und für die Versuchsauswertung protokolliert. Die systematische Vorgehensweise wurde auch beim externen Audit für die Zertifizierung nach DIN ISO 9000ff. anerkannt.
Messtechnische Anforderungen
Die Möglichkeit einer exakten Massenbilanzierung ist entscheidend für den Einsatz von Coriolis-Massendurchflussmessern. Diese Systeme ermöglichen außerdem bei einem Produktwechsel eine schnelle und problemlose Anpassung. Wegen der speziellen Anforderungen bezüglich Baugröße, Materialeigenschaften, Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit bei kleinen Mengen fiel die Entscheidung auf das Massflo-Messsystem von Danfoss, das aus dem Messaufnehmer Mass 2100 DI 1,5 (Abb. 2) und dem Messumformer Mass 6000 besteht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zusätzlich zum Durchfluss auch die Dichte- und Temperaturwerte an getrennten Ausgängen zur Verfügung stehen. Diese Messwerte bieten eine einfache Kontrollmöglichkeit für den korrekten Ablauf des Prozesses. Außerdem sind die Durchflussmesser in Ex-Ausführung lieferbar. Neben den stationären Pilot-Laboranlagen baut Merck auch mobile Dosiereinheiten (Abb. 3) für Massenströme von 40 g/h bis 10 kg/h, die an verschiedenen Standorten der Merck-Gruppe eingesetzt werden. Der Multiparameter-Durchflussmesser Mass 2100 DI 1,5 hat sich auch in diesen Geräten bewährt.
Coriolis-Massendurchflussmesser
Einsatzvielfalt von Massendurchflussmessern auf der Grundlage des Coriolis-Prinzips ist jedoch nicht der allein entscheidende Punkt. Die Industrie fordert in zunehmendem Maße auch Durchflussmesser mit größerem dynamischem Messbereich bei gleichzeitig kürzerer Ansprechzeit. Diese Forderungen werden durch den Wunsch diktiert, Flexibilität und Kapazität bei den einzelnen Produktionsprozessen zu steigern, um in kürzeren Taktzeiten mit den gleichen Anlagen unterschiedliche Produkte herstellen zu können. Bei dem in enger Zusammenarbeit mit wichtigen Großkunden entwickelten Durchflussmesser Massflow Mass 6000 konnten die Hauptparameter Sprungantwort, Störfestigkeit und Modularität deutlich verbessert werden.
Die Sprungantwort-Zeit konnte um den Faktor 3-5 verkürzt werden, so dass eine genaue Durchflussmessung nun innerhalb einiger Millisekunden möglich ist. Dies ist für Anlagen vorteilhaft, bei denen die Zeit eine entscheidende Rolle spielt: Test von Einspritzdüsen für Motoren, Befüllen von Kfz-Klimaanlagen und Dosierung von Medikamenten in Ampullen. Die Unempfindlichkeit des Durchflussmessers Mass 6000 gegen äußere Störeinwirkungen ist entscheidend für einen erweiterten Dynamikbereich. Es sind dazu nämlich Messgeräte erforderlich, die kleinere Signale verarbeiten können, ungeachtet einer eventuellen Überlagerung des Messsignals durch elektrische Störungen, Vibrationen und hydraulische Geräusche von Pumpen und Ventilen – Störungsarten, die den Dynamikbereich des Messgeräts begrenzen können. Durch die erhöhte Störfestigkeit lässt sich das Messgerät nun an jeder beliebigen Stelle einer Anlage einbauen.
Der modulare Aufbau macht den Durchflussmesser Mass 6000 sowohl für Standard- als auch OEM-Kunden attraktiv. Alle Messumformer verfügen über einen Optionssteckplatz für ein separates Zusatzmodul, beispielsweise ein Kommunikationsmodul, zusätzliche Ausgänge, eine Batch-Steuerung, einen Datenlogger oder Ähnliches. Der große Vorteil besteht darin, dass der Kunde einzelne Module nachträglich selbst einbauen kann, wenn das erforderlich wird. Das Messgerät kann man somit entsprechend dem aktuellen Bedarf konfigurieren.
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