Schwefelsäure komplett überwacht

Schwefelsäure ist sehr vielseitig einsetzbar und deshalb auch in einer großen Anzahl von Anwendungen anzutreffen. Liegt die Schwefelsäure in reiner, also 100 %iger Form vor, handelt es sich um eine farb- und geruchsneutrale, ölige Flüssigkeit mit stark hygroskopischen Eigenschaften. H2SO4 ist in jeder Konzentration mit Wasser mischbar. Da dieser Mischprozess allerdings stark exotherm ist, dabei also sehr viel Hitze entsteht, ist bei diesem Vorgang äußerste Vorsicht geboten. Sowohl im Herstellungsprozess als auch bei der weiteren Verwendung von Schwefelsäure ist daher eine hochgenaue Konzentrationsbestimmung notwendig. Die Konzentration wird für wässrige Lösungen in % w/w H2SO4 angegeben. Mithilfe der Anton-Paar-Inline-Messtechnik lässt sich eine Konzentrationsmessung der Schwefelsäure über deren gesamten Konzentrationsbreite bis in den Bereich des Oleum (freies SO3 in 100 % Schwefelsäure) realisieren. Um die höchste Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung zu erlangen, ist es wichtig, die richtige physikalische Größe auszuwählen, nämlich diejenige, die bei einer Konzentrationsänderung der Schwefelsäure mit der größten Veränderung reagiert. Sinnvoll und zielführend sind hierfür die Größen Dichte und Schallgeschwindigkeit, unterstützt durch eine integrierte Temperaturmessung.

Da die Dichte im Konzentrationsbereich 0 bis 90 % w/w H2SO4 eine steile und nahezu lineare Abhängigkeit von der Säurekonzentration zeigt, sollte diese als physikalische Messgröße verwendet werden. Für die Messung wird der Dichtemesswertaufnehmer DPRn mit einem Tantal-Biegeschwinger verwendet, der eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber Schwefelsäure bei 0 bis 100 °C aufweist. Es wird eine Messgenauigkeit von ±0,05% w/w H2SO4 erreicht. Die Messung wird in einem klei-nen Bypass realisiert. Die Auswerteeinheit mPDS 1100 rechnet die kontinuierlich gemessenen Dichtewerte in die entsprechende Säurekonzentration um. Im Konzentrationsbereich von 90 bis 100 % w/w ist die Messung der Schallgeschwindigkeit die erste Wahl. Diese weist in diesem engen Bereich eine starke Abhängigkeit von der Konzentration mit einer steilen und nahezu linearen Schallgeschwindigkeitsabnahme auf. Dagegen zeigt die Dichte in diesem Abschnitt eine kaum merkliche Veränderung. Alle produktberührenden Teile des hier zu verwendenden Schallgeschwindigkeitsmesswertaufnehmers sind mit einer Goldschicht überzogen, um den Sensor vor Korrosion zu schützen. Im Bereich des Oleum von 0 bis 25 % w/w freies SO3 sollte, aufgrund der in diesem Bereich höheren Genauigkeit, wieder eine Dichtebestimmung herangezogen werden. Aus Beständigkeitsgründen verwendet Anton Paar Borsilikatglas anstelle von Tantal als Biegeschwingermaterial. Um den Bereich der Schwefelsäurekonzentration von 90 bis 110 % w/w komplett abzudecken, müssen zwei voneinander unabhängige Messgrößen miteinander kombiniert werden. Die Messung der beiden physikalischen Größen Dichte und Schallgeschwindigkeit ist bei Anton Paar in einem einzigen Sensor integriert, der die Konzentration exakt bestimmt.

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Produktmanager Process Instrumentation, Anton Paar