Inline-Überwachung der Konzentration in chemischen Prozessen

In den verschiedenen Bereichen der chemischen Industrie ist die Kontrolle verfahrenstechnischer Abläufe aus Qualitäts- und Sicherheitsgründen unabdingbar. Je nach Prozess stehen unterschiedliche Parameter unter Beobachtung. So wird bei der Herstellung chemischer Stoffe oder der Trennung von Phasenübergängen die Konzentration von Vor- oder Endprodukten überwacht. Auch bei Neutralisationsprozessen oder Gaswäschern ist eine Konzentrationsüberwachung vorteilhaft, um einen maximalen Wirkungsgrad der Absorption zu erreichen.

Ausschussquote durch Inline-Analyse senken
Bei chemischen Prozessen sollte die Überwachung nach Möglichkeit direkt im Prozess, kontinuierlich und in Echtzeit erfolgen. Noch immer werden häufig manuell Proben entnommen und im Labor analysiert. Dabei bietet die Prozessanalysenmesstechnik zuverlässige Verfahren, die inline und ohne Zeitverlust rund um die Uhr messen. Damit lässt sich schnell auf Sollwertabweichungen reagieren und der Prozess optimal steuern. Sowohl Qualitäts- und Prozesssicherheit als auch Kosteneinsparungen und Ausbeuteerhöhungen sind die Folge. Denn zum einen sinkt der Energieverbrauch sowie der Einsatz von wertvollen Rohstoffen durch Vermeidung von Unter- oder Überdosierungen. Zum anderen reduzieren sich Fehlchargen, wodurch Ausfall- und Korrekturkosten, versunkene Material- und Energiekosten und verlorene Arbeitszeiten entfallen.
Um eine Konzentrationsüberwachung umzusetzen, stehen verschiedene Messverfahren zur Auswahl, wobei sich diese hinsichtlich Tauglichkeit und Benutzerfreundlichkeit unterscheiden (Tab. 1 gibt einen Überblick über typische Einsatzspezifikationen). Während die meisten Messverfahren hinsichtlich Einsatztemperatur oder -druck Einschränkungen unterliegen, eignet sich die Schallgeschwindigkeit auch für raue Prozessumgebungen. Diese überzeugt, neben der Leitfähigkeit, auch in Bezug auf die Standzeiten, die sich erreichen lassen. Die Leitfähigkeit lässt sich jedoch nur bei anorganischen Stoffen einsetzen. Daneben reduziert sich die Benutzerfreundlichkeit bei vielen Messverfahren durch Wartungsaufwand oder umständliche Einbauanforderungen. Die Schallgeschwindigkeit hingegen kristallisiert sich als adäquates Messverfahren für viele chemische Prozesse heraus.
Geräte, die nach diesem Verfahren arbeiten, nutzen die Schallgeschwindigkeit als Messgröße, um die Konzentrationen von Prozessflüssigkeiten zu bestimmen. Das Liquisonic System besteht aus einem gabelförmigen Sensor mit Elektronikgehäuse und einem Controller als Auswerteeinheit. Je nach Prozessbedingung stehen verschiedene Sensordesigns und Controllervarianten zur Verfügung. Die Sensorik sitzt in einem vollständig gekapselten Körper. Auf der einen Seite der Sensorgabel ist ein Sender integriert, der ein Ultraschallsignal zum Empfänger auf der anderen Gabelseite erzeugt. Das Mess­prinzip basiert auf einer Laufzeitmessung, bei der die Geschwindigkeit des Signals erfasst wird. Abhängig von der Stoffcharakteristik ändert sich die Signal- bzw. Schallgeschwindigkeit. Aufgrund eines funktionalen Zusammenhangs lässt sich aus der Schallgeschwindigkeit die Konzentration berechnen.

Prozessstörungen sofort erkennen
Seit über zehn Jahren ist in einem Betrieb von Lanxess in Leverkusen ein solches Messsystem auf Basis der Schallgeschwindigkeit im Einsatz. Der Spezialchemie-Konzern hat sich bereits um die Jahrtausendwende für eine automatische Prozessüberwachung seiner Anlagentechnik mit diesen Konzentrationsmesssystemen entschieden. So laufen die Systeme seit Jahren zuverlässig und wartungsfrei. Beispielsweise misst das Gerät in einer Anlage die Produktkonzentration im Vergleich zum Sollwert. Weicht der Messwert ab, erfolgt durch den Controller eine Warnmeldung. Der Controller ist über Profibus an das Prozessleitsystem angeschlossen, sodass sofort Maßnahmen eingeleitet werden können. Da es sich bei dem Produkt um einen Gefahrstoff handelt, ist eine In­line-Prozessüberwachung – anstelle von manueller Probenentnahme und -analyse – auch aus Sicherheitsgründen zu empfehlen.
Das Produkt wird in einem Tank gelagert. In der Transportleitung ist der aus Edelstahl 1.4571 gefertigte Sensor installiert und erfasst präzise und im Sekundentakt aktualisierte Messwerte. Der Sensor ist über eine digitale Verbindung an den Controller angeschlossen. Bei Ergänzung der Anlage um weitere Messstellen kann derselbe Controller die zusätzlichen Sensoren verwalten. Dies führt zu vergleichsweise niedrigen Investitionskosten.
Der Einbau der Messstelle ist im Jahr 2001 erfolgt, wobei das System bis heute zuverlässig und wartungsfrei arbeitet. Hochpräzise Sensortechnologie, die robuste Konstruktion und das Applikationswissen des Sensor-Herstellers machen die Inline-Prozessüberwachung langzeitstabil.n