Ein Hauch entscheidet

Rohstofffeuchte beeinflusst Produktqualität

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18.09.2008 Kontinuierlich die Feuchte von Schüttgütern zu überwachen, spielt bei vielen Produktionsprozessen eine Rolle. Verklumpungen können die Produktion und damit die Qualität nachteilig beeinflussen. Um den Feuchtegehalt wie die Rieselfähigkeit online und damit frühzeitig zu bestimmen, bieten sich verschiedene Messmethoden an.

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Die Qualität der Rohstoffeigenschaften stetig zu überwachen, ist entscheidend in der Produktion, da Schwankungen bei diesen Grundstoffen die gewünschte Qualität eines Produkts gefährden können. Einer dieser verfahrenstechnisch relevanten Stoffparameter ist die Materialfeuchte, die sich auch in der Glasherstellung auf die zu erzielende Qualität auswirkt. Modulare Mikrowellensysteme bieten Lösungen für die kontinuierliche Qualitätsüberwachung von Rohstoffen. Mit ihnen lässt sich der Wassergehalt der Schüttgüter online detektieren.

Dosierbarkeit sicherstellen

Kaliumcarbonat (K2CO3) und Borsäure (H3BO3) sind Grundstoffe der Glasproduktion. Kaliumcarbonat (auch Pottasche) ist ein weißes, hygroskopisches Pulver, das an Luft leicht verklumpt. Borsäure (auch Borhydroxid) dient als Zwischenprodukt zur Herstellung von Borosilikatglas, Porzellan und Email. Sie kann kristallin, glasähnlich oder als farbloses Pulver in Form von Granulat vorliegen. Bei der Herstellung von Spezialgläsern werden Kaliumcarbonat und Borsäure dem Schmelzprozess bevorzugt als rieselfähige Pulver zugeführt. Das sichert eine genauere Dosierbarkeit und gleichmäßige Verteilung der Rohstoffe. Beides ist wichtig, weil die Zusammensetzung die Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Viskosität, elektrische Leitfähigkeit oder das Löslichkeitspotenzial von Glas in Lauge beeinflusst.

Eine Prozessinstallation ist die attraktivste Lösung, um Feuchte und Trocknungsverläufe dynamisch zu verfolgen. Mögliche Einbauorte sind Behälter- und Silowände, Förderstrecken, Übergabestellen sowie Ein- und Austragseinheiten. Mit dem Mikrowellensensor MoistPP ließ sich eine gute Korrelation zwischen Feuchteindex und dem aus der Wasserzuwaage errechenbaren Feuchtegehalt feststellen. Außerdem konnte frühzeitig eine drohende Stoffverklumpung erkannt werden. Daraus resultiert für glasproduzierende Unternehmen die Gewissheit, dass die Grundstoffe mit stetig gleichbleibenden Feuchtewerten in die Glasschmelze eingehen. Die Stoffzufuhr zum Schmelzprozess wird leichter dosier- und kalkulierbar.

Mikrowellen-Feuchtemessung

Mikrowellenmessverfahren zur Materialfeuchtebestimmung gehören zu den dielektrischen Feuchtemessmethoden. Der Dipol des Wassermoleküls richtet sich in einem elektromagnetischen Wechselfeld aus und beginnt mit der Frequenz des Feldes zu rotieren (Orientierungspolarisation). Die empfindliche Methode weist material- und anwendungsabhängig eine Fehlertoleranz von 0,1% und eine Reproduzierbarkeit von 0,1% auf. Die hohe Genauigkeit der Messergebnisse, die Schnelligkeit und die Einsatzfähigkeit an bewegten Messgütern wie auch die wahlweise Erfassung großer und kleiner Messvolumina sind wesentliche Vorteile der Mikrowellen-Feuchtemessung. Die elektromagnetischen Wellen erlauben zerstörungsfreie Messanordnungen und in manchen Fällen sogar berührungslose. Im Vergleich zu Leitfähigkeits- und Kapazitätsmessungen können Störeinflüsse wie Ankopplungsprobleme, Materialverklebung oder Leitfähigkeitseigenschaften von Materialien vernachlässigt werden. Außerdem lässt sich mit der Mikrowellenfeuchtemessung die Kernfeuchte bestimmen. Damit bietet die verschmutzungsresistente Mikrowellentechnik Vorteile gegenüber optischen Methoden.

Volumen und Oberfläche messen

Die Sensorenreihe Moist xP kann aus einem Baukastensystem für jede Prozessanwendung angepasst werden. Grundlage des Systems sind zwei Feuchtesensoren, die im Schüttgut unterschiedlich tief und reflektiv messen. Dabei wird aus einer Antenne eine elektromagnetische Welle ins Material eingestrahlt. Gemessen wird sowohl die ins Material hineinlaufende wie auch die vom Material reflektierte Welle. Der gemessene Reflexionsfaktor ist ein Maß für die dielektrischen Eigenschaften des Messguts, die von der Materialfeuchte stark beeinflusst werden. Die Antennen-Anordnung des Sensors PP erlaubt, bis zu 30cm in das Material hineinzumessen. Er ist speziell dafür geeignet, die Feuchte im Volumen des Messguts zu ermitteln.

Der Typ RP ist mit einem offenen Resonator statt einer Antenne ausgestattet. Resonante Messverfahren nutzen die Änderung von Resonanzparametern eines schwingungsfähigen Gebildes, in diesem Falle von Mikrowellenresonatoren. Messverfahren, die nach diesem Prinzip arbeiten, lassen sich insbesondere dort gut einsetzen, wo es besonders auf die Auflösung und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse ankommt. Der Oberflächenmesskopf der Sonde dringt bis zu 6cm ein, um die Feuchte in oberflächennahen Schichten des Messguts zu ermitteln. Die Sensoren lassen sich einfach installieren, wobei der jeweils eingesetzte Messkopf durch ein korrosionsfestes dielektrisches Fenster vor Materialeinwirkungen geschützt bleibt und so nahezu wartungsfrei ist. Die Messraten können bis in den Millisekundenbereich variiert werden. Alle Feuchtesonden bestehen aus intelligenten Messköpfen mit entsprechenden Mikrocontrollern. Sie können daher für einfache Anwendungen im Stand-alone-Betrieb genutzt werden. Für die Lösung schwierigerer Feuchtemessprobleme eignet sich die Kombination mit dem Steuergerät Moist Control 100.
Das Baukastensystem kann Feuchte in Pasten, Breien, Schlämmen, Pulvern, granulierten Schüttgütern messen und eignet sich bevorzugt für den Einsatz in der pharmazeutischen wie Lebensmittelindustrie. Es deckt Volumina zwischen 5cm³ und 50l ab bei Temperaturen von 0 bis 70°C und arbeitet in einem Messbereich von 0 bis 80% Feuchte.

Heftausgabe: September 2008

Über den Autor

Sebastian Vogelei,
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