Willkommen zum zweiten Teil unserer dreiteiligen F&A-Blogserie, in der die Branchenexperten Kevin Green von Vaisala und Dave Lobach von Rocky Mountain Instrumentation Fragen aus unserem Webinar „Effizienzsteigerung: Erkenntnisse zum Brechungsindex für Konzentrationsanwendungen in der chemischen Industrie“ beantworten. Der erste unserer F&A-Blogs ist ebenfalls verfügbar: „Prismareinigungssysteme und Refraktometer in chemischen Anwendungen.“

Wenn Sie das Live-Webinar verpasst haben, können Sie sich immer noch die Aufzeichnung ansehen.

In diesem zweiten Blog konzentrieren sich Kevin Green und Dave Lobach auf die Nuancen der  Brechungsindexmessung bei Schwefelsäureanwendungen. Nachfolgend finden Sie einen vollständigen Anwendungshinweis. 

Frage:  Können wir bei der Alkylierung neben H₂SO₄ (Schwefelsäure) auch ASO (säurelösliche Öle) messen?  

Antwort:  Refraktometer sind in Alkylierungsprozessen äußerst effektiv zur Messung von Säuren wie H₂SO₄ geeignet. Sie können die Säurekonzentration vor und nach dem Reaktor überwachen und werden durch säurelösliche Öle (ASO) nicht beeinträchtigt. Dies gewährleistet genaue Messungen und eine effiziente Prozesssteuerung.

Frage: Kommt bei Messungen in aggressiven Medien wie H₂SO₄ mit der Einwirkungsdauer eine Verschlechterung des Instruments oder eine Abnahme der Messgenauigkeit zustande? Wenn ja, welche Wartungsverfahren werden empfohlen?  

Antwort: Beim Umgang mit aggressiven Medien wie Schwefelsäure sind Bedenken hinsichtlich der Verschlechterung berechtigt. Obwohl das Prisma selbst gegenüber H₂SO₄ beständig ist, wird die Verwendung von 316SS in Konzentrationen über 90 % empfohlen. Für aggressivere Anwendungen sollten exotische Metalle wie Hastelloy oder Alloy 20 in Betracht gezogen werden. Um die Langlebigkeit und Genauigkeit des Instruments zu gewährleisten, sind regelmäßige Wartung und sorgfältige Materialauswahl unabdingbar.

Frage: Müssen wir für H₂SO₄-Konzentrationen im Bereich von 0 bis 80 % und 85 bis 100 % zwei Refraktometer verwenden? Was ist mit dem Bereich zwischen 80 und 85 %?  

Antwort: Bei Schwefelsäurekonzentrationen von 0 bis 80 % und 85 bis 100 % empfiehlt sich der Einsatz von zwei Refraktometern aufgrund der nichtlinearen Brechungsindexkurve, die zwischen 80 und 100 % negativ wird. Dieser Ansatz verbessert die Genauigkeit, indem er die besonderen Messprobleme in diesen Konzentrationsbereichen angeht.

Kontaktieren Sie Vaisala, um neben diesen Facheinblicken Ihr Wissen über Schwefelsäureanwendungen mit Brechungsindex in der chemischen Industrie zu vertiefen.
 

In diesem Blog beantworten Kevin Green von Vaisala und Dave Lobach von Rocky Mountain Instrumentation mehrere Fragen, die während ihres Webinars „Effizienzsteigerung: Erkenntnisse zum Brechungsindex für Konzentrationsanwendungen in der chemischen Industrie“ gestellt wurden.  Wenn Sie das Webinar noch nicht gesehen haben, können Sie sich die Aufzeichnung ansehen. 

Frage: Benötigen Refraktometer ein Prismareinigungssystem?

Antwort: Eine häufige Frage, die bei verschiedenen anspruchsvollen chemischen Anwendungen auftaucht, ist die nach der Notwendigkeit von Prismareinigungssystemen. Diese Systeme werden oft benötigt, wenn sich in Rohrleitungen oder Behältern Ablagerungen bilden, die eine regelmäßige Wartung erfordern. Die Feststellung, ob ein Prismareinigungssystem erforderlich ist, ist für die Aufrechterhaltung der Effizienz und Langlebigkeit der Geräte entscheidend. Um die Notwendigkeit eines Prismareinigungssystems für Refraktometer in chemischen Anwendungen festzustellen, muss beurteilt werden, ob es zu Ablagerungen kommt.

Bei der Entscheidung, pH- oder Leitfähigkeitsmessungen durch Brechungsindexmessungen zu ersetzen, lässt sich die Notwendigkeit eines Prismareinigungssystems meistens aus den Prozessbedingungen und den Wartungsanforderungen der vorhandenen Sonden ableiten.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Blog zu diesem Thema: „Wie mit der Reinigung des Refraktometerprismas in anspruchsvollen Umgebungen ein Wettbewerbsvorteil erzielt wird“.

Frage: Ändert sich der Grenzwinkel mit der Konzentration oder wird er durch das Prisma bestimmt? 

Antwort:  Der Grenzwinkel unterscheidet sich je nach Konzentration der Lösung. Darüber hinaus bestimmen die Anzahl der Facetten und die Winkel, in denen die Facetten im Prisma geschliffen sind, den Brechungsindexbereich. Diese Beziehung ist für genaue Messungen und eine optimale Leistung von Refraktometern entscheidend. Erfahren Sie mehr über die mechanischen Spezifikationen des Prismas in diesem Datenblatt. 

Frage: Wie viele Refraktometer können an einen Indigo Messwertgeber angeschlossen werden? 

Antwort: Wenn es um die Integration von Brechungsindexsensoren (RI) in Messwertgebern geht, können zwei Vaisala Polaris Sensoren an einen einzigen Vaisala Messwertgeber Indigo520 angeschlossen werden. Jede Indigo Einheit verfügt über eine digitale Modbus TCP/IP-Kommunikation oder vier analoge Ausgänge, die sowohl für RI- als auch für Temperaturmessungen genutzt werden können. Diese Flexibilität ermöglicht eine umfassende Überwachung und Steuerung verschiedener industrieller Prozesse.

Frage: Können wir die Menge ungelöster Feststoffe überwachen, indem wir die dunkle Seite der Reflexion messen? (D. h. die Anzahl der Stellen oder die Helligkeit.) 

Antwort: Während Refraktometer die Konzentration des Gehalts an echt gelösten Stoffen messen, werden ungelöste Feststoffe normalerweise mit einem Dichtemessgerät gemessen. Mit dieser Messung kann dann die Menge des im Prozess vorhandenen unlöslichen Produkts bestimmt werden.

Frage: Kann die Brechungsindexmessung in einer Aufschlämmung aus Kohlenwasserstoffen und Mineralpulvern verwendet werden? 

Antwort: Die Refraktometrie ist ein wertvolles Mittel bei der Analyse von Aufschlämmungen aus Kohlenwasserstoffen und Mineralpulvern. Sie kann die Viskosität von Kohlenwasserstoffen beurteilen und dabei die Feststoffe außer Acht lassen. Durch die Bereitstellung detaillierter Informationen über die chemische Aufschlämmung können Refraktometer präzise und zuverlässige Messungen ermöglichen, die für die Optimierung der Produktion und die Gewährleistung der Qualitätskontrolle wesentlich sind.

Es gibt einen entsprechenden Anwendungshinweis: „Erdgasflüssigkeiten: Identifizierung flüssiger Kohlenwasserstoffe“

Erfahren Sie mehr über die Messung der Flüssigkeitskonzentration zur Prozesssteuerung und -optimierung in chemischen Anwendungen.

Die Vaisala Polaris™ Prozessrefraktometerreihe zur Messung von Flüssigkeitskonzentration deckt eine Vielzahl von Industrien und Anwendungen ab. Was aber, wenn für Ihren Prozess besondere Anforderungen gelten? Vielleicht brauchen Sie eine besondere Anschlussgröße oder Kupplung oder eine Durchflusszellengröße, die nicht zu unserem Standardangebot gehört. Die Auftragsfertigung von Vaisala ist die Lösung.

Die wegweisenden optischen Inline-Refraktometer Vaisala Polaris ermöglichen es in verschiedenen Industrien und Hunderten von Anwendungen, Fertigungsprozesse zu optimieren, die Produktivität zu steigern und Ressourcen, Energie und Zeit zu sparen. Die Polaris Produktfamilie umfasst unter anderem Produkte zur Messung von Flüssigkeitskonzentrationen in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion, Chemikalienherstellung und Zellstoff- und Papierproduktion – alles hochspezialisierte Prozesse mit ganz eigenen, einzigartigen Anforderungen.

Passen Sie mit der Auftragsfertigung Produkte an Ihre konkreten Anforderungen an

„Auch wenn das Polaris Standardangebot viele Anforderungen rund um Flüssigkeitsmessungen abdeckt, haben Kunden möglicherweise spezielle Anforderungen, sodass sie etwas benötigen, das unsere Standardprodukte nicht bieten“, so Niko Jaakkola, Project Engineer, Auftragsfertigung, Vaisala. „Beispielsweise brauchen Sie vielleicht Anschlüsse oder Kupplungen in einer anderen Größe, die zu ihren Prozessleitungen passen, oder sie müssen aus hygienischen Gründen oder aufgrund der eingesetzten Prozessmedien ein bestimmtes Material verwenden.“

Weitere mögliche Modifikationen, die im Rahmen der Auftragsfertigung vorgenommen werden können, umfassen das Hinzufügen eines Ex-zertifizierten Gehäuses für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen – eine häufige Anforderung in der petrochemischen und chemischen Industrie – oder die kundenspezifische Größenanpassung von Durchflusszellen, damit Refraktometer am offenen Ende von Rohrleitungen montiert werden können.

Die Auftragsfertigung ist eine zentrale Anlaufstelle für Kunden, die Vaisala Prozessrefraktometerprodukte an ihre jeweiligen Anforderungen anpassen müssen. „Einige industrielle Prozesse wie die Zellstoff- und Papierherstellung oder die petrochemische Fertigung finden in sehr rauen Umgebungen mit extremen Temperaturen und ätzenden Chemikalien statt“, erklärt Kati Ikonen, Managerin, Auftragsfertigung, Vaisala. „In der Zellstoff- und Papierindustrie kann es zum Beispiel erforderlich sein, Refraktometer mit einer Spulengröße zu montieren, die wir nicht in unserem Angebot haben, oder vielleicht hat der Kunde ganz besondere Anforderungen an die Oberflächenrauheit des Gehäuses. Durch die Auftragsfertigung können wir auf die jeweiligen Anforderungen eingehen und eine maßgeschneiderte Lösung anbieten.“

Fachkundige Beratung zur Ermittlung der optimalen Lösung 

Kunden, die die Auftragsfertigung nutzen möchten, sollten unbedingt so viele Informationen wie möglich über ihre Prozessanforderungen sammeln, darunter Drücke, Anschlüsse, verwendete Materialien und Prozessmedien. Als Nächstes wenden sie sich an ihren örtlichen Vaisala Vertriebsmitarbeitenden.

„Wir arbeiten mit den Vertriebsteams zusammen, um die Anforderungen des Kunden zu überprüfen und eine Lösung zu entwickeln, die diese erfüllt. Je mehr Informationen wir vorab erhalten, desto schneller und einfacher können wir die Prozessrefraktometerlösung individuell anpassen. Wir können alles Nötige liefern – Kosteninformationen, Angaben zum Umfang der Anpassung und eine ungefähre Vorlaufzeit“, so Niko Jaakkola. „Wir sind immer bereit, den Kunden fachkundig zu beraten. So können wir bei der Feinabstimmung seiner Spezifikationen helfen und das effektivste und wirtschaftlichste Ergebnis ermitteln.“

Für Prozessrefraktometerprodukte, die im Rahmen der Auftragsfertigung individuell hergestellt werden, gilt die gleiche Garantie wie für alle anderen Vaisala Produkte. Sämtliche Anpassungsarbeiten werden in unserer Produktionsanlage in Vantaa, Finnland, durchgeführt. 

Lebensmittel und Getränke, Chemikalien und Papierherstellung sind Branchen, die etwas gemeinsam haben. Für Sicherheit und hochwertige Produkte ist die Messung der Konzentration wichtiger Substanzen in flüssigkeitsbasierten Prozessen von entscheidender Bedeutung.  

Mit einem Vaisala Prozessrefraktometer können Sie hochwertige optische Messungen in flüssigkeitsbasierten Prozessen vornehmen. Dank der winkligen Ausführung der Durchflusszelle hält normalerweise schon die Fließgeschwindigkeit des Mediums das Prisma sauber. In 90 % aller Fälle sind keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich. In besonders anspruchsvollen Umgebungen wird aber ein System zur Prismareinigung benötigt. Damit wollen wir uns in diesem Artikel näher befassen. 

Wie kann ich feststellen, ob für meine Anwendung ein System zur Prismareinigung erforderlich ist?

Wahrscheinlich ist ein solches System nicht erforderlich. Vaisala Prozessrefraktometer ermitteln die Konzentration unterschiedlicher Lösungen wie Säuren, Alkohole, Lösemittel, Kohlenwasserstoffe und Saccharose mit einem optischen Messverfahren. Dies ist grundsätzlich in jeder Flüssigkeit möglich: Wenn ein Medium pumpfähig ist, kann ein Vaisala Refraktometer die Konzentration messen.  

Das Messergebnis wird aber nur exakt sein, wenn das Prisma im Refraktometer frei von Ablagerungen ist. Normalerweise ist dies kein Problem. In manchen Anwendungen können sich jedoch Ablagerungen auf dem Prisma bilden. Dies geschieht z. B. gelegentlich bei der Schwarzlaugenmessung in der Zellstoff- und Papierindustrie oder in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, wenn stärkehaltige Lebensmittel wie Kartoffeln blanchiert werden. Mit zunehmenden Ablagerungen auf dem Prisma kann eine Messwertdrift auftreten, sodass die Messergebnisse ungenau werden. Schlimmstenfalls sind keine weitere Messungen mehr möglich, bis das Prisma gereinigt wird. 

Welche Arten von Prismareinigungssystemen sind verfügbar?

Hier kommen Prismareinigungssysteme ins Spiel. Vaisala bietet in Abhängigkeit von den Anforderungen der Anwendung unterschiedliche Systeme an. Die gängigste Methode ist die Dampfreinigung. Hier ist der Name Programm: Das Prima wird in regelmäßigen Intervallen (z. B. alle 20 Minuten) einige Sekunden mittels Dampfstrahl gereinigt. Der Dampf sorgt auch in anspruchsvollsten Umgebungen für ein kristallklares Prisma. 

Wenn die Anwendung gegenüber Hitze empfindlich ist und deshalb kein Dampf eingesetzt werden kann – beispielsweise bei der Chemikalienproduktion, im Bergbau oder in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie –, ist der Einsatz eines Hochdruckwassersystems eine Option.   Wie bei der ersten Option wird das Prisma in regelmäßigen Intervallen mit kurzen Wasserstrahlen gereinigt. Die Reinigung kann auch mit einem für die Prozessflüssigkeit geeigneten Lösemittel erfolgen.

Ist ein Prismareinigungssystem teuer oder schwierig zu installieren?

Ein Prismareinigungssystem ist kostengünstig und kann als Nachrüstung für Vaisala Refraktometer installiert werden. Die Investition für ein solches System ist nicht hoch, und als Betriebskosten fallen nur kleine Mengen an Dampf, Wasser oder Lösemittel zum Reinigen des Prismas an. 

Die Auswahl des für die Anwendung richtigen Systems mag zunächst kompliziert erscheinen, ist es aber in der Praxis nicht. Vaisala verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Messung von Flüssigkeitsprozessen in unterschiedlichen Branchen. Unsere Prismareinigungslösungen haben sich im Feld bewährt und sind einfach zu installieren. Unsere Expert*innen unterstützen Sie zunächst bei der Feststellung, ob ein Prismareinigungssystem erforderlich ist. Wenn das der Fall ist, helfen sie Ihnen bei der Auswahl des für Ihre Anwendung optimal geeigneten Systems.

Sollte Ihre Anwendung tatsächlich zu anspruchsvoll sein, um Standardrefraktometer von Vaisala einzusetzen, können wir eine maßgeschneiderte Lösung anbieten, damit auch Sie von einer akkuraten, stabilen und wiederholbaren Messung in Flüssigkeitsprozessen profitieren. Im Ergebnis wird Ihr Prozess – und damit Ihr Geschäft – reibungslos laufen. 
 

Nass-chemische Prozesse in der chemischen Industrie, die von Brechungsindexmessungen profitieren, müssen beispielsweise verschiedene Salze messen, die in Chemikalien auf Wasser- und Erdölbasis vorliegen. Branchenübergreifend ist die Messung des Brechungsindex (RI) für wasserbasierte Chemikalien wie Glykole, Harze und Polymere, erdölbasierte Chemikalien wie Kunststoffe und Lösemittel sowie für Additive, Schmiermittel, Wachse usw. in der erdölverarbeitenden Industrie relevant. 

In diesem Blog beantworten wir die Fragen, für die in unserem Webinar zum Thema der Flüssigkeitsmessungen in anspruchsvollen chemischen Anwendungen – Dichte vs. Konzentration keine Zeit blieb. Wenn Sie das Webinar noch nicht gesehen haben, können Sie sich jederzeit die Aufzeichnung ansehen.  

Frage: Wird es in Zukunft möglich sein, sehr kleine Mengen Wasser (ppm-Konzentrationen) in organischen Lösemitteln zu messen? Dies wäre für Anwendungen in der organischen Chemie beispielsweise bei Destillations- oder Verdampfungsprozessen für organische Lösemittel sehr nützlich, damit möglichst viel Wasser entfernt wird.

Antwort: Ja. Das Vaisala Refraktometer kann kleine Mengen Wasser in Lösemitteln messen, wenn diese gelöst sind. Derzeit liegt die Erfassungsgrenze, die von Prozessparametern wie der Temperatur des Mediums abhängig ist, bei etwa 100 ppm.

Frage: Wir mischen im Prozessverlauf zwei Produkte mit statischen Mischern und Druck. Kann ein Inline-Refraktometer dabei helfen, den prozentualen Anteil jedes Materials im Mischvorgang zu bestimmen? Derzeit nehmen wir zu Beginn, in der Mitte und am Ende des Mischprozesses Proben. Wir setzen Gaschromatografie ein, um die Konzentration jedes Materials in diesen Proben zu bestimmen. Das kann aber 1 – 2 Stunden pro Probe dauern. 

Antwort: Ja. Wir können das Konzentrationsverhältnis berechnen, wenn wir die Konzentration der zugeführten Produkte kennen. Schicken Sie uns bitte weitere Informationen zu den verwendeten Chemikalien, damit wir feststellen können, ob unsere Lösung Ihre Anforderungen erfüllt.

Frage: Sind Konzentration und pH-Wert mit der verbrauchten Schwefelsäure korreliert?

Antwort: Ja. Kontaktieren Sie uns und sprechen Sie mit einem/einer Anwendungstechniker*in, um mehr zu erfahren. 

Frage: Kann dieser Sensor ein Signal von 4 ... 20 mA an ein Gerät senden?

Antwort: Vaisala Polaris Refraktometer verfügen über integrierte Ausgänge für 4 … 20 mA und Modbus RTU. 

Frage: Ich sehe viele Durchflussinstallationen. Können die Refraktometer von Vaisala in einen Tank oder ein anderes Gefäß eingebaut werden, sodass sie sich vollständig im Prozessmedium befinden?

Antwort: Ja. Sie können das Vaisala Polaris Inline-Refraktometer direkt in einen Tank oder Behälter einbauen. Wir bieten Standard-Sensorflanschverbindungen an. Weitere Informationen enthält die PR53 GP Produktseite. 

Frage: Ich werde häufig gefragt, welche Genauigkeiten Coriolis-Messgeräte und Refraktometer im Vergleich bieten. Können Sie dazu etwas sagen? 

Antwort: Ja. Unser eBook enthält eine umfassende Tabelle, in der die wichtigsten Merkmale gängiger Messverfahren für Flüssigkeiten verglichen werden: Coriolis, Mikrowelle, Ultraschall und Nukleardensiometrie. Unten ist ein Teil der Tabelle dargestellt. Die gesamte Tabelle mitsamt Vergleich der Installationsoptionen, maximaler Betriebstemperatur, Betriebsdruck, typischer Genauigkeit, Langzeitstabilität, Verifizierung und mehr ist in der herunterladbaren PDF-Datei enthalten. 

Frage: Funktionieren Brechungsindexmessungen bei dunklen Flüssigkeiten?

Antwort: Ja. Da das Refraktometer reflektiertes Licht misst, kann das Prozessmedium jeden Zustand von völlig dunkel bis klar aufweisen. Dies ist eine der einzigartigen Eigenschaften von Inline-Refraktometern und Brechungsindexmessungen, die eine flexible Messung in flüssigen Chemikalien ermöglichen. 

Erfahren Sie mehr über Vaisala Refraktometer in nass-chemischen Prozessen.