Inline-Messung der Partikelfeuchte in Wirbelschichtprozessen

Transkript

1 Workshop Granulation S A M P I N Inline-Messung der Partikelfeuchte in Wirbelschichtprozessen M. Henneberg *, M. Ihlow, C. Knopf - AVA GmbH

2 Einleitung Anforderungen an Wirbelschichtprodukte Partikelaufbauprozesse Agglomeration, Granulation, Coating Trocknungsprozesse Konditionierungsprozesse z.b. thermische Behandlung biologischer Gter Partikelgröße Partikelfeuchte Partikelporosität / Schttdichte Partikelfestigkeit etc. Anwendungen in der Kunststoff-, Agrar- Lebensmittelindustrie, Feinchemie Holzspäne Gärreste Soya flakes PVC Pullver 2

3 Einleitung Feuchte ist eine wichtige Produkteigenschaft und beeinflusst Lagerfähigkeit Produktstabilität Weiterverarbeitung Messung der Produktfeuchte Produkt- und Prozessoptimierung Möglichkeiten zur Ermittlung der Feststofffeuchte Probenentnahme (kontinuierlich und Batch) Bilanzierung der Gasfeuchten am Eintritt und Austritt (Batch) NIR-Messung (Oberflächenfeuchte) Unkomplizierte, unabhängige Inline-Messung nicht vorhanden 3

4 Einleitung Bestimmung der Produktfeuchtigkeit in Wirbelschichten bisher Off-Line zeitaufwendig Bilanzierung nur durch definierte Bedingungen mit hohem messtechnischen Aufwand möglich NIR-Messung aufwendig und lediglich Detektion der Oberflächenfeuchte Lösung: Kontinuierliche Messungen Inline mit Hilfe von Sensoren 4

5 Inline Messmethode Anforderungen und Zielstellung Sicherer Einsatz fr Wirbelschichtanwendungen (Unabhängigkeit von Fluidisationsbedingungen u.a. Einflussgrößen) Inline - Messung: Verfgbarkeit der Feststofffeuchte im Prozess - Prozessberwachung - Prozesssteuerung Vollständige Erfassung von Feststofffeuchten (flssiges Wasser in Porosität und an Oberfläche, Kristallwasser) Geringer Kalibrierungsaufwand Gengende Datenrate, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit Kompakte Bauweise 5

6 Inline Messmethode Umsetzung durch Messung der Feuchtigkeit mittels kapazitiven Sensor Kapazitiver Sensor detektiert Wasser und nichtmetallischen Feststoff Detektion lässt sich anhand der dielektrischen Eigenschaften einordnen Messkammer HF-Sensor CPU Messwert 4 20 ma Druckluft Splleitung Wirbelschicht 6

7 Inline Messmethode Umsetzung durch Messung der Feuchtigkeit mittels kapazitiven Sensors Messkopf aus Edelstahl in einem Stck Keine demontierbaren Teile im Produktbereich Anwendung bis 120 C Einfache und robuste Funktionsweise Geringer Kalibrierungsaufwand 7

8 Inline Messmethode Messprinzip - Ablauf der Messung in drei Stufen Befllen der Messkammer Messen mit Mehrfachmessung und Mittelwertbildung Leeren der Messkammer jeweilige Zeit frei wählbar Befllen Messen Entleeren Hineinfallen der Partikel Feuchtemessung mit kapazitivem Messfeld Entleerung / Reinigung 8

9 Kalibrierung des kapazitiven Sensors Einfluss des Feststoffes durch Kalibrierung eliminiert Kalibrierkurve wird anhand von Labormessungen fr einen definierten Feststoff erhalten 0,8 0,7 0,6 Produkt A Produkt B materialabhängige Verläufe Beladung [kg/kg] 0,5 0,4 0,3 0,2 Produkt C Beschreibung materialabhängiger Einflussgrößen durch eine charakteristischen Kennlinie Y=0,000130*x^2-0,003578*x+0, , Signal [HF%] 9

10 Kalibrierung des kapazitiven Sensors Übertragung der ermittelten Kalibrierkurve in die Software bis zu 6 verschiedene Stoffdaten im Gerät direkt speicherbar, Software unbegrenzt 10

11 Kalibrierung des kapazitiven Sensors Kalibrierungsebene des Sensors je nach Qualifikation des Users schaltbar Verschiedene Darstellungen der Messung möglich (grafisch, Werte ) Bereitstellung der Daten in verschiedenen Formaten Integration in SPS möglich 11

12 Experimentelle Validierung WSA DN 300 Trocknungsversuch Granulationsversuch Versuchsdurchfhrung Versuch zur Ermittlung der Kalibrierkurve Versuchsdurchfhrung Entnahmen von Proben 12

13 Experimentelle Validierung WSA DN 300 Diskontinuierliche Trocknung Produkt A Prozessparameter DN 300 Kompensierte Partikelfeuchte Gasmassenstrom: 200 kg/h Bettmasse trocken: g Gaseintrittstemperatur: 50 C Referenzprfung Trockenschrankmethode Trocknungsverlauf wird fr hygroskopisches Gut im 1. TA und im 2.TA wiedergegeben 13

14 Experimentelle Validierung WSA DN 300 Versuch Produkt B 0,3 Prozessparameter DN 300 Gasmassenstrom: 300 kg/h Bettmasse trocken: g Gaseintrittstemperatur: 80 C X [kg/kg] 0,25 0,2 0,15 0,1 MW Trockenschrank MW Sampin Zweistoffdse: Eindsungsrate: Topspray 150 ml/min 0, Zeit [s] Referenzprfung Trockenschrankmethode 14

15 Experimentelle Validierung WSA DN 400 Einflussgrößen im Prozessverlauf Fluidisationsbedingungen Temperaturen Eindsungsmengen Versuchsdurchfhrung Start des Eindsungprozesses Variation der Prozessluftmenge Variation der Prozesslufttemperatur Steigerung der Eindsungsrate Abschalten der Eindsung / Trocknungsverlauf Referenzprfung Trockenschrankmethode 15

16 Experimentelle Validierung WSA DN 400 Einflussgrößen im Prozessverlauf Produkt C Prozessparameter DN 400 Luftstrom: Bettmasse: 530 kg/h 15 kg Temperatur: 65 C Eindsung: 180 ml/min Parametervariation m L = T L = m Ein = Referenzprfung Trockenschrankmethode Eindsung Variation m L Variation T Eindsung /Trocknung

17 Zusammenfassung Entwicklung und Umsetzung eines Inline-Feuchtesensors fr Wirbelschichtanwendungen Kompensation der durch die Fluidisation variablen Partikelkonzentration in der WS Validierung der Messung an verschiedenen Materialien im halbtechnischen und Produktionsmaßstab geringer Kalibrierungsaufwand Kein Materialverlust Integration in bestehende SPS möglich Sensorgröße: 60 mm (Standardausfhrung) Kapazitiver Sensor Atex Zone 20 / Zone 1 (in Zertifizierungsphase) Schutzgrad IP 65, Temperatur bis 120 C Entleerung des Prozessraumes durch Druckluftsplung Verschiedene kapazitive Sensorgrößen in Abhängigkeit der Produkte möglich (30 mm, 78 mm) Probenraum 17

18 S A M P I N Danke fr Ihre Aufmerksamkeit AVA Anhaltinische Verfahrens- und Anlagentechnik GmbH Mittagstraße 16p Magdeburg