CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 Gleichzeitige Erfassung von Durchfluss und Dichte / Konzentration in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie

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1 Change from one to two columns Anwendungsbericht AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 Gleichzeitige Erfassung von Durchfluss und Dichte / Konzentration in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie Hochgenaue und kostengünstige Mischung von Komponenten bei gleichzeitiger Korrektur der Konzentration des Endproduktes Measurement made easy Einführung Werden verschiedene Komponenten gemischt, soll in der Regel auch eine bestimmte Konzentration der Gesamtmischung erzielt werden. Sind die Konzentrationen der Einzelkomponenten stabil, lässt sich das relativ einfach über volumetrische, gravimetrische oder reine Masse- Durchflussdosierungen erreichen. Schwanken jedoch die Konzentrationen einzelner Mischungskomponenten, müssen diese auch erfasst und deren Mengen möglichst sofort während des Mischvorganges korrigiert werden. Dadurch werden nachträgliche Analysen, Berechnungen und Korrekturen vermieden. Speziell in der Nahrungsmittelindustrie schwanken aufgrund der natürlichen Gegebenheiten die Ausgangsprodukte. Als Ergebnis einer Mischung möchte man aber Endprodukte mit z. B. einem festen Fettgehalt, Brixgehalt oder Alkoholgehalt haben. Die meisten Konzentrationen lassen sich hierbei über die Dichte bestimmen und berechnen.

2 Change from two to one column Change from one to two columns CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 Gleichzeitige Erfassung von Durchfluss und Dichte / Konzentration in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie Instrumentierung Für diese Dosierungen bietet sich der Masse- Durchflussmesser CoriolisMaster FCB/FCH 450 oder FCB/FCH 150 mit hochgenauer Dichtemessung geradezu an. Anforderung an die Messung Zwei Komponenten, A und B, sollen miteinander verschnitten werden, wobei die Konzentration von Komponente A konstant ist und die Konzentration der Komponente B um den Rezeptwert schwankt. Das Gerät erfasst zum einen den Massendurchfluss mit hoher Genauigkeit über die Corioliskraft und unabhängig davon auch noch die Dichte des Messmediums über die Resonanzfrequenz des gefüllten Systems A 2 C B Abb. 1: Mischung von zwei Komponenten unterschiedlicher Konzentration A A Komponente A (Wasser) B Komponente B C Endgemisch 1 Magnetisch-induktiver Durchflussmesser 2 Coriolis Masse-Durchflussmesser 3 Durchfluss A 4 Durchfluss B 5 Dichte / Konzentration B G AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450

3 Aufgabenstellung Abb. 2: Sollmischung nach Rezept A Komponente A (Wasser) B Komponente B: Konzentration 40 %, Dichte 0,9624 Komponente B und Wasser sollen in einem bestimmten Verhältnis miteinander gemischt werden. Ziel ist die Erreichung einer bestimmten Konzentration im Endgemisch. Abb. 4: Veranschaulichung der Umsetzung Der in Komponente B vom Rezeptwert abweichende Wasseranteil soll über eine Konzentrationsmessung ermittelt werden und rechnerisch der zu dosierenden Wassermenge hinzugefügt werden. Abb. 3: Reale Mischung A Komponente A (Wasser) B Komponente B: Abweichende Konzentration 38 %, Dichte 0,9652 Die Konzentration von Komponente B ist gesunken, d. h. bei gleichem Volumen enthält sie mehr Wasser. Damit die Konzentration des Endgemisches wieder stimmt, muss die Wassermenge in Komponente B berücksichtigt werden. CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A 3

4 Change from two to one column CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 Gleichzeitige Erfassung von Durchfluss und Dichte / Konzentration in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie Lösung Die Komponente A Wasser, die bezüglich Konzentration stabil ist, lässt sich über einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser erfassen. Die in der Konzentration leicht schwankende Komponente B wird über einen Coriolis Masse-Durchflussmesser gemessen. Dabei wird der Massestrom über die Rezeptdichte in einen Volumenstrom umgerechnet. Gleichzeitig erfasst der Coriolis Masse-Durchflussmesser die wirkliche Dichte von Komponente B und rechnet sie über eine im Messumformer hinterlegte Tabelle temperaturkompensiert in die Konzentration um. Normalerweise liefert die hinterlegte Tabelle einen exakten Wert der Konzentration. Sollten sich prozessbedingt leichte Verschiebungen ergeben, kann die Tabelle auch noch angepasst werden. Bei Anwendungen in der normalen Betriebsumgebung kann es zu leichten Verschiebungen der Kennlinien gegenüber der Test- und Laborumgebung kommen. Es können sich z. B. kleine Gasanteile im Medium befinden oder bei Konzentraten mit gleichem Brix-Gehalt gibt es eine leichte Abweichung in der Dichte. Diese Abweichungen lassen sich einfach durch einen Feldabgleich der Dichte gegen den Laborwert korrigieren. Die so ermittelte wirkliche Konzentration kann anschließend durch ein intelligentes Gerät zur Prozessregelung und Steuerung mit dem Rezeptwert verglichen und korrigiert werden. Abb. 5: Zusammenhang von Dichte und Konzentration G AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450

5 Instrumentierungsbeispiel einer Mischungskorrektur C D A B G11889 Abb. 6: Mögliche Regelschaltung mit Korrektur A Komponente A (Wasser) B Komponente B C Reale Konzentration Komponente B D Überschusswasser Komponente B Change from one to two columns Die Abbildung zeigt ein Regelschema mit Berechnung einer überschüssigen Wassermenge und deren Berücksichtigung im Zweig der Wasserdosierung. Der Masse-Durchflussmesser erfasst neben der Konzentration der wertigen Komponente gleichzeitig den Massen- oder Volumenstrom dieses Mediums. Ein zusätzlicher Durchflussmesser ist also nicht erforderlich. Sämtliche Berechnungen, auch die Addition der Wassermengen, erfolgen innerhalb der Regler und ohne Zusatzkomponenten. Führt man die Regelung als Blendline-Regelung mit Fehlerspeicherungen und nachträglicher Ausregelung vorrübergehender Regelabweichungen aus, erhöhen sich die erzielbaren Genauigkeiten noch einmal deutlich. CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A 5

6 Change from two to one column CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 Gleichzeitige Erfassung von Durchfluss und Dichte / Konzentration in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie Beispiel einer Mischungskorrektur Geht man davon aus, dass Komponente B aus einer Mischung von Wasser mit der Konzentration 0 und aus einer Flüssigkeit B mit einer Rezeptkonzentration KB Rez besteht, ergibt sich eine reale Gesamtkonzentration der Mischung von KB M, die vom Masse-Durchflussmesser erfasst werden kann. Berechnung der Gesamtkonzentration: KB M = VB Rez x KB Rez + V W x K W VB Rez + V W Bei einer Wasserkonzentration von K W = 0 ergibt sich: KB M = gemessene Konzentration der Komponente B KB Rez = Rezeptkonzentration der Komponente B K W = Wasserkonzentration ( = 0 ) VB Rez V W = Rezeptvolumen Komponente B = Volumen des überschüssigen Wassers Da die Gesamtkonzentration K BM gemessen wird und die Rezeptwerte bekannt sind, lässt sich die überschüssige Wassermenge berechnen und zur Mischungskorrektur heranziehen. Die Berechnung kann im Leitsystem vorgenommen werden, aber auch in diskreten digitalen Reglern, Anzeigern und Bildschirmschreibern der Serie ControlMaster von ABB. KB M = VB Rez x KB Rez B Rez + V W Eingesetzte Produkte Coriolis Masse-Durchflussmesser CoriolisMaster FCB450 und FCH450 Nennweitenbereich: DN 10 DN 200 für Standardausführung DN 25 DN 80 Hygieneausführung Werkstoffe: Nichtrostender Stahl oder Nickel-Alloy C4 / C22 Option: Nichtrostender Stahl und polierte Messrohre Messgenauigkeit Durchfluss: Massendurchfluss 0,1 % und 0,15 % v. M. Volumendurchfluss 0,15 % v. M. Dichtegenauigkeit Flüssigkeiten: G a 0,002 kg/l, 0,001 kg/l 0,0005 kg/l mit Feldabgleich Ausgänge: 0 / 4 20 ma, Impulse, aktiv oder passiv Schaltausgänge Für Standard- und hygienische Anwendungen in kompakter oder getrennter Bauform. Mit zugeschnittener Betriebsart - Densi-Mass - zur Konzentrationsmessung. 6 AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450

7 Coriolis Masse-Durchflussmesser CoriolisMaster FCB150 und FCH150 Nennweitenbereich: DN 10 DN 200 für Standardausführung DN 25 DN 80 Hygieneausführung Werkstoffe: Nichtrostender Stahl oder Nickel-Alloy C4 / C22 Option: Nichtrostender Stahl und polierte Messrohre Messgenauigkeit Durchfluss: Massendurchfluss 0,1 % und 0,15 % v. M. Volumendurchfluss 0,15 % v. M. G11881b Dichtegenauigkeit Flüssigkeiten: 0,002 kg/l, 0,001 kg/l 0,0005 kg/l mit Feldabgleich Ausgänge: 2 digitale Ausgänge, aktiv oder passiv Modbus-Kommunikation Für Standard- und hygienische Anwendungen in kompakter Bauform. Mit zugeschnittener Betriebsart - Densi-Mass - zur Konzentrationsmessung. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH300 Nennweitenbereich: DN 3 bis DN 100 Werkstoff Auskleidung: PFA Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl (AISI 316Ti) oder (904L) Werkstoff Messwertaufnehmer: Nichtrostender Stahl Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten: Ab 5 us, auch für fetthaltige Medien FDA-zugelassene Werkstoffe G11881c EHEDG (Reinigbarkeit) Mediumtemperatur: bis 130 C (180 C bei Flanschanschluss) Messgenauigkeit: bis 0,2 % Für hygienische Anwendungen in kompakter oder getrennter Bauform. CoriolisMaster FCB/FCH150 und FCB/FCH450 AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A 7

8 Kontakt ABB Automation Products GmbH Process Automation Borsigstr Alzenau Deutschland Tel: Fax: Mail: vertrieb.messtechnikprodukte@de.abb.com ABB Automation Products GmbH Process Automation Im Segelhof 5405 Baden-Dättwil Schweiz Tel: Fax: Mail: instr.ch@ch.abb.com Hinweis Technische Änderungen sowie Inhaltsänderungen dieses Dokuments behalten wir uns jederzeit ohne Vorankündigung vor. Bei Bestellungen gelten die vereinbarten detaillierten Angaben. ABB übernimmt keinerlei Verantwortung für eventuelle Fehler oder Unvollständigkeiten in diesem Dokument. Wir behalten uns alle Rechte an diesem Dokument und den darin enthaltenen Themen und Abbildungen vor. Vervielfältigung, Bekanntgabe an Dritte oder Verwendung des Inhaltes, auch auszugsweise, ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung durch ABB verboten. Copyright 2016 ABB Alle Rechte vorbehalten 3KDE010085R3003 AN/CORIOLIS/108-DE Rev. A ABB AG Process Automation Clemens-Holzmeister-Str Wien Österreich Tel: Fax: Mail: instr.at@at.abb.com