Steuerung der Azidität im Zinklaugungsprozess durch induktive Leitfähigkeitsmessung

Transkript

1 Chemie Perspektiven in der Prozessanalytik 13 News Steuerung der Azidität im Zinklaugungsprozess durch induktive Leitfähigkeitsmessung INGOLD Leading Process Analytics Einer der Schlüsselaspekte im Zinklaugungsprozess besteht darin, die Gesamtazidität der Abwasserlösung stabil zu halten. Um die geforderten Ergebnisse zu erzielen, wurden der Multiparameter-Transmitter M 700 und der Leitfähigkeitssensor InPro 7250 installiert. Ein führender Zinkproduzent Unser Kunde ist einer der fünf größten Zinkhersteller der Welt und der größte Lateinamerikas konzentrierte sich sein Investitionsvolumen von fast 1 Mio. US$ auf Verbesserungen im Produktionsablauf. Applikation Zink kommt in der Natur meistens als Zinksulfid (ZnS) vor und wird durch Ausschwämmen mit anschließender Sedimentierung konzentriert. In diesem hydrolytischen Prozess haben der ph-wert und entsprechende Konzentrationen, besonders von H 2SO 4, eine große Bedeutung für die Produktivität (siehe Abb. 1). Die Gesamtazidität wurde früher mittels Laboranalysen ermittelt, wonach dem Prozess größere oder kleinere Mengen der Abwasserlösung über manuell zu regelnde Schieber zugeführt wurden. Kundenerwartungen UmdieProjektanforderungen«SixSigma» zu erfüllen, beabsichtigte der Kunde, die Stabilität der Gesamtazidität zu erreichen, um einen höheren Ertrag und eine bessere Qualität zu gewährleisten. Bisheriges Messverfahren Früher wurde versucht, die Leitfähigkeit durch Verwendung der Schwefelsäure- Standardkurve zu steuern, was nicht möglich war, da zu viele Verunreinigungen vorhanden waren. METTLER TOLEDO Lösung Nach einer detaillierten Analyse der Kundenanforderungen und der Bewertung der

2 realen Situation wurde folgendes Messsystem vorgeschlagen: Transmitter M 700 mit PID-Regler, Modul zur induktiven Leitfähigkeitsmessung und Konzentrationsdiagramm Leitfähigkeitssensor InPro 7250 HT Eintaucharmatur InDip Das Konzentrationsdiagramm Die Einzigartigkeit des «Konzentrationsdiagramms» (Abb. 2) ermöglichte es, eine Begutachtung des Gesamtaziditätsverhaltens im Vergleich zur Leitfähigkeit bei diversen Temperaturen vorzunehmen und anschließend die jeweiligen Ergebnisse in eine Matrix einzugeben, was direkte Messungen in dem bereits dem Kunden bekannten Gerät zuließ. In dem Diagramm lässt sich die Standardkurve für H 2 SO 4 bei 70 ºC und 100 ºC mit der Kurve vergleichen, die sich aus den unterschiedlichen Temperaturen ergeben hat. Die Auswahl der besten Kurve wurde durch ein weiteres Merkmal des M700 erleichtert der Datenspeicherung auf SmartMedia TM -Karten. Der Kunde lieferte täglich die vom Gerät gesammelten Daten plus die Laboranalysen der Gesamtazidität, um die Kurve Punkt für Punkt einzustellen und Abweichungen zu korrigieren, bis schließlich absolut zuverlässige Messergebnisse vorlagen. Umfang der Neuinstallation In der ersten Stufe wurden fünf Messstellen (3 x M 700 / 5 x InPro 7250) realisiert mit der Option auf sechs weitere potentielle Messpunkte in anderen Tanks. Neue Applikationen wie für Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) werden gestestet und evaluiert. Leitfähigkeit [ms/cm] Kostenersparnis Wie uns versichert wurde, konnten die Kosten dank Einsparungen bei der Dosierung der Abwasserlösung und wegen der verbesserten Zinkausbeute stark reduziert werden. Luft Zn Konzentrat Konzentrat Lagerung Rösten Kundenzufriedenheit Neben dem ökonomischen Gewinn und der hohen Zuverlässigkeit der Produkte wurde die technische Zubereitung einschließlich der prozessbezogenen Beratung geschätzt. Abb. 2: Gesamtaziditätsverhalten im Vergleich zur Leitfähigkeit bei diversen Temperaturen Röstgase 66 C 70 C 75 C 80 C 100 C H 2 S C H 2 S C Konzentration [%] MTP01 Multiparameter-Transmitter M MTP02 Leitfähigkeitsensor InPro H 2 SO 4 Betrieb Herausgeber Mettler-Toledo GmbH Process Analytics Im Hackacker 15 CH-8902 Urdorf Schweiz Bilder MarCom-Archiv CH-8902 Urdorf Schweiz Technische Änderungen vorbehalten. Mettler-Toledo GmbH 02/06 Gedruckt in der Schweiz. ZnO oder Lösung ohne Fe Rückstandsbehandlung Abfall und Schlacke Eisenoxide und unlösliche Bestandteile geröstet neutrale Lösung neutrales Auswaschen Reinigung Cu, Cd Rückstände gereinigte Lösung Abb. 1: Vereinfachtes Flussdiagramm einer Zinkelektrolyseanlage H 2 SO 4 Säure-Rückführung Elektrolyt Elektrolyse Zn Kathode Abstechen Zn Pulver Zn Barren 2 METTLER TOLEDO Chemie News

3 Intelligentes Sensormanagement Mit ISM in die Zukunft der Prozessanalyse METTLER TOLEDOs Konzept des «Intelligenten Sensormanagement» ermöglicht eine vereinfachte Handhabung von Prozessmess-Systemen, angefangen bei der Erstinstallation, bis hin zur Wartung und zum Sensoraustausch, so dass Wartungskosten und das Risiko von Sensorausfällen gesenkt werden können. Schnelle und einfache Installation dank «Plug and Measure» Schnelle und einfache Installation dank «Plug and Measure» Die Sensoren werden während der Installation sofort erkannt. Sensorspezifische Daten werden im Transmitter gespeichert. Funktionelle Verfügbarkeit einer Messstelle innerhalb von Sekunden. Vorkalibrierung von ph-elektroden und Sauerstoffsensoren bereits im Labor Sensoren können im Labor vorkalibriert werden. Eine Kalibrierung an der Messstelle ist nicht mehr erforderlich. Der Sensor kann ausgetauscht werden und ist innerhalb von Sekunden einsatzbereit, was Zeit spart und die operationelle Verfügbarkeit erhöht. Ideales Mittel zur Sensordokumentation ISM fähige Messsysteme erkennen Hersteller, Typ, Seriennummer, Auftragsnummer und Datum der letzten Sensorkalibrierung. Für Trendanalysen stehen frühere Kalibrierdatensätze zur Verfügung. Optimierte Wartung mit Sensorverschleißindikator und adaptivem Kalibriertimer Die Messdaten werden permanent überwacht, um Informationen über den Sensorverschleiß zu erhalten. Die Betriebsstunden jedes einzelnen Sensors werden aufgezeichnet. Der adaptive Kalibriertimer berücksichtigt die Prozessbedingungen und verkürzt das aktuelle Kalibrierintervall entsprechend. ISM eine offene, nicht proprietäre Datenbankverwaltung Die ISM Sensoren von METTLER TOLEDO sind kompatibel zum Kommunikationsstandard IEEE ISM Sensoren mit einem VarioPin Stecker lassen sich problemlos an Transmitter eines anderen Typs oder Herstellers, und umgekehrt, anschließen. Die Messung des Hauptparameters und der Temperatur erfolgt weiter ohne jegliche funktionelle Einschränkung. MTP03 Intelligentes Sensormanagement METTLER TOLEDO Chemie News 3

4 InPro 2000 für hohe Genauigkeit Drei ph-messketten garantieren die ph-regelung für langfristige Genauigkeit und Zuverlässigkeit Eine hohe ph-stabilität im Kessel garantiert, dass das Abwasser innerhalb der geforderten Parameter liegt. Ein System mit drei ph-messketten brachte der Degussa Fine Chemicals sehr zufrieden stellende Resultate. Degussa Fine Organics Die Degussa Fine Organics gehören zu der Degussa Division Fine and Industrial Chemicals. Degussa produziert hoch profitable Sonderchemikalien und ist in diesem Bereicht Marktführer. Sie hat über 300 Werke weltweit und beschäftigt Mitarbeiter, die 2004 einen Umsatz von mehr als 11 Mio. EUR erwirtschafteten. Degussas Forderungen sind vorgegebene ph-abwassergrenzwerte Die Degussa Fine Organics in Seal Sands im Nordosten von England hat inline ph- Messsysteme von METTLER TOLEDO mit einer automatisierten Reinigung installiert um sicherzustellen, dass das Abwasser nur mit den von einer externen Aufbereitungsfirma vorgegebenen Grenzwerten das Gelände verlässt. Syntheseprozess ph Sicherheitssystem* ph Kontrolle/Anzeige Sammelkessel * InPro 2000, InTrac 776, ph 2100 e, EasyClean 200 Wechselnde Bedingungen erfordern eine detaillierte Klärung Der ph-wert wurde als einer der wichtigsten Analyseparameter definiert, der sicherstellen sollte, dass das Abwasser innerhalb der geforderten Spezifikation blieb und nicht das Rohr der Aufbereitungsfirma zersetzte, durch das es zu der etwas entfernt liegenden Aufbereitungsanlage geschickt wurde. Das aus vielen verschiedenen Prozessen stammende Abwasser wird in einem Sammelkessel aufgefangen, wo es vermischt wird, bevor es das Gelände verlässt. Um diesen Abwassersammelprozess vollständig verstehen und steuern zu können, muss der ph-wert der Flüssigkeit im Tank bekannt sein (dieser kann sich im Laufe der Zeit gravierend verändern, was davon abhängig ist, aus welchem Prozess die Flüssigkeit stammt), der ph-wert der Abwassermischung sowie der des Abwassers beim Verlassen des Geländes. SIL 2 Sicherheitssystem zur Abwasserbehandlung Korrekt platzierte Messketten für eine optimale Überwachung Auf Grund der Tatsache, dass die höchste Variabilität des ph-werts wohl am Auslass des Tanks zu erwarten wäre, entschied man sich, drei Messketten in einem Mehrfachschutz-Auswahlsystem zu installieren, um die Genauigkeit der Messung sicherzustellen. Zwei der Sicherheitsmessungen wurden am Auslass und eine am Umlauf des Kessels installiert, um die homogenisierte Flüssigkeit zu messen. Parallel zu den zwei Sicherheitsmessungen am Tankauslass wurde eine normale Kontrollmessung installiert, und die fünfte zur Endmessung innerhalb des Rohrs, das aus der Anlage herausführt. Für den Fall, dass der Kontroll-pH-Wert von den festgelegten Parametern abweichen sollte, sind Schieber am Auslass installiert, die von einer Ausleitung auf Tankumlauf umschalten, bis der gewünschte ph-wert wieder erreicht wird. Fällt der ph-wert noch unter den Steuerungswert, schließt das Sicherheitssystem den Einlauf zum Tank. Hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmen die Produktauswahl Da sie bei der wechselnden Zusammensetzung des Abwassers die höchste Genauigkeit und Zuverlässigkeit boten, entschied man sich für Elektroden des Typs InPro 2000, die dann in InTrac 776 Armaturen installiert wurden. Da man wusste, dass die Flüssigkeit das Diaphragma der Elektroden verstopfen 4 METTLER TOLEDO Chemie News

5 würde, wurde an jedem Messpunkt ein EasyClean 200 installiert, um die Elektroden automatisch einzuziehen, sie mit Wasser abzuspülen und mit Salzsäure zu reinigen, bevor diese anschließend mit Wasser abgewaschen und die Elektroden wieder eingeführt werden. Die Transmitter ph 2100e sind so programmiert, daß die Reinigungszyklen zeitversetzt erfolgen und immer nur eine Elektrode zu einem Zeitpunkt aus dem Prozess genommen wird, während die Messwertausgabe im Reinigungsprozess auf dem zuletzt gemessenen Wert gehalten wird. Festlegung eines konstanten ph-werts Nachdem die langfristige Genauigkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt war, konnte die Umlauf-pH-Messung dazu verwendet werden, die ph-korrektur im Lagerkessel zu steuern. Weitere zu lösende Probleme Da es gelungen war, dieses schwierige Messproblem zu lösen, verlässt sich die Degussa Fine Organics nun bei vielen ihrer inline und Analysemessungen im Forschungs- und Entwicklungsbereich, einschließlich ph-wert, Leitfähigkeit, O 2 - Konzentration in trägen Umgebungen sowie Trübung in Kristallisationsprozessen auf METTLER TOLEDO. InPro 2000 ph-elektrode mit Flüssigelektrolyt Eingesetzt als Problemlöser für eine breite Palette von Applikationen Automatische Temperaturkompensation sowohl bei der Kalibrierung als auch während des Betriebes Optimale Ansprechzeit und Messgenauigkeit Silberionensperre verhindert eine Verstopfung des Diaphragmas durch sulfidhaltige Prozessmedien EasyClean 200 Automatische Sensorspülung mit Wasser Zusätzliche Reinigung mit Reinigungslösung Reinigungsmittel frei wählbar Speziell für Prozesse mit starker Verschmutzung konzipiert Wechselarmatur InTrac 776 Mit eingebauter Spülkammer Elektroden können ohne Unterbrechung des laufenden Prozesses gereinigt und rekalibriert werden Für chemische Applikationen entwickelt Manuelle oder pneumatische Versionen MTP04 ph-elektrode InPro MTP05 Wechselarmatur InTrac MTP06 ph-transmitter 2100e Transmitter ph 2100 Zuverlässiger und sicherer Transmitter im laufenden Betrieb Selbsterklärende Benutzerschnittstelle Mehrere Diagnosemöglichkeiten MTP07 Reinigungssystem EasyClean METTLER TOLEDO Chemie News 5

6 EasyClean für eine höhere Produktivität Hochleistungs-pH-Elektroden beim Reinigungssystem EC 350 Für eine ertragreiche Produktion von reinem Kobalthydroxid muss der ph- Wert exakt und kontinuierlich gemessen werden. Die Lebensdauer der ph-elektroden erhöhte sich bei regelmäßiger Reinigung erheblich. Das Unternehmen Die Lanzhou Jinchuan Metal Material Technology Co. Ltd. ist ein Hochtechnologie-Chemieunternehmen, das Kobaltoxid (Co 3 O 4 ) herstellt, eine Substanz, die verbreitet in wiederaufladbaren Akkumulatoren zur Anwendung kommt. Die Zahl der Mitarbeiter liegt bei knapp 300. Es handelt sich um eine Tochtergesellschaft der Jinchuan Group Ltd., einem großen integrierten Buntmetall- und Chemieunternehmen in Jinchang City in der Provinz Gansu der Volksrepublik China. Der Produktionsausstoß an Metallen aus der Nickel- und Platingruppe macht zusammen mehr als 90% der Jahresproduktion in China aus, wobei die Jinchuan Group Ltd. jährlich 1,2 Mio. Tonnen chemischer Produkte herstellt. Die Applikation Die chemische Prozessreaktion stellt sich wie folgt dar: Co(NO 3) NaOH -> Co(OH) NaNO 3 Temperatur: C Druck: 1 bar Chargendauer: 8 Stunden Als einer der Schlüsselparameter muss der ph-wert über Ammoniak auf einen Wert zwischen 8 und 9 gebracht werden. Die Genauigkeit der ph-messung sollte für das Steuerungssystem bei ± 0,05 liegen. Wird der ph-wert falsch gesteuert, wird das Endprodukt auf Grund von Merkmalen wie niedriger Reinheits- grad und unterschiedliche Körnung, abgesehen vom geringen Ertrag, inakzeptabel. Die Forderung der Kunden Dem Kunden zufolge war es sehr schwierig, den ph-wert während der Reaktion zu messen, da das als feines Pulver vorliegende Co(OH) 2 dazu tendiert, sich auf der Membran und dem Diaphragma der ph-elektrode abzulagern. Jedes Mal, wenn dies der Fall war, ergaben sich ungenaue ph-werte. Der Kunde verlangte, dass der ph-sensor häufig, z.b. zweimal je Charge, gespült und kalibriert werden sollte. Puffer: ph 7,00 und 9,21 Reinigungsmittel: 0,1 mol/l HCl Die Entscheidung des Kunden Während der Testphase war unser ph- Sensor InPro 4800 ohne EasyClean-System verwendet worden. Im Vergleich dieses Sensors mit denen anderer Hersteller war der Kunde mit der Leistung des InPro 4800 äußerst zufrieden. Da der Sensor häufig gespült und kalibriert werden sollte, empfahlen wir die Verwendung des Systems EasyClean 350. Der zum EasyClean 350 passende Transmitter ph 2100e wurde ebenfalls als geeignet in Erwägung gezogen. Das Material der mediumberührten Teile der Armatur musste wegen der aggressiven Waschlösung 0,1 mol/l HCl aus PVDF sein. Daher entschied man sich für die Armatur InTrac 777. In einer neuen Produktionsstätte wurden acht Kessel mit jeweils 50 m 3 installiert, so dass der Kunde entsprechend 8 ph-messketten benötigte. Die METTLER TOLEDO-Lösung Um die Anforderungen des Kunden zu erfüllen wurden folgende Produkte installiert: Transmitter ph 2100e ph-elektrode InPro 4800 Wechselarmatur InTrac 777 SLI Kabel VP6-ST VarioPin EasyClean 350 Die Vorteile für den Kunden Der Kunde gab an, mit unserem Service und den installierten Produkten äußerst zufrieden zu sein. Insbesondere wurde den folgenden Punkten ein hoher Stellenwert eingeräumt: Kontinuierlicher Betrieb Der Einbau des EasyClean Systems ermöglichte es dem Kunden, die Reaktion ununterbrochen weiterzuführen. Höhere Lebensdauer der ph-sensoren Die Lebensdauer der ph-sensoren (InPro 4800) betrug in der Testphase zwei Monate, im neuen Werk wurden im Durchschnitt sogar vier Monate erreicht. Höherer Ertrag Nach der Installation unserer Messketten erhöhte sich der Ertrag ganz erheblich. 6 METTLER TOLEDO Chemie News

7 Spitzenelektrode InPro 4800 für besonders anspruchsvolle chemische Prozesse: Messgenauigkeit Durch unsere Messketten wurden exakte ph-messwerte erreicht, was einen hohen Reinheitsgrad des Endprodukts ermöglichte. Es war möglich, den ph- Wert innerhalb von 15 Minuten nach dem Anlaufen der Reaktion auf einen Wert von 8,70 ± 0,05 zu bringen. In der Folge wurde der ph-wert 8,70 ± 0,02 bis zum Ende der Reaktion beibehalten. InPro 4800 Höhere Lebensdauer senkt die Kosten für Wartung und Austausch. Zuverlässige Messung unter rauesten Prozessbedingungen, sogar bei hohen Temperaturen. Der lange, druckkompensierte Diffusionsweg erlaubt einen Einsatz in Applikationen mit besonders hohen Drücken. Verbesserte Messgenauigkeit dank des eingebauten Temperaturfühlers und der Steckverbindung VarioPin (VP). Konsistente Korngröße Die Bildung kleiner, gleich großer Körnchen wurde dank der exakten Messungen und der Steuerung des ph-werts erreicht. Nennenswerte Einsparungen beim Personaleinsatz Das EasyClean 350 ermöglicht, die Wartungskosten an Messpunkten zu senken und gleichzeitig die funktionelle Sicherheit zu erhöhen. Prozessleitsystem (PLS) MTP08 Reinigungssystem EasyClean EasyClean 350e Ventileinheit EasyClean 350e Steuereinheit Transmitter ph 2100e (4-Draht) MTP09 ph-elektrode InPro Spülwasser Druckluft Verbindungskabel Hilfsenergie Verbindungskabel MTP10 Wechselarmatur InTrac Steuerung Armatur Rückmelder Armatur MTP11 ph-transmitter 2100e Medienanschluss (max. 10 m) InTrac-Armatur und ph-elektrode Das EasyClean 350 e ist ein robustes und bewährtes vollautomatisches System, das selbst noch an wartungsintensiven Messpunkten zuverlässig arbeitet. Kanister mit Puffer und Reinigungslösung (5 l) METTLER TOLEDO Chemie News 7

8 Dienstleistungen nach Maß Fit in allen Disziplinen Den ersten Schritt zu genauen Messresultaten haben Sie mit dem Kauf eines Gerätes von METTLER TOLEDO bereits getan. Denn zuverlässige Resultate, robuste Qualität und eine lange Lebensdauer können Sie von uns erwarten. Machen Sie auch den zweiten Schritt und nutzen Sie unseren ServiceXXL. Mit ServiceXXL können Sie den Nutzen Ihrer METTLER TOLEDO Produkte optimieren und von der langjährigen Erfahrung von METTLER TOLEDO profitieren. ServiceXXL ermöglicht mit den verschiedenen Dienstleistungen eine ganzheitliche Lösung Ihres Arbeitsprozesses. Ob aktuelle Anwenderberichte oder die Möglichkeit des Outsourcens von Leistungen an METTLER TOLEDO bis hin zum umfassenden Solution Consulting: ServiceXXL kombiniert mit den Produkten von METTLER TOLEDO ermöglicht es Ihnen, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren: «Ihre» Arbeit. ProTalk 2006 Seminare und Workshops METTLER TOLEDO bietet Ihnen eine Vielzahl von Workshops und Seminaren an. Wir vermitteln Ihnen praxisnah theoretische und praktische Kenntnisse nach den neuesten Standards. Städteseminare Auf Grund der hohen Nachfrage finden 2006 wieder unsere beliebten Städteseminare statt auch in Ihrer Region. Erkundigen Sie sich jetzt schon und sichern Sie sich Ihren Platz. Vor-Ort-Schulungen Auf Anfrage führen wir auch individuell auf Sie zugeschnittene Vor-Ort-Schulungen durch. Lassen Sie sich beraten! Telefonisch unter 0641/ oder per an Mettler-Toledo GmbH Prozessanalytik Ockerweg 3, D Gießen Tel Fax Mettler-Toledo Ges. m. b. H. Südrandstraße 17, A Wien Tel Fax infoprocess.mtat@mt.com Workshops Außerdem bieten wir Ihnen in Gießen oder in Ihrer Nähe eine interessante Auswahl an Workshops zu folgenden Themen an: ph-wert Leitfähigkeit Sauerstoff Trübung TOC (Total Organic Carbon) Die aktuellen Termine erfahren Sie unter wo Sie auch den kompletten Seminarkalender herunterladen und direkt online buchen können. MTP12 Pro Talk Programm Mettler-Toledo (Schweiz) AG Im Langacher, Postfach CH-8606 Greifensee Tel Fax info.ola.ch@mt.com Besuchen Sie uns im Internet