Durchblick mit Durchlicht -

Prozess Refraktometer PIOX R

Die Refraktometrie ist ein ausgereiftes und bewährtes Analyseverfahren. Im Labor sind Refraktometer alltägliche Messinstrumente, die auf Basis der Bestimmung des Brechungsindex Informationen zur Reinheit, Konzentration und Dichte von Flüssigkeiten ausgeben. Zunehmend wird die Refraktometrie vom Labor in den Prozess verlagert, um auch bei Online-Messungen die Vorteile des Verfahrens auszuschöpfen.

Anders als die konventionellen Grenzwinkel - Refraktometer misst das Prozessrefraktometer PIOX® R im Durchlichtverfahren. Dabei geschieht die Messung des Brechungsindex nicht indirekt an einer Grenzschicht, sondern direkt im Probenstrom und offeriert neben seiner hohen Prozesssicherheit und Belagsunempfindlichkeit besondere Vorteile:

 

Driftfrei durch Differenzmessung

Bei PIOX R ist es nicht bloß ein einziger Lichtstrahl, dessen Brechung gemessen wird, sondern es sind zwei:

Durch ein Doppelprisma wird der monochromatische Messstrahl in zwei Richtungen gebrochen und die Differenz der beiden Probenstrahlen ausgewertet. Das patentierte und robuste Messverfahren gewährleistet stabile Messergebnisse auch bei Temperatur- und Druckschwankungen in rauen Prozessumgebungen.

 

Funktionssicher auch bei Belagsbildung

Bilden sich Beläge auf dem Prisma wird die Lichtstärke der LED automatisch nachgeregelt. Zusätzliche Reinigungseinrichtungen sind daher meist nicht nötig. Bei der Medien, die stark zu Belägen neigen ist es durch die simultane Auswertung der Signalamplitude möglich Reinigungsvorgänge bedarfsgerecht auszulösen. Ein Mindestanströmung zur Vermeidung von Belagsbildungen ist nicht nötig, dass System ist somit nahezu wartungsfrei. Sollte eine Reinigung dennoch notwendig sein, so ist das Prisma des PIOX R natürlich unempfindlich gegenüber korrosiven Reinigungsmitteln und zur CIP (Heißwasser, alkalische Lösungen, Säuren) Reinigung geeignet.

 

Werfen Sie einen scharfen Blick auf Ihren Prozess!

Das PIOX® R Prozessrefraktometer kann in den verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden und ist unempfindlich gegenüber Druck- und Temperaturschwankungen, der Medienviskosität als auch Blasen und Gaseinschlüssen im Medium. Vielfältige Ausführungen, Konstruktionsmaterialien und Anbindungsmöglichkeiten gewährleisten die optimale Integration in den Prozess. Für die besonderen Anforderungen der chemischen Industrie stehen, neben der  Saphiroptik mit hoher chemischer und mechanischer Beständigkeit, spezielle Bauformen des Refraktometers für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen von ATEX 2 bis ATEX 0 zur Verfügung.

 

Grundsätzlich gilt: Überall, wo im Labor mit Refraktometern Prozesse kontrolliert werden, kann auch ein Prozessrefraktometer PIOX R zur online-Prozessüberwachung in Echtzeit verwendet werden. Die Messtechnik ist prädestiniert für die Bestimmung binärer Lösungen - also Flüssigkeiten, die aus zwei Komponenten bestehen. Bei Einbeziehung einer zusätzlichen Messgröße können auch ternäre Lösungen bestimmt werden.

Die Schnelligkeit, Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Umweltfreundlichkeit sowie die Unabhängigkeit von Gaseinschlüssen, Trübung und Farbe des PIOX R sind konkurrenzlos.

PIOX® R Querschnitt
PIOX® R Querschnitt

Das Messprinzip nach dem Durchlichtverfahren

Das Refraktometer PIOX® R arbeitet im Durchlichtverfahren. Das Gerät bestimmt dabei den Brechungsindex eines Fluids durch Messung des Brechungswinkels eines Lichtstrahls an einem in das Fluidvolumen eingebrachten Prisma (Snelliussches Brechungsgesetz).

Das Licht der im Sensor eingebauten Leuchtdiode wird gebündelt und durchquert als paralleles Strahlenbündel das zu messende Fluid. Wenn der Lichtstrahl wieder in den Sensor eintritt, wird er am Scheitel eines Doppelprismas geteilt und an dessen Seitenflächen gebrochen.

Der CCD-Sensor hinter dem Messprisma detektiert die beiden resultierenden Messstrahlen als getrennte Signale. Aus dem gemessenen Abstand der beiden Signale kann der Brechungsindex berechnet werden.

Zusammen mit der gleichzeitig von einem integrierten Pt1000-Temperaturfühler gemessenen Medientemperatur berechnet der Messumformer dann den temperaturkompensierten Brechungsindex nDT und weitere Größen wie m%, Brix oder Dichte.

Das PIOX® R Prozessrefraktometer hat einen breiten Anwendungsbereich:

Von der chemischen Industrie über die Kunstfaserherstellung hin zur Getränkeindustrie, aber auch in der Metallverarbeitung, im Bergbau oder auf Flughäfen für die Konzentrationsbestimmung von Enteisungsmitteln, PIOX R dient in vielfältigen Situation: Von der Dosierung bis zur Qualitätskontrolle von Zwischen- und Endprodukten.

 

Chemische Industrie

Konzentrationsbestimmung bei:

  • Destillations- und Rektifikationsprozessen sowie bei der Lösungsmittelrückgewinnung
  • Säuren (konz. Schwefelsäure, Salzsäure, Essigsäure etc.)
  • Metallsalzlösungen (Chloride, Phosphate, Sulfate etc.)
  • Organische Lösungsmittel: -Alkohole, Glykole, - Amine wie MEA, DEA, EDA. -Pyrrolidone, z.B. N-Methyl-Pyrrolidon (NMP)
  • Fungizide und Düngestoffe, z.B. Harnstoff-Ammoniumnitrat (urea ammonium nitrate, UAN)
  • Überwachung des Polymerisierungsgrades bei der Produktion von Kunststoffen und Kunstharzen
  • Konzentrationsbestimmung in Gemischen von kolloidaler Kieselsäure und Wasser

Faserchemie

  • Überwachung der Konzentration von Spinnlösungen: - Messung von DMAC (Dimethylacetamid), - Messung von DMF (Dimethylformamid)
  • Konzentrationsmessung von Caprolactamlösungen (Ausgangssubstanz bei der Polyamidproduktion)
  • Messung von Polycarbonaten
  • Messung von Zellulose-Spinnlösungen

Anwendungsbeispiel in der Faserchemie:

Beispielhaft für eine Anwendung in der Faserchemie steht die Konzentrationsmessung des Lösemittels DMAC in der Acrylfaserherstellung. Um die chemischen Eigenschaften des Faserausgangsmaterials so konstant wie möglich zu halten, ist die genaue Konzentrationsüberwachung des Lösemittels über den gesamten Prozess hinweg entscheidend.

Öl- & Gasindustrie

  • Überwachung der Konzentration von Monoethylenglykol/Wasser-Gemischen beim Transport von Erdgas

Lebensmittel- und Getränkeindustrie

  • Rüben- und Rohrzuckerproduktion
  • Kontinuierliche Messung der Zuckerkonzentration zur Regelung von Zuckerkochern
  • Kontinuierliche Messung der Zuckerkonzentration bei der Herstellung von Limonaden und Süßigkeiten
  • Kontinuierliche Messung der Stammwürze und des Stammwürzegehalts der Kaltwürze bei der Bierherstellung
  • Messung des Weinmosts (°Öchsle)
  • Bieranalyse (Alkoholgehalt, Kaltwürze, Stammwürze), in Kombination mit einer Dichtemessung
  • Kontinuierliche Messung von Pasten und dickflüssigen Substanzen wie Flüssigzucker, Melasse, Honig, Konfitüre, Weinmost, Maische
  • Molkeprodukte: Messung von Brix und Laktose zur Prozesssteuerung
  • Pektin

Anwendungsbeispiel in der Lebensmittelindustrie:

In der Lebensmittelbranche wird PIOX R oftmals zur Konzentrationsmessung von Zuckerlösungen eingesetzt. Im Rahmen der Produktion von Säften und Mixgetränken ist das Prozessrefraktometer direkt im Produktstrom installiert um somit den Mischvorgang und die exakte Zuckerkonzentration zu überwachen.

Pharmazeutische Industrie

  • Überwachung der Konzentration von Ascorbinsäure und Ketogulonsäure bei der Vitamin-C Herstellung
  • Verschiedene Organica in der Prozessentwicklung und in Pilot-Plants
  • Nanogel

Forschung, Optik

  • Konzentrationsmessung bei Kristallwachstumsprozessen (Kristallzüchtung)
  • Prozesssteuerung spezieller Ätzlösungen

Papier- und Leimproduktion

  • Messung der Stärkekonzentration
  • Messung des Feststoffgehalts in Leimen auf Stärke- und Caseinbasis
  • Überwachung der Lösungsprozesse bei der Leimproduktion

Abwasserbehandlung

  • Messung des maximalen Feststoffgehalts (Brix, Massenprozent) in Kombination mit der Überwachung der Trübung einer Flüssigkeit, beispielsweise zur Lecksuche
     

Technische Merkmale:

  • Standardanwendungen hinterlegt, z.B. Bestimmung der Zuckerkonzentration in °Brix
  • Berechnung anwendungsspezifischer Ausgangsgrößen: z.B. Dichte, m%, Vol%, g/l, Trockenmasse
  • Bis zu zwei Sensoren pro Messumformer
  • Vielseitige Algorithmen zur Kennlinienerstellung
  • Einfache Erstellung und Verwaltung anwendungsspezifischer Datensätze mit Hilfe des Programms RMKoeff
  • Messung von Drei- oder Mehrstoffgemischen auf der Basis externer Größen (z.B. Schallgeschwindigkeit, Dichte, Leitfähigkeit etc.)
  • Ausrüstbar mit einer Vielzahl anwendungsspezifischer Ein- und Ausgänge
  • Explosionsgeschützte Ausführungen lieferbar (ATEX Zone 2); ein explosionsgeschützter Sensor für ATEX-Zone 1/0 kann angeschlossen werden

Software für das Prozessrefraktometer PIOX R

Es kann vorkommen, dass die im Messumformer gespeicherten Parameter gebräuchlicher Fluide nicht für Ihre konkrete Messaufgabe geeignet sind. In einem solchen Fall ist es erforderlich, anwendungsspezifische Datensätze zu erstellen und zum Messumformer des PIOX zu übertragen. Das Programm RMKoeff unterstützt Sie bei dieser Aufgabe.

Hierzu ist es notwendig, den jeweiligen Zusammenhang zwischen dem temperaturkompensierten Brechungsindex nDT und der gewünschten Ausgangsgröße experimentell zu ermitteln. Sie können diese Arbeit im eigenen Labor durchführen oder sie in unseren Labors in Auftrag geben.

Auf der Grundlage der dabei ermittelten Daten berechnet RMKoeff dann die Kennlinie des zu messenden Fluids auf der Basis von Polynomen ersten bis dritten Grades. Die ermittelten Messwerte sind dazu lediglich in eine entsprechende Tabelle einzutragen.

 

Ihre Vorteile:

  • Einfache Erstellung und Verwaltung anwenderspezifischer Fluiddatensätze
  • Automatische Erzeugung von Fluidkennlinien auf der Grundlage experimenteller Daten
  • Anwenderfreundliche, graphische Oberfläche
  • Datenübertragung von und zum Messumformer über USB oder serielle Schnittstelle (RS232)
  • Für alle Windows-Versionen geeignet

1.) Wahl der Ausgabegröße. Vorlagen sind z. B. M%, Vol%, aber auch eigene Ausgabegrößen sind möglich.

1.) Wahl der Ausgabegröße. Vorlagen sind z. B. M%, Vol%, aber auch eigene Ausgabegrößen sind möglich.

2.) Zur Definition des Zusammenhangs von Brechzahl und Ausgabegröße werden in eine Tabelle Messwertpaare, z. B. Brechzahl und M%, eingetragen. Diese Werte leiten sich aus der Fachliteratur ab oder werden aus eigenen Messdaten gewonnen.

 2.) Zur Definition des Zusammenhangs von Brechzahl und Ausgabegröße werden in eine Tabelle Messwertpaare, z. B. Brechzahl und M%, eingetragen. Diese Werte leiten sich aus der Fachliteratur ab oder werden aus eigenen Messdaten gewonnen.

3.) Eine automatische mathematische Kurvenanpassung erzeugt die Koeffizientensätze.

3.) Eine automatische mathematische Kurvenanpassung erzeugt die Koeffizientensätze

4.) Die Ausgabe am PIOX® TR kann dann durch Testeingaben von Messwerten geprüft werden.

 4.) Die Ausgabe am PIOX® TR kann dann durch Testeingaben von Messwerten geprüft werden.
  5.) Die berechneten Koeffizientensätze werden anschließend über die serielle Schnittstelle auf den Messumformer geladen.

 

Downloads

Technische Spezifikation PIOX R400
application/pdf, Deutsch, 552.19 KB
Prospekt PIOX® R
application/pdf, Deutsch, 1.37 MB
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