Verfahrenstechnik 10/2018

Komplettes

Komplettes Analysensystem mit Gasaufbereitung und SIL-zertifiziertem Analysator zur Überwachung der Prozessumgebung Eine anspruchsvolle Aufgabe Zuverlässige Gasanalytik erleichtert die Intertisierung Die Inertisierung mit Gasen spielt in vielen Anwendungen eine wichtige Rolle. Um sicher arbeiten zu können und die gewünschten Prozessergebnisse zu erhalten, ist dabei aber die kontinuierliche Analyse der erzeugten Atmosphäre unerlässlich. Und hier kommt die Gasanalytik ins Spiel, die bei der Entnahme und der möglicherweise nötigen Aufbereitung des Messgases eine anspruchsvolle Aufgabe übernimmt. Eine typische Anwendung der Inertisierung ist das Arbeiten unter Schutzgasatmosphäre in Handschuhboxen. Die darin ausgeübten Tätigkeiten erfolgen häufig in sauerstofffreier oder sauerstoffreduzierter Atmosphäre. Deshalb muss ständig überwacht werden, ob Umgebungsluft in die Box eindringen kann bzw. die richtig reduzierte Gasmischung zugeführt wird. Eine ausreichend schnelle und genaue Überwachung erzielt man in diesen Anwendungen durch direkt in die Kammer hineinragende oder in den Zuführungsleitungen installierte Zirkoniumdioxid-Messzellen zur Detektierung des Sauerstoffgehaltes. Die Messung erfolgt sowohl im ppm- als auch im Prozentbereich. Auch bei der Verpackung und Produktion von Lebensmitteln spielt die Inertisierung Autor: Gerd R. Biller, freier Mitarbeiter, Bühler Technologies GmbH, Ratingen eine Rolle. Viele dieser Produkte werden unter Schutzatmosphäre gelagert oder unter reduziertem Sauerstoffgehalt abgepackt. Dafür wird in der Verpackungseinrichtung die Zone, in der der Verschlussvorgang der Packung stattfindet, laufend mit Stickstoff geflutet und dadurch der Sauerstoff aus diesem Bereich verdrängt. Mithilfe der Gasanalyse wird diese Atmosphäre permanent kontrolliert und so überwacht, ob der Sauerstoffanteil unterhalb eines vorgegeben Schwellwertes stabil gehalten wird und keine Umgebungsluft einsickert. Aber auch bei der Verarbeitung von oxidationsempfindlichen Produkten, wie z. B. gemahlenen Kaffeebohnen, kommen Inertgase zum Einsatz. Hier wird z. T. auch das bei der Röstung aus den Kaffeebohnen frei werdende CO 2 zur Inertisierung der Lagersilos recycelt. Zur Entnahme des Messgases reichen hier i. d. R. einfache Entnahmevorrichtungen und keine bzw. wenig Gasaufbereitung vor dem Eintritt in den Analysator. Je nach Anforderung der individuellen Applikation erfolgt die Analyse des Schutzgases im Prozent- und/oder ppm-Bereich. Zur Dokumentation der Qualitätssicherung werden nach dem Prozess häufig Stichproben aus den Verpackungen entnommen. Hier kommt es darauf an, die Messgasprobe so aus der Verpackung zu entnehmen, dass keinerlei Fremdgas in den Probenstrang gelangt. Deshalb werden dafür spezielle Probenahmeeinrichtungen und entsprechend ausgerüstete Analysatoren verwendet. Sichere Prozessatmosphäre In manchen Applikationen wird die Inertisierung eingesetzt, um z. B. die Bildung einer explosiven oder toxischen Atmosphäre im Prozessstrang zu verhindern. So ist es denkbar, dass beispielsweise aus der Umgebung entsprechend gefährliche Gase in den Prozess einsickern könnten und sich zu einem zündfähigen oder letalen Gemisch anreichern. Durch die Flutung des Prozessstranges mit einem geeigneten Inertgas wird dies zuverlässig verhindert. Je nach Applikationsbedingungen müssen die Komponenten des Gasanalysensystems dafür geeignet sein, selbst in gefährlicher Atmosphäre arbeiten zu können. Die Messbereiche und die relevanten Gaskomponenten müssen ebenfalls der Applikation entsprechend gewählt werden, ebenso der Umfang der Messgasaufbereitung vor Eintritt in den/die Analysatoren. 22 VERFAHRENSTECHNIK 10/2018

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN 02 01 03 01 Ein typischer stationärer Sauerstoffanalysator mit Zirkoniumdioxid-Messzelle 02 Ein tragbarer Sauerstoffanalysator mit paramagnetischer Hantelmesszelle und integrierter Pumpe zur Kontrolle von Verpackungen 03 Ein tragbarer Sauerstoffanalysator mit Zirkoniumdioxid-Messzelle zur Messung im Spurenbereich Prozessumgebung überwachen In der Pharmaindustrie kann es zum Beispiel nötig sein, nicht nur den Verpackungsprozess selbst, sondern besonders die ihn umgebende Atmosphäre zur Sicherheit der dort arbeitenden Personen gegen Leckagen aus dem Prozess zu überwachen. So wäre es denkbar, dass Stickstoff aus dem Verpackungssystem in die Umgebungsatmosphäre entweicht und so zur Reduzierung des Sauerstoffanteils in der Atemluft führt. In solchen Applikationen wird dann nicht nur die Inertisierung des Prozesses sondern auch der Umgebungsluft durch fortlaufende Gasanalyse erforderlich. Auch hier bestimmen die Applikationsanforderungen den Aufbau und den Um- fang der infrage kommenden Gasanalysensysteme. Bei deren Auslegung wird häufig die besondere Bewertung der funktionalen Sicherheit vorgenommen, und in der Folge werden Geräte mit dem SIL-Zertifikat zum Einsatz gebracht. Beeinflussung der Prozessqualität In sensiblen Applikationen des Maschinenbaus kommt es entscheidend auf die Qualität des Schweißprozesses an. Deshalb werden die Schweißungen unter Schutzgasatmosphäre ausgeführt. Dabei ist es wichtig, dass diese Schutzatmosphäre über den gesamten Prozess homogen gehalten wird und man für die Schweißnähte mit gleichbleibenden Festigkeitswerten kalkulieren kann. Zur Erreichung einer besonders hohen Reinheit der Schweißnähte kommt anstelle reiner Inertgase – wie Stickstoff oder Argon – häufig auch Formiergas zum Einsatz, dem Wasserstoff zugefügt ist. Dadurch wird erreicht, dass oxidische Schichten auf eisenhaltigen Werkstücken in Metall umgewandelt und keine Oxidteilchen in die Schweißnaht eingeschlossen werden. Dringt nun Luftsauerstoff in das Formiergas ein, wird der Wasserstoff in Wasserdampf umgewandelt und die Wirkkraft des Gases lässt nach. Für diese Anwendungen sind Zirkoniumdioxid-Messzellen besonders gut geeignet und erfordern nahezu keinerlei Aufbereitung des Messgases. Stickstoff als Schutzgas Im Labormaßstab mag es wirtschaftlich vertretbar sein, das Inertgas Stickstoff aus Flaschen zu verwenden. In der großtechnischen Produktion ist das aber nicht mehr akzeptabel. Hier wird man das Gas je nach Anlagengröße und -konzept vor Ort in sogenannten Luftzerlegern kontinuierlich selbst herstellen. Dazu wird Umgebungsluft ger einigt, verdichtet und in der folgenden Expansion extrem abgekühlt und so ver flüssigt. Durch die anschließende gezielte Erwärmung der flüssigen Luft wird sie in Stufen in ihre Hauptbestandteile Stickstoff, Argon und Sauerstoff zerlegt. Die so gewonnenen Gase bleiben bis zur finalen Verwendung tiefgekühlt und flüssig. Vom Eingang der Rohluft bis zur Bereitstellung der separierten Gase zur Verwendung werden unterschiedliche Analysen vorgenommen. Diese sorgen in erster Linie für eine Sicherung der Produktqualität. Schließlich dient doch die Inertisierung auch der Hygiene. So soll ja nicht nur eine mögliche Oxidation durch Sauerstoff verhindert oder verzögert werden, sondern es geht auch darum, keine Verunreinigungen über das Schutzgas einzutragen. Fotos: Fotolia (#38087943), Bühler www.buehler-technologies.com Global Wheel-Lok Fahrzeugverriegelungen MaximaleSicherheitfür IhrPersonal währendder Be-und Entladeprozesse an IhrerVerladestelle Rite-HiteGlobal Wheel-Lok Fahrzeugverriegelungenverhindern dasvorzeitige Ablöseneines LKWvon der Verladestelleund helfen Unfälle zu vermeiden. » Erfüllendie Anforderungen derKlasse 3der FEMRichtlinieEN11.995. » AutomatischePositionierung,ausgelöst durchdie Rückfahrt-Energie desLKW. » Sichertpraktisch jedenLKW mitRaddurchmessern von700 bis1200mm. » Einfachesund zuverlässigeselektromechanisches Design mitminimalem Wartungsaufwand.Funktioniertbei allen Witterungsbedingungen. www.ritehite.de Rite-Hite GmbH • Tel. +49 (0) 5693 9870-0 •info-de@ritehite.com