Verfahrenstechnik 12/2024

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN ANWENDERBERICHT ZDM CIP-FÄHIGE DOSIERANLAGE FÜR NATRONLAUGE Durch die Kombination aus Zahnrad-Durchflussmesser mit einer magnet gekuppelten Zahnradpumpe konnte ein Unternehmen einem Prozesstechnik-Anwender eine maßgeschneiderte Dosieranlage für eine hochpräzise Verhältnisregelung zweier Förderströme liefern. Lesen Sie hier, wie das funktioniert. Kern des Anlagenkonzeptes von Gather sind vollständig CIP-fähige Komponenten (CIP = Cleaning in Place) in Verbindung mit dem ebenfalls von Gather entwickelten SPS- Universal-Controller. Mit dem Zahnrad-Durchflussmesser ZDM hat das Unternehmen sein Produktsortiment im Bereich der Mess- und Regelungstechnik erweitert und ermöglicht nun komplette, bestmöglich aufeinander abgestimmte Dosieranlagen aus einer Hand. Der ZDM wurde für die präzise Messung von nicht schmierenden Flüssigkeiten wie Wasser, wässrige Flüssigkeiten, wässrige Lösungen, Lösungsmittel, Alkohole, aber auch Säuren und Laugen sowie Benzine, Diesel und Öle entwickelt. Die Materialien aus der Zahnradpumpe, die auch im ZDM verwendet werden, erlauben eine CIP-Reinigung und ermöglichen so eine kontinuier- liche Betriebsbereitschaft des Messsystems. Der standardmäßig werkskalibrierte Durchflussmesser weist serienmäßig folgende Funktionalitäten auf: Konstanter Kalibrierfaktor, Viskositätskompensation, Signalvervielfältigung, Filterfunktionalität sowie digitale und analoge Ausgänge. HOCHPRÄZISE VERHÄLTNISREGELUNG Die Aufgabenstellung des Anwenders aus dem Bereich der Prozesstechnik war anspruchsvoll: „Wir suchen eine hochpräzise Verhältnisregelung über einen weiten Stellbereich für Natronlauge in eine wässrige Lösung“. Zusammen mit dem Anlagenbetreiber spezifizierte Gather die Systemanforderungen und lieferte eine kundenspezifische, redundant ausgelegte Dosieranlage. Die zu verwendenden Komponenten sollten vollständig reinigungsfähig und hermetisch geschlossen sein. Die Herausforderung bei dieser Applikation lag darin, Natronlauge in eine wässrige Lösung bei Differenzdrücken bis 10 bar hochgenau einzu dosieren. Dabei sollte die Dosierung eine Messgenauigkeit von ± 0,5 % aufweisen. Aufgrund dieser Eigenschaften sowie guter Betriebserfahrungen kamen für den Auftraggeber als Druckerzeuger nur magnetgekuppelte Zahnradpumpen für den geforderten Verwendungsfall in Betracht. Angesichts der guten Eigenschaften entschied sich der Auftraggeber zur exakten Erfassung der Volumen ströme für den ZDM. Neben der Robustheit für einen Dauer betrieb waren weitere Endscheidungskriterien die Genauigkeit und die Reinigungsfähigkeit. Anlagenseitig war gefordert, dass die Gesamtanlage CIP-fähig 32 VERFAHRENSTECHNIK 2024/12 www.verfahrenstechnik.de

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN ausgeführt sein soll. Die redun dante Auslegung ermöglicht die Reinigung des jeweiligen An lagenstrangs des Prozesses ohne Produktionsausfallzeit. Im routinemäßigen Reinigungsfall werden die Pfade umgeschaltet und es erfolgt ein vollständiger CIP-Zyklus. Im Vergleich zu herkömmlichen Zahnradzählern ist der ZDM durch sein besonderes konstruktives Design mit speziellen Kanälen CIP-fähig und lässt sich mit allen gängigen Reinigungs-, Spül-, oder Desinfek tionslösungen durchspülen. Diese Eigenschaften im Zusammenspiel mit der Möglichkeit, Säuren, Laugen oder auch Lösungsmittel volumetrisch zu detektieren, eröffnet dem Messgerät ZDM ganz neue Einsatzfelder. Im Prozesspfad der wässrigen Lösungen kam der ZDM 03 mit einem Messbereich bis zu 15 l/min bei Viskositäten < 2 cSt zur Anwendung, wohingegen bei dem Natronlaugen-Prozesspfad der kleinere ZDM 01 mit einem minimalen Messvolumen von 0,05 l / min integriert wurde. Somit können je nach Anforderung Verhältnisdosierungen über einen Stellbereich bis zu 1:300 DAS GEHEIMNIS: CIP-FÄHIGKEIT IN VERBINDUNG MIT EINEM SPS- UNIVERSAL-CONTROLLER real in der Applikation dargestellt werden. Die von Gather gelieferten drehzahlvariablen Dosierpumpen sind passend auf die Mess bereiche und Viskositäten des Prozesses abgestimmt. Als Controller für diese komplexe Regelungsaufgabe kam eine Industrie-SPS mit der vom Hersteller selbst entwickelten universalen Mess-, Steuer- und Regelungssoftware zum Einsatz. Mit Hilfe dieses Universalreglers (Dosierbox 5000) lässt sich bei Bedarf ein kompletter Regelkreis mit unterschiedlichsten Sensoren und Aktoren etablieren. GROSSER DARSTELLBARER MESSBEREICH Ein entscheidender Vorteil dieses speziell für nichtschmierende, niedrigviskose und chemisch aggressive Flüssigkeiten entwickelte volumetrische Messsystem liegt unter anderem in dem großen darstellbaren Messbereich. So können beispielsweise Messspreizungen bis zu 1:200 dargestellt werden. Dadurch ist laut Hersteller der ZDM vielen anderen Durchflussmessgeräten wie Magnetisch-induktiven Durchflussmessern (MID) oder Coriolis- Massendurchflussmessern (CMD) überlegen. Die geringen Durchflusswiderstände, speziell bei Applikationen mit niedrigviskosen Flüssigkeiten, stellen laut Gather einen zusätzlichen Vorteil dieses Weitbereichsmesssystems für hochdynamische Messaufgaben dar. Das Zusammenspiel der neuentwickelten Linearitätskompensation, welche dazu führt, dass über den gesamten Messbereich nur ein konstanter Kalibrierfaktor zur Verfügung steht sowie der benutzerseitig einstellbaren Viskositätsanpassung für niedrigviskose Flüssigkeiten verbessern die Messgenauigkeit auf höchstes Niveau. Gerade im Bereich der Prozesstechnik eignet sich diese robuste Kombination magnetgekuppelter Zahnradpumpen und Zahnrad- Durchflussmessern aufgrund ihres hermetischen Aufbaus mit mediengeschmierten Gleitlagern besonders gut. Der große Vorteil liegt auch hier in der Werkstoff-Kompetenz. So erfolgt die korrekte Auslegung der eingesetzten Hochleistungswerkstoffe parallel für den Druckerzeuger und das Messgerät. Die hier eingesetzten Komponenten sind CIP-reinigungsfähig und mit allen in der Industrie gängigen Anschlüssen lieferbar. Die Pumpenwerkstoffe der Gehäuse, der Zahnräder sowie der Gleitlager werden medienspezifisch für die zu fördernden Flüssigkeiten ausgelegt. Im Speziellen können Pharma- und FDA- konforme Werkstoffkombinationen zur Anwendung kommen, welche eigens für den Betrieb niedrig viskoser und nichtschmierender Flüssigkeiten entwickelt wurden. Diese Werkstoffkombinationen weisen sehr gute tribologische Eigenschaften auf und bieten bei eventuell auftretender Mangelschmierung auch gewisse Notlaufeigenschaften. FAZIT DES ANLAGENBETREIBERS „Das entwickelte System aus CIP-fähigen Prozesskomponenten in Verbindung mit den Funktionalitäten des SPS-Universal-Controllers Dosierbox 5000 hat die Lösung unserer komplexen Aufgabenstellung erst möglich gemacht. Die Dosieranlage verrichtet seit einigen Monaten zuverlässig ihren Dienst. Wir sind mit der Leistung sehr zufrieden und werden zukünftig unsere Bestandsanlagen sukzessiv durch weitere Anlagen dieses Typs substituieren.“ Die Produkte von Gather finden sich in nahezu allen Industriebranchen Überall dort, wo es um das präzise Fördern, Messen, Dosieren oder Kuppeln von Flüssigkeiten geht. Ob schmierend/nicht schmierend, ob niedrigviskos/viskos, ob Pumpe, Durchflussmesser, Komplettsystem oder Kupplung. Die Dosieranlagen setzt ebenfalls die Medizin- und Pharmatechnik sowie die Lebensmittelund Chemieindustrie ein. Die beschriebene Anlage wäre mit einigen Modifikationen auch als ATEX-konforme Lösung für die Zonen 1 oder 2 verfügbar. Dazu gehören entsprechende Sicherheitsüberwachungen wie Trockenlauf, Überdruck und Motortemperatur in Kombination mit zertifizierten ATEX-Komponenten. Bilder: Gather www.gather-industrie.de UNTERNEHMEN GATHER Industrie GmbH Lise-Meitner-Straße 4, 42489 Wülfrath E-Mail: gather@gather-industrie.de AUTOR Dipl.-Ing. Christian Siegmund, Entwicklungsingenieur, Gather Industrie, Wülfrath www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 2024/12 33