Chemia Przyszło kontroli cieczy w procesach przemysłowych

Transkrypt

1 Chemia Przyszło kontroli cieczy w procesach przemysłowych Dziki EasyClean 400, nieplanowane przerwy produkcyjne nale do przeszłoci W celu umoliwienia czyszczenia i kalibracji elektrod, bez konieczno- ci przerywania procesu produkcyjnego, w linii produkcji poliwglanów zainstalowane zostały systemy czyszczenia i kalibracji. Spowodowało to zauwaalny wzrost zarówno bezpieczestwa produkcji jak i jej zyskownoci. Pochodzenie i zastosowanie poliwglanów Poliwglany s syntetycznymi polimerami, nalecymi do grupy poliestrów, i mog powstawa na drodze reakcji dwutlenku wgla z diolami lub epoksydami. Uywane s one do produkcji artykułów przez wstrzykiwanie do formy, na przykład dla przemysłu samochodowego lub lotniczego, lecz take do produkcji szkła pancernego, przyrzdów medycznych i płyt CD. Do niedawna, takie nowoczesne surowce produkowane były tylko w stosunkowo niewielu krajach, jak USA, Niemcy i Japonia. Jednak ostatnio ronie konkurencja ze strony rodkowego Wschodu, skd pochodzi ta relacja. Wymagania produkcyjne Główny etap produkcji poliwglanów przebiega w obszarze zwikszonego ryzyka i w warunkach próni. Dla sterowania procesem produkcji krytycznym parametrem jest warto ph. Poniewa jest to proces cigły, nie moe zosta wstrzymany. Elektroda ph musi by pod stałym nadzorem i jednoczenie musi take by zdalnie sterowana. Warunki produkcji to: warto ph cinienie 1.5 bar temperatura ok. 25 o C (77 o F) Wczeniejsza koncepcja pomiarów Odpowiedzialna za pomiary firma projektowa zainstalowała pierwotnie statyczne punkty pomiarowe. Oznaczało to, e pomiary wykonywane s do chwili wystpienia problemów. Zamykano wtedy zakład, a elektrody konserwowano lub wymieniano. Zamknicie zakładu jest procesem skrajnie uciliwym i czasochłonnym

2 szczególnie, gdy nie jest on przewidziany i nie moe zosta z góry zaplanowany. Na przykład, po zamkniciu, serwisant z aparatur tlenow musi najpierw detektorem gazu sprawdzi zakład pod ktem wystpowania gazów wybuchowych, zanim mona bezpiecznie przystpi do czyszczenia. Sytuacja taka prowadziła do stałych strat produkcyjnych, których w innych warunkach mona unikn i która generowała istotne koszty. Rozwizanie zaproponowane przez METTLER TOLEDO Rozwizanie, jakiego oczekiwano, musiało wic oferowa czyszczenie i kalibrowanie elektrody w trakcie procesu produkcyjnego. Przedłoylimy projekt pomiarów, który zawierał wysuwane obudowy z wbudowan komor płukania, modułowy przetwornik z dobrze przemy- lanymi funkcjami diagnostycznymi i kompatybilny z protokołem Foun- elektroda ph: Wydawca Mettler-Toledo GmbH Industrial Sonnenbergstrasse 72 CH-8903 Schwerzenbach Switzerland Produkcja MarCom Industrial CH-8903 Schwerzenbach Szwajcaria Obudowa wysuwana: Przetwornik: System czyszczenia i kalibracji: dation Fieldbus. W celu umoliwienia wykorzystania niezwykłych cech elektrody tak kompleksowo, jak to tylko moliwe, wybrano do współpracy najnowszej generacji system do czyszczenia i kalibracji. Pełen system pomiarowy uzyskał zatwierdzenie do uytku w strefach niebezpiecznych. Zainstalowane zostały 3 punkty pomiarów wzgldnych, składajce si z nastpujcego zestawu (patrz tabela). EasyClean 400 Ex w akcji System czyszczenia i kalibracji EC 400 Ex uruchamia cykl czyszczenia co 6 godzin (przedział czasowy dowolnie definiowany), a kalibracj 2-punktow dwa razy w tygodniu. Oznacza to, e czujnik wycofywany jest z procesu produkcyjnego do komory płukania wysuwanej obudowy i nastpnie w InPro 3250 SG InTrac 777e z Hastelloy M 700 z modułem komunikacji z protokołem Foundation Fieldbus Easy Clean 400Ex (EC 400Ex) Podłczenie do PCS (Yokogawa CS 3000) przez Foundation Fieldbus niej czyszczony i kalibrowany. Po zakoczeniu kadego programu, system powraca do normalnej pozycji pomiarowej. Jeli trzeba, do wody płuczcej mona doda odpowiednie rodki czyszczce. Elastyczno działania tego projektu zapewnia optymalizacj procedury czyszczenia i daje moliwo wypracowania specyficznych rozwiza dla prowadzonych, specyficznych procesów produkcji. Rys.1: Przetwornik M 700 (po lewej) z układem EC 400 i roztworami czyszczcymi. Rurki prowadz do obudowy. Współdziałanie fieldbus i EasyClean 400Ex System pomiarowy jest zintegrowany z systemem sterowania produkcj Yokogawa, poprzez sie Foundatiom Fieldbus, obejmujc cały zakład. Dane produkcyjne i stan systemu s w sposób cigły przekazywane do sterowni i zapewniaj optymalny przebieg procesu produkcji. Ponadto, integracja systemu umoliwia w pełni zdalne sterowanie EasyClean 400 z głównej sterowni. Oznacza to, e czujnik moe zosta ustawiony w pozycji do konserwacji w dowolnym momencie, gdy jest to wymagane (np. w czasie przerw serwisowych), lub kalibrowany zgodnie z potrzebami (np. dla weryfikacji). Z drugiej strony, z operacyjnego punktu widzenia, uytkownik ma teraz cały system pod stał kontrol, w tym samym czasie te przekazywane s pomocne informacje diagnostyczne. Na przykład, potrzeba konserwacji zgłaszana jest do sterowni, gdy pojawi si konieczno uzupełnienia roztworów buforów kalibracyjnych. Korzyci dla klienta 1. Wysza wydajno ze wzgldu na brak przestojów. 2. Wzrost wiarygodnoci elektrod ph i wydłuony czas ich pracy. 3. Zmniejszony wysiłek serwisowy i ryzyko błdów operacyjnych. 4. Na przyszło, EC 400Ex moe by dostosowany do wymogów wynikajcych ze zmian procesu produkcji i moe by dowolnie konfigurowany przez uytkownika w dowolnym czasie. Rys. 2: InTrack 777 e z komor płukania do automatycznego czyszczenia elektrody ph InPro 3250 SG. MTSI Podlega zmianom technicznym Mettler-Toledo GmbH 03/2006 Szwajcaria 2 METTLER TOLEDO Chemia News

3 Dokładne oznaczanie czynnika utleniajcego Pomiar temperatury i ORP wydajnie steruje procesem utleniania metali Wprowadzenie systemu INGOLD pozwala na dokładne wykrywanie dodawania czynnika utleniajcego do roztworu metalu podczas procesu produkcji. Johnson Matthey, specjalistyczna firma chemiczna Johnson Matthey jest specjalistyczn firm chemiczn, skupion na swoich podstawowych kwalifikacjach w zakresie katalizatorów, metali szlachetnych i specjalistycznych chemikaliów. Na główne działania grupy składa si wytwarzanie autokatalizatorów i systemów kontroli zanieczyszczenia, katalizatorów i składników do ogniw paliwowych, składników farmaceutycznych, katalizatorów przemysłowych i odczynników specjalistycznych; rafinacja, wytwarzanie i marketing metali szlachetnych; oraz produkcja barwników i powłok dla przemysłu szklanego i ceramicznego. Wymagania Johnson Matthey Wydział R&D Katalizy Procesowej, z siedzib w Billingham, UK, zwrócił si do METTLER TOLEDO z prob o opracowanie metody ledzenia procesu utleniania metali w skali laboratoryjnej. Potrzebowali przyrzd, który byłby odpowiedni take do uytku w pełnej skali produkcyjnej w ich zakładzie pilotaowym. Rozwizanie METTLER TOLEDO dla pomiaru ORP Próbowano ledzi przebieg reakcji na podstawie zmian ph, lecz stwierdzono bardzo małe rónice i zdawało si nam, e ta metoda nie znajdzie zastosowania praktycznego w wielkiej skali produkcyjnej. Zaproponowalimy wykorzystanie pomiaru ORP przy uyciu czujnika InPro 3250SG i przetwornika M 700. Wyniki pokazały znaczc zmian potencjału po zajciu reakcji. Wybrana metoda przekonała Głównego Technologa Sharon Bale, Główny Technolog w Johnson Matthey mówi: Przetwornik M 700 i czujnik InPro 3250SG były dla nas niezmiernie pomocne w pomiarach zmian fazowych przy utlenianiu metali w porównaniu do ledzenia przebiegu reakcji przez pomiar zmian ph. Tym bardziej, e wyposaenie uywane jest co tydzie w laboratorium, a ze wzgldu na powodzenie planujemy włczenie metody do naszego układu produkcyjnego. Wybrane produkty: elektroda ph/orp InPro 3250SG INGOLD InPro 3250SG jest niskoobsługow elektrod nadcinieniow, wypełnion ciecz, idealn do pomiarów in-line w trudnych aplikacjach. Jej trwała budowa dobrze odpowiada cikim warunkom chemicznych procesów produkcyjnych. Czujnik mierzy ORP, jak równie temperatur i ph. Przetwornik wieloparametrowy M 700 M 700 wybrano ze wzgldu na jego elastyczno oraz dlatego, e wbudowany rejestrator moe by uywany w laboratorium i zakładzie pilotaowym do zapisywania informacji dla póniejszego skopiowania do PC przez kart smartmedia. Dane eksperymentalne wyranie pokazuj dodawanie czynnika utleniajcego Wykres pokazuje przykładowe dane z zapisów eksperymentów zebranych przez przetwornik M 700. Znaczca zmiana potencjału wystpuje, gdy do roztworu metalu dodawany jest czynnik utleniajcy. Zarówno temperatura jak i ORP ostro wzrastaj, podczas gdy zmiana wartoci ph jest prawie niezauwaalna. METTLER TOLEDO Chemia News 3

4 InPro 4260 dla aplikacji chemicznych Pomiar ph w ci kich warunkach łatwiejszy i bardziej dokładny InPro 4260 jest charakterystyczna dla najnowszej generacji elektrod ph produkcji METTLER TOLEDO. Polimerowy elektrolit XEROLYT EXTRA o wysokich parametrach, wraz z ISM i zaawansowan diagnostyk czujnika, stanowi główne cechy tego modelu elektrody. Wymagania dotyczce elektrod ph Gdy przychodzi zabra si do wyboru czujnika odpowiedniego do cikich warunków rodowiska produkcyjnego, uytkownicy zwykle staj przed dylematem wyboru midzy wysok dokładnoci (lecz krótsz ywotnoci), a długim czasem pracy (lecz słab dokładnoci pomiarow). Przy braku lepszej alternatywy, czsto skłaniaj si ku elektrodom dłuej pracujcym, akceptujc wyszy stopie działa konserwacyjnych dla zapewnienia działania na minimalnym, dopuszczalnym poziomie. Jednake popularne, nowoczesne i odporne elektrody elowe i polimerowe s tak dobrze opracowane, e mog by z powodzeniem uywane w najtrudniejszych warunkach pomiarowych, bez adnych kompromisów w zakresie dokładnoci. Rozwizanie dla zapobiegania blokowaniu diafragmy Najczciej wystpujcym problemem, dotyczcym pomiarów ph, jest blokowanie diafragmy elektrody, co skutkuje błdnymi wynikami pomiarów, spowodowanymi niekorzystnym potencjałem dyfuzji. Trwałym rozwizaniem tego problemu jest zastosowanie elektrod z elektrolitem polimerowym XEROLYT. XEROLYT EXTRA dla poprawy działania XEROLYT EXTRA, najnowsza generacja elektrolitów polimerowych, powstaje na bazie sprawdzonych cech ich legendarnych poprzedników. Ten nowo opracowany elektrolit przezwycia wczeniejsz czuło na kwasy, zmniejsza ograniczenia dokładno- ci i zakresu działania spowodowane wysz sił jonow i rónicami szybkoci przepływu / szybkociami pracy mieszadła, jak równie wraliwoci na niektóre rodzaje rozpuszczalników. Testy wytrzymałoci XEROLYT EXTRA wykonane przez uytkowników Uytkownicy wykonali wiele serii testów z nowym polimerem w rzeczywistych warunkach. Jego niesamowit charakterystyk własno- ci mona podsumowa w nastpujcy sposób: ekstra-dokładny, ekstra-szybki, ekstra-odporny oraz ekstra-stabilny! InPro 4260 z Inteligentnym Zarzdzaniem Czujnikiem (ISM) Cała elektronika ISM (Intelligent Sensor Management) wbudowana jest w głowic elektrody, a w pełni cyfrowa komunikacja zapewnia rzetelne przesyłanie do przetwornika wartoci pomiarowych i danych czujnika. ISM daje niesamowite moliwoci, włcznie z łatwiejsz obsług i bardziej wydajn konserwacj: monitorowanie online impedancji szkła ph i elektrody referencyjnej, kalibracja i adjustacja w laboratorium w optymalnych warunkach, szybkie uruchomienie (automatyczne rozpoznanie czujnika), zaawansowana diagnostyka czujnika z przewidywaniem konserwacji, zapis pełnej historii czujnika dla dokumentacji GxP (FDA 21 Part 11), monitor zuycia czujnika i wska- nik statusu operacji (licznik CIP/SIP, wymiana czujnika). Rys. 1: Błdy punktu zero po ekspozycji na toluen w 80 o C/176 o F. Rys. 2: Błdy pomiarowe dla wyszych ste soli. 4 METTLER TOLEDO Chemia News

5 Nowa rodzina czujników o najwyszej wytrzymałoci Dalsze usprawnienie produkcji dziki czujnikom cyfrowym i technologii ISM Pod wieloma wzgldami, czujniki s sercem jakoci produkcji. Wyposaenie o duej sprawnoci i wiarygodnoci moe prowadzi do znaczcego obnienia kosztów operacyjnych. Jednak przy złym doborze czujników, oczywistymi dla wszystkich konsekwencjami s wysokie koszty konserwacji i przerw produkcyjnych. Ewolucja logiczna Wiele lat dowiadczenia na polu systemów pomiarów przemysłowych jest podstaw kompetencji METTLER TOLEDO. Obecnie, dziki przełomowej technologii ISM, w zaawansowanej diagnostyce czujnika połczone zostały lata do- wiadczenia z technologi cyfrow i zdolnoci przetwarzania. Cyfrowe rozwizanie ISM Dla nowej linii czujników ISM specyficzne jest to, e przetwarzanie sygnału przebiega w samej głowicy czujnika. Digitalizacja sygnału w miejscu jego pomiaru jest logicznym pomysłem, poniewa przesyłanie sygnału o niskiej impedancji jest znacznie mniej podatne na zakłócenia elektrochemiczne. ISM oznacza wydajn konserwacj Poza sygnałem cyfrowym, kady czujnik ISM w sposób cigły wykonuje sprawdzenie swojego stanu zdrowia i monitoruje online tak znaczce parametry, jak impedancja referencyjna dla ph. Dziki temu, moe alarmowa uytkownika o moliwym blokowaniu kontaktu, pozwalajc na podjcie działa zapobiegawczych. Jest to tylko przykład, do czego zdolne jest ISM dla lepszej kontroli procesu produkcji. Na całym wiecie technologia ISM jasno pokazała swoj uyteczno w setkach aplikacji. Obecnie dostpne s nastpujce czujniki cyfrowe z technologi ISM: Czujniki rozpuszczonego i gazowego tlenu: InPro 6850i InPro 6950i Elektrody ph: InPro 3250i InPro 4260i InPro4800i Przegld cech wszystkich elektrod i czujników z cyfrowym ISM Takie samo działanie jak czujniki analogowe Złcze cyfrowe K8S Funkcjonalno podłcz i mierz Zaawansowana diagnostyka czujnika Funkcja przewidywania konserwacji Monitor zuycia Licznik CIP/SIP Kompatybilne z ATEX, FM (w przygotowaniu) METTLER TOLEDO Chemia News 5

6 Przekanik dla aplikacji w oczyszczalni cieków M300 Nowa seria przekaników dla wiarygodnych i wszechstronnych pomiarów Seria przekaników M300 dla pomiarów ph/orp, tlenu i przewodnoci łczy w sobie trwało i łatwo uytkowania. Wysoka wszechstronno i wiarygodno sprawiaj, e przyrzdy te s idealnym wyborem dla szerokiego zakresu podstawowych aplikacji uzdatniania wody i oczyszczania cieków. M300 przekanik wieloparametrowy Nowa linia przekaników M300 została opracowana do pomiarów ph, przewodnoci i rozpuszczonego tlenu. Poza układem jednokanałowym, wystpuje take wersja dwukanałowa z moliwociami pracy wieloparametrowej. Duy, 4-ro liniowy, podwietlany wywietlacz z menu w 5 jzykach ułatwia instalacj i konfiguracj tych przyrzdów. Przekaniki posiadaj port USB dla łatwiejszej konfiguracji, rejestracji danych i wczytywania nowelizacji oprogramowania. M300 właciwy wybór dla aplikacji oczyszczania cieków Przekanik M300 reprezentuje unikalne rozwizanie dla aplikacji oczyszczania cieków, gdzie kluczowe s wiarygodno i trwało. W wersji wieloparametrowej, uytkownik w terenie moe ustawi oba kanały w dowolnej kombinacji parametrów ph, tlenu i przewodnoci. Ta elastyczno oraz uniwersalno ródła zasilania umoliwiaj spełnienie odmiennych wymaga instalacji dziki jednemu przekanikowi. Rys. 1: Czytelny, podwietlany wywietlacz Cechy, przygotowane zgodnie z potrzebami przemysłu Cech charakterystyczn nowoczesnych systemów pomiarowych powinna by uyteczno sprztu w połczeniu z intuicyjnym, czytelnym interfejsem uytkownika, umoliwiajcym instalacj i obsług całego systemu bez kosztownych szkole personelu lub długiego studiowania instrukcji obsługi. Informacje pokazywane na wywietlaczu powinny by czytelne i łatwo zrozumiałe. Ponadto, stałe monitorowanie wysoko-obsługowych elektrod ph, poprzez wbudowane funkcje diagnostyczne, musi zapewnia cigły przepływ informacji o aktualnym stanie elektrody, aby w przypadku awarii, sytuacja mogła zosta naprawiona w najkrótszym moliwym czasie. Podobnie czas, wymagany na konserwacje i kalibracje powinien zosta skrócony do absolutnego minimum, dziki czytelnemu prowadzeniu uytko- wnika przez przekanik. Te wane punkty zostały uwzgldnione podczas projektowania linii przekaników M300. Cz najwaniejszych punktów opisano bardziej szczegółowo w kolejnych paragrafach. Sprzt linii przekaników M300 Wszystkie przekaniki - ½ lub ¼ DIN wyposaone s w róne zasilacze w celu umoliwienia pracy przy 20 do 30 VDC albo 100 do 240VAC. Dwie róne wartoci pomiarowe, pokazywane na podwietlanym wywietlaczu, s dobrze czytelne z odległoci 3-5 m. Wielokanałowa wersja, o atrakcyjnej cenie, jest dowolnie konfigurowalna do równoległej pracy z czujnikami ph lub/oraz przewodnoci. Specjalnie opracowany program wstpny Quick Setup gwarantuje bezbłdn konfiguracj pocztkow. Logika menu zarówno dla jednostek ph, 6 METTLER TOLEDO Chemia News

7 jak i przewodnoci, jest zrozumiała i dostpna w piciu jzykach. Przekanik jest wyposaony w interfejs USB, wic łatwo, szybko i bezpiecznie moe zosta skonfigurowany z poziomu PC lub notebooka. Kontroler PID Przekanik M300 wyposaony jest w kontroler PID, dla szybkiej kontroli wartoci ekstremalnych, jak równie dla dokładnej kontroli wartoci bliskich punktom nastawnym. W praktyce, pozwala to na zaoszczdzenie dozowanych wielkoci, zwikszenie wydajnoci i zmniejszenie kosztów całkowitych. Konserwacja i kalibracja Stale działajca funkcja diagnostyczna w sposób cigły dostarcza informacji o stanie czujnika oraz, gdy to jest konieczne, wywietla, jakie działania konserwacyjne naley wykona. Podczas kalibracji elektrody, automatyczne rozpoznawanie buforów pozwala na znaczce skrócenie czasu obsługi serwisowej. Wane, aby wiedzie Niezwykłe cechy M300 Opcja dwukanałowa, konfigurowalna przez uytkownika Uniwersalne zasilacze Duy podwietlany wywietlacz o duym kontracie Wywietlanie dwóch wielkoci i dwóch linii tekstu Zalety techniczne Jeden przekanik dla dwóch punktów pomiarowych Niezalene od kraju napicie i czstotliwo Łatwo czytelny wywietlacz w niesprzyjajcych warunkach owietlenia Wicej informacji dostpnych przy jednym spojrzeniu Korzyci dla klienta Zmniejsza koszty Wysoka wielofunkcyjno Łatwo uytkowania Doskonała jako odczytu zmniejsza błdy obsługi Łatwo zrozumiałe instrukcje Menu Quick Setup Łatwe zamówienie i instalacja Oszczdno czasu Zdejmowane gniazda terminala Łatwa wymiana składników Ułatwienie konserwacji Interfejs USB Nowelizacja oprogramowania Zabezpieczenie majtku na miejscu Diagnostyka podstawowa Poprawienie diagnostyki czujnika Dwa poziomy zabezpieczone hasłem Pi jzyków menu Kontroler PID Port USB przesyłania danych Dwa lub cztery wyjcia prdowe Wejcie kontroli Poziom bezpieczny dostosowany do specyficznego zadania Łatwo obsługi dla duej grupy uytkowników Dokładna kontrola procesu produkcji Pozwala na pokonywanie trudnoci na miejscu Łatwa integracja do procesu produkcji Dla działania master-slave z EC 100/150/200 Optymalizuje konserwacj czujnika i skraca przerwy w produkcji Zabezpieczenie przed nieautoryzowan obsług zwiksza całkowite bezpieczestwo Mniej błdów obsługi zwiksza bezpieczestwo Bardziej wydajne dozowanie reagentów poprawia wydajno Łatwo dostpne dane zapewniaj przejrzysto Wysza wydajno Nisze koszty Lepsze wykorzystanie aplikacyjne METTLER TOLEDO Chemia News 7

8 Otwarte protokoły Fieldbus wspieraj zarzdzanie majtkiem i obsług zakładu Technologia otwartego protokołu Fieldbus, jak HART, FOUNDATION Fieldbus oraz PROFIBUS umoliwiaj wykorzystanie zalet pełnej funkcjonalnoci METTLER TOLEDO w komunikacji cyfrowej. poprawiona rozdzielczo mierzonych wielkoci inteligentna diagnostyka czujnika i nastaw parametrów przyrzdu wygodna konfiguracja przyrzdu poza stacj centraln wyszy poziom danych produkcyjnych w celu poprawienia warunków produkcji dostpno dodatkowych wartoci z produkcji, które mog w łatwy sposób zosta włczone do systemu kontroli Nasze inteligentne instrumenty analityczne wyposaone s w elektroniczny opis urzdzenia (DD) dla rónych narzdzi programowych do konfiguracji przyrzdów przemysłowych. METTLER TOLEDO poleca Przekaniki do ph/orp, rozpuszczonego tlenu i przewodnoci Dwie linie przekaników do integracji w sieci HART, FOUNDATION Fieldbus oraz PROFIBUS PA. EasyClean 400 System czyszczenia i kalibracji EC 400 do łatwej integracji w FOUNDATION Fieldbus oraz PROFIBUS PA Technologi ISM Integracja informacji z diagnostyki czujnika do otoczenia kontroli procesu produkcji monitor zuycia czujnika oraz adaptacyjny timer kalibracji do optymalnego planowania konserwacji. Mettler-Toledo AG Process Analytics Im Hackacker 15 CH-8902 Urdorf, Szwajcaria Wicej informacji na stronie Pastwa przedstawiciel METTLER TOLEDO: