Prosessimittaukset. Miksi prosessikierroista tehdään mittauksia

Transkriptio

1 Prosessimittaukset Miksi prosessikierroista tehdään mittauksia Saadaan informaatiota prosessiolosuhteista Tiedetään, että prosessissa tapahtuu oikeita asioita Osataan ohjata prosessia

2 Virtausmittaukset ot/4_1_2_04.pdf

3 Ultraäänimittaus

4 Magnetometri

5 Coriolis-massavirtamittari

6 Vortex -virtausmittari

7 Impedanssi/kapasitanssitomografia

8 Kemiantilan mittaukset Prosessien asettamat vaatimukset Mittauslaitteiden kesto Turvallisuus Monifaasimittaukset Neste, kiinteät aineet, kolloidit, kaasut Prosessin likaantuminen Liuenneiden ionien ja aineiden mittaukset Optiset Sähkökemialliset

9 Prosessien asettamat vaatimukset mittalaitteille Paine, lämpötila, likaavat ja kuluttavat olosuhteet Prosessia ei ajeta alas, jotta anturi voitaisiin vaihtaa Anturin vaihto ei saa aiheuttaa toimintahäiriötä tai vaaraa

10 Miksi mitataan? Prosessinohjaus; ohjataan kemiantilaa haluttuun suuntaan Prosessin toiminta yleisesti Tuotteen saanto ja laatu Raaka-aineiden ja hyödykkeiden käyttötalous Ympäristökuormituksen vähentäminen Prosessi- ja tuoteturvallisuus Kestävä kehitys!

11 Miten mittausdataa hyödynnetään? Prosessiautomaation kautta Kemiantilan ohjaus voi olla matemaattisesti haastavaa, usein mukana prediktiivisiä ohjausmalleja Yhdessä laadunvalvontadatan kanssa Online-prosessidata ja laboratoriossa määritetty laadunvalvontadata Laadunvalvontadata on yleensä tarkempaa, mutta tulee viivellä prosessinohjausta ajatellen Laatuongelmat voidaan huomioida prosessinohjauksessa korrelaatioanalyysin avulla

12 Miten mittausdataa hyödynnetään? Valvontavelvoitteet Ympäristövelvoitteet; vesien ja savukaasujen mittaukset Tuoteturvallisuus ja laatu Tuotanto-olosuhteet ja työturvallisuus Asiakkaan kanssa sovitut laatu- ja tuotantospeksit

13 Haasteellisia prosesseja mittauksille: -Öljy- ja kaivosteollisuus -Monifaasiprosessit

14

15 Prosessianturit Yleensä pohjautuvat kemiallisiin mittausperiaatteisiin Haastavat mittausolosuhteet anturit yleensä mittaavat summaparametreja ja approksimaatioita Tavoitteet: kehitettävä joko tarkempia tai tarkoituksenmukaisempia mittauksia

16 Liuenneiden aineiden mittaukset Aineet, joiden pitoisuuksia mitataan, ovat täysin liukoisessa muodossa. Menetelmät ovat Optisia (absorbanssi, fluoresenssi, taitekerroin, spektroskopia) Kolorimetrisiä (värireaktio ja optinen mittaus) Sähkökemiallisia (ph, Redox, johtokyky, ioniselektiiviset elektrodit)

17 Periaatteet soveltuvat vesille ja kaasuille Absorbanssi (transmittanssi): valonlähde ja sensori toimivat samalla aallonpituudella Fluoresenssi: tietyllä aallonpituudella lähetetty valo aikaansaa valoreaktion toisella aallonpituudella. Tämän valon intensiteetti mitataan. Spektroskopia: Valonlähde ja sensori toimivat laajalla aallonpituusalueella, ja mitattavat aineet absorboivat valoa niille ominaisilla aallonpituuksilla. Spektrimuutoksista saadaan selville useiden aineiden pitoisuuksia.

18 Taitekerroinmittaus

19 Absorptioanturi (Hach Lange Nitratax) Taitekerroinanturi (K-Patents) Spektrometri (S::Can)

20 e/10024/37797/hamalainen_taru.pdf? sequence=1

21 Liuenneen hapen mittaus fluoresenssiin perustuen: Happi reagoi platinamembraanissa muodostaen valoaktiivisen kompleksin Membraania emittoidaan punaisella ja vihreällä valolla Fluoresoituneen valon puoliintumisajan perusteella saadaan hapen pitoisuus

22 Optisesti suoraan mitattavia parametreja Nitraatti, Nitriitti Liukoinen COD Liuennut happi Värilliset yhdisteet; humus, ligniini, rauta, mangaani, kupari Hiilihydraatit, sokerit Kaasut (kaasufaasista); CO, CO2, CH4, muut hiilivedyt Kemikaalit, kuten HCl, ClO2, H2O2

23 Kolorimetria Mittausperiaatteet ovat optisia, mutta aineen pitoisuuden mittaus edellyttää, että mitattava aine reagoi indikaattorin kanssa muodostaen värillisen yhdisteen Kolorimetrialla saadaan sellaisten aineiden pitoisuudet, jotka eivät muuten ole mitattavissa optisesti (esim. liuennut fosfori) Kolorimetriset mittauslaitteet ovat useimmiten analysaattoreita, joissa näytteen ja reagenssien käsittely on automatisoitu

24

25 Sähkökemialliset menetelmät ph:n mittaus on ehkä tärkein vesi-intensiivisten prosessien mittaus Happo-emästasapaino: protonien luovutus ja vastaanotto Redox-potentiaalilla mitataan reaktioita, joissa reagoivien aineiden välillä tapahtuu hapetusta ja pelkistystä Johtokykymittaus perustuu liuenneiden ionien kykyyn kuljettaa sähköistä varausta vedessä Ioniselektiiviset elektrodit perustuvat johtokykymittaukseen, varausta kuljettavat ionit valikoidaan selektiivisillä membraaneilla

26 ph ph:n mittaus on ehkä tärkein vesiintensiivisten prosessien mittaus ph vaikuttaa voimakkaasti kemiallisiin ja biokemiallisiin reaktioihin Melkein kaikki vesi-intensiiviset prosessit ovat herkkiä ph:n muutoksille

27

28 Redox Mittaussovelluksia: Paperikoneiden kiertovedet (mikrobiologia) Entsymaattiset reaktiot Mineraaliprosessit Katalyyttiset prosessit Juomaveden puhdistus

29 Johtokyky

30 Johtokyky Liqumin sensori perustuu useiden eri metalleista valmistettujen elektrodien sähkökemialliseen potentiaaliin

31 ISE

32 Monifaasimittaukset Neste/kiintoainemittaus Valon sironta, absorbanssi, depolarisaatio Mikroaaltojen absorptio ja kulkuajan muutos Impedanssitomografia

33 Optinen sameus- ja kiintoainemittaus Mikroaaltoihin perustuva mittaus

34 Virtaussytometria Mitataan vesifaasissa olevien partikkeleiden koko ja hydrofobisuus Yleensä kenttä-tai laboratoriomittaus, myös online Sovellusalueet: vesi-intensiiviset prosessit, polymeeriteollisuus, lääketeollisuus

35 Sellutehtaan kiertovesien sytometriatuloksia

36 Prosessin likaantumisen mittaus