Prosessimittaukset Miksi prosessikierroista tehdään mittauksia Saadaan informaatiota prosessiolosuhteista Tiedetään, että prosessissa tapahtuu oikeita asioita Osataan ohjata prosessia
Virtausmittaukset http://www.automaatioseura.fi/index/tiedost ot/4_1_2_04.pdf
Ultraäänimittaus
Magnetometri
Coriolis-massavirtamittari
Vortex -virtausmittari
Impedanssi/kapasitanssitomografia www.rocsole.com
Kemiantilan mittaukset Prosessien asettamat vaatimukset Mittauslaitteiden kesto Turvallisuus Monifaasimittaukset Neste, kiinteät aineet, kolloidit, kaasut Prosessin likaantuminen Liuenneiden ionien ja aineiden mittaukset Optiset Sähkökemialliset
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
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!
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
Miten mittausdataa hyödynnetään? Valvontavelvoitteet Ympäristövelvoitteet; vesien ja savukaasujen mittaukset Tuoteturvallisuus ja laatu Tuotanto-olosuhteet ja työturvallisuus Asiakkaan kanssa sovitut laatu- ja tuotantospeksit
Haasteellisia prosesseja mittauksille: -Öljy- ja kaivosteollisuus -Monifaasiprosessit
Prosessianturit Yleensä pohjautuvat kemiallisiin mittausperiaatteisiin Haastavat mittausolosuhteet anturit yleensä mittaavat summaparametreja ja approksimaatioita Tavoitteet: kehitettävä joko tarkempia tai tarkoituksenmukaisempia mittauksia
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)
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.
Taitekerroinmittaus
Absorptioanturi (Hach Lange Nitratax) Taitekerroinanturi (K-Patents) Spektrometri (S::Can)
http://publications.theseus.fi/bitstream/handl e/10024/37797/hamalainen_taru.pdf? sequence=1
Liuenneen hapen mittaus fluoresenssiin perustuen: Happi reagoi platinamembraanissa muodostaen valoaktiivisen kompleksin Membraania emittoidaan punaisella ja vihreällä valolla Fluoresoituneen valon puoliintumisajan perusteella saadaan hapen pitoisuus
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
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
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
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
Redox Mittaussovelluksia: Paperikoneiden kiertovedet (mikrobiologia) Entsymaattiset reaktiot Mineraaliprosessit Katalyyttiset prosessit Juomaveden puhdistus
Johtokyky
Johtokyky Liqumin sensori perustuu useiden eri metalleista valmistettujen elektrodien sähkökemialliseen potentiaaliin
ISE
Monifaasimittaukset Neste/kiintoainemittaus Valon sironta, absorbanssi, depolarisaatio Mikroaaltojen absorptio ja kulkuajan muutos Impedanssitomografia
Optinen sameus- ja kiintoainemittaus Mikroaaltoihin perustuva mittaus
Virtaussytometria Mitataan vesifaasissa olevien partikkeleiden koko ja hydrofobisuus Yleensä kenttä-tai laboratoriomittaus, myös online Sovellusalueet: vesi-intensiiviset prosessit, polymeeriteollisuus, lääketeollisuus
Sellutehtaan kiertovesien sytometriatuloksia
Prosessin likaantumisen mittaus