Prozessanalytik Automatisierte Feuchtemessung für den Wirbelschicht-Trocknungsprozess

Das Schlüsselproblem bei Trocknungsprozessen etwa für Granulate oder Pellets ist die Steuerung des Wassergehaltes und der Feuchte. Mithilfe eines neuen Feuchtesensors ist es nun möglich, die Feuchte im Prozess exakt zu regeln.

Anbieter zum Thema

L.B. Bohle Maschinen und Verfahren GmbH

Emerson Process Management GmbH & Co.OHG

Process Sensing Technologies PST GmbH

Döscher & Döscher GmbH

Die Feuchte ist ein entscheidender Parameter, wenn es um die Granulierung von Pulvern geht. Dennoch war es bisher nicht möglich, die Oberflächen- und Kernfeuchte des Produktes genau zu erfassen. Der neue Feuchtemesser Hydorpharm fbma lässt sich einfach an den Standardflansch eines Wirbelschichtgranulators anschließen und direkt in den Produktionsprozess integrieren. Dort misst er kontinuierlich die Wirbelschicht-Temperatur und die Feuchte des Produktes.

Kern des Zwei-Parameter-Mikrowellen-Messverfahrens ist ein Referenzresonator, der dichteunabhängig und ohne Erwärmung die Oberflächen- und Kernfeuchte des Produktes misst. Charakteristisch für dieses Verfahren ist die hohe Messgenauigkeit, die Langzeitstabilität und die weitgehende Unabhängigkeit gegenüber Verschmutzungen.

Was wird gemessen?

Die Mikrowellen durchdringen das gesamte Produkt, sodass der Wassergehalt sowohl an der Oberfläche als auch im Kern erfasst wird. Zudem werden wertvolle Informationen über die Homogenität des Produktes geliefert. Das Abscannen eines Frequenzspektrums erfolgt aufgrund schneller Elektronik in Millisekunden.

Der Einsatz eines Referenzresonators ermöglicht eine sehr gute Langzeitstabilität des Messverfahrens. Auch wechselnde Temperaturen oder Alterungserscheinungen können damit zuverlässig kompensiert werden.

Die Wassermoleküle liegen in einem Produkt ungeordnet vor und können sich frei ausrichten. Beim Anlegen eines elektro-magnetischen Feldes richten sich die Wassermoleküle im Produkt aufgrund ihres positiven H-Atoms und der negativen O-Atome entsprechend der Polarität des Feldes aus.

Neben dieser starken Dipolarität sind Wassermoleküle auch sehr klein. Wechselt das elektromagnetische Feld sehr schnell seine Polarität, können nur Wassermoleküle aufgrund des hohen Dipolmomentes und der geringen Masse dieser Richtungsänderung folgen.

Zwei Parameter werden im Produkt zur Bestimmung des Wassergehalts gemessen: der Energieverlust und die Geschwindigkeit der Mikrowellen. Damit lässt sich neben der Anzahl der Wassermoleküle auch die Dichte des Produktes bestimmen. Das Messverfahren ist somit unabhängig von der Dichte und dem Gewicht des Produktes.

Der entscheidende Vorteil hierbei ist, das sich die Ziel-endfeuchte im Prozess direkt anfahren lässt, sodass der Anwender reproduzierbare Endfeuchten erhält. Dank des 4..20 mA-Signals lässt sich die Zulufttemperatur automatisch regeln und eine konstante Trocknungsrate erzielen. Da die manuelle Probenahme entfällt und der Prozess online verfolgt wird, spart der Anwender Zeit und Kosten.

Praxistext

Abgestimmt auf Material und Produktionsprozess gibt es verschiedene Sensoren zum Einbau in den Produktstrom. So ist das automatisierte System z.B. für Ex-Zone 20 zugelassen. Die Tauglichkeit des Verfahrens wurde in umfangreichen Testversuchen in einem Wirbelschichttrockner von Glatt untersucht [1].

Dabei konnte nachgewiesen werden, dass der neu entwickelte Mikrowellen-Resonanz-Sensor ein zuverlässiges Werkzeug im Sinne der PAT-Initiative ist und kontinuierlich den Wassergehalt in den Produkten eines Wirbelschichttrockners überwacht. Der Wassergehalt der Granulate war zuvor mit einem Offline-Feuchte-Sensor eines anderen Herstellers validiert worden.

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