Durchflussmessung bei hochviskosen Medien
Langzeitstabilität und einfache Reinigung durch SAW-Sensor - Die Zusammenarbeit mit der Polymaterials AG
Der FLOWave-Durchflussmesser eignet sich für nahezu alle Branchen, selbst bei der Polymerproduktion. Die Polymaterials AG nutzt sie beim Scale-up im Technikum im Chempark Leverkusen, um den Zulauf der hochviskosen Medien vor dem Extruder zu bestimmen.
„Da wir oft Pionierarbeit leisten und neue Wege gehen müssen, sind wir auch bei der technischen Umsetzung auf Kreativität angewiesen und schauen vor allem beim Scale-up gerne mal über den Tellerrand, was sich verwenden lässt.“
Kleinste Änderungen haben große Auswirkungen
Beim Scale-up arbeitet die Produktionsanlage zur thermischen Entgasung mit einem Planetwalzenextruder als Chemiereaktor. Die Wechselwirkungen beim Extrusionsprozess sind hier sehr vielfältig. Druckstufen, Drehgeschwindigkeit, Temperaturzonen und Durchflussmenge spielen eine wichtige Rolle. Da bereits die kleinste Änderung bei einem der Parameter große Auswirkungen auf den Gesamtprozess haben kann, ist es wichtig so viele Einflussgrößen wie möglich zu kennen beziehungsweise konstant zu halten. „Das können je nach Prozess durchaus an die 50 Parameter sein“, erklärt Christian Hauner.
Um den Prozess zu validieren, sollte der Extruder am Ende konstant eine bestimmte Menge an Polymergranulat ausgeben. Der Durchsatz bei der Polymerproduktion ist also eine wichtige Größe. Wieviel Polymer in den Extruder fließt und wieviel Granulat den Extruder verlässt, liefert wichtige Indizien zur Beurteilung der Produkt- und Prozessqualität. Bisher konnte der Durchsatz aber nur gravimetrisch über das gewonnene Granulat bestimmt werden. Das Sammeln und Auswiegen des Granulats war jedoch sehr aufwendig und zeitintensiv. „Wir hatten erstmal keine andere Wahl. Durchflussmesser nach dem Coriolis-Prinzip vor dem Extruder hatten sich in der Vergangenheit leider als ungeeignet erwiesen.“, betont Christian Hauner. Lief ein Versuch nicht wie erwartet, musste der Sensor entsorgt werden, weil sich die gebogenen Messrohre nicht reinigen ließen. Außerdem musste beim Start ein großer Widerstand überfahren werden. Besser ist es natürlich gleichzeitig zu kontrollieren, was in den Extruder hineinfließt.
„Wissen wir, dass beispielsweise 60 l pro Stunde hineinfließen, können wir am Ende anhand des gewonnenen Granulats die Prozessqualität bewerten. Mit FLOWave ist eine Regelung des Durchflusses und eine stationäre Fahrweise sehr gut umsetzbar.“
Kontinuierliche Durchflussmessung im Einlauf des Extruders
Eine praxisgerechte Lösung zur Durchflussmessung im Einlauf des Extruders fanden die Polymer-Spezialisten schließlich im Rahmen eines Messebesuchs bei Bürkert. Die Wahl fiel auf das Durchflussmessgerät FLOWave. Mittlerweile hat sich der Durchflussmesser im Technikum bewährt und es gibt Überlegungen zukünftig weitere seiner Funktionen zu nutzen, zum Beispiel die Dichtebestimmung.
Es arbeitet nach dem SAW-Verfahren (Surface Acoustic Waves), nutzt also die Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Oberflächenwellen in Flüssigkeiten. In ausführlichen Tests mit hochviskosen Polymeren und Temperaturen bis 80 °C konnte der Durchflussmesser in allen Punkten überzeugen. So kommt das Messsystem ohne Sensorelemente im Messrohr aus, was gleich mehrere Vorteile bringt:
- Keine Leckagen
- Keine Material-Unverträglichkeiten
- Keine Wartungen
- Kein Druckabfall
- Einfache Reinigung
- Sensor verhält sich wie Rohr (langzeitstabil, keine Nachkalibrierung)
- Genauigkeit von 0,4 % vom Messwert
- Aus hochwertigem Edelstahl
- Deutlich leichter als vergleichbare Coriolis Systeme
In der vor dem Extruder verbauten Variante in Nennweite DN 15 wiegt er ca. 3 kg, also etwa nur ein Zehntel eines vergleichbaren Coriolis-Messsystems. Das Handling beim Einbau erleichterte sich dadurch deutlich. Die Einbaulage ist beliebig. Das Display lässt sich beliebig positionieren, damit ist der Durchflussmesser bei der Inbetriebnahme für die Konfiguration gut zugänglich. Verschiedene Anzeige- und Regelmöglichkeit stehen auf dem Prozessleitsystem zur Verfügung. Im laufenden Betrieb verbraucht der SAW-Durchflussmesser wenig Energie und das verschleißfreie Messprinzip spart Servicekosten.
„Die Inbetriebnahme war einfach. Wir konnten das selbst erledigen und haben bei Fragen bei Bürkert einfach kurz angerufen, dann wurde uns schnell und kompetent geholfen. Mit Bürkert haben wir einen kooperativen und kompetenten Partner gefunden, mit dem wir auch zukünftig zusammenarbeiten.“
Dank der Vielzahl an Möglichkeiten und Ausführungen eignet sich die kontinuierliche Durchflussmessung
nach dem SAW-Prinzip auch für viele andere Branchen, zumal der FLOWave zusätzliche Messwerte
wie die Medientemperatur und Konzentration liefern und Verunreinigungen erkennen kann.
„In ausführlichen Tests mit hochviskosen Polymeren und Temperaturen bis 80 °C konnte der Durchflussmesser in allen Punkten überzeugen. Außerdem kommt das Messsystem ohne Sensorelemente im Messrohr aus, was die Reinigung einfach macht, wenn ein Versuch anders läuft als erwartet.“