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Einführung

Mit stetig wachsenden Anforderungen an die Produktqualität und Prozeßführung erlangte die in- und on-line Partikelgrößenanalyse innerhalb weniger Jahre rapide an Bedeutung. Die Prozeßanalyse in Echtzeit stellt die dabei maßgeblichen Informationen zur Steigerung der Produktqualitäten bzw. der Produktsionseffektivität zur Verfügung.

Bereits Anfang der 90er Jahre wurde hierzu das auf Ultraschallextinktion basierende OPUS System erfolgreich eingesetzt. Das primäre Meßsignal - die frequenzabhängige Dämpfung von Ultraschallwellen - wird innerhalb weniger Sekunden aufgenommen und mathematisch in eine Partikelgrößenverteilung überführt. Diese Methode erlaubt die Ausführung der Analytik als sehr robustes Prozeßmeßsystem, das prädestiniert ist für den harten Einsatz im Prozeßumfeld. Hierzu gehört ebenfalls die Eigenschaft der Ultraschallextinktion, in hochkonzentrierten und trüben bis pastösen Medien (typischerweise 1-70%vol.) zuverlässig Analysen durchführen zu können. Aufgrund des breiten Frequenzbereiches der Ultraschallmeßsonde OPUS wird ein weiter Partikelgrößenbereich von 10 nm bis 3 mm mit dieser Technologie abgedeckt. Verunreinigungen der Sonde, wie sie im Prozeß üblich und unvermeidbar sind, und die eine optische Meßmethode ausschließen, beeinflussen die Messung nicht.

Die Ultraschallextinktion erlaub dabei die Erfassung großer Volumina in kürzester Zeit und erzielt dabei eine unvergleichbar hohe Statistik, bei der pro Messung typischerrweise 10e6 bis 10e12 Partikel erfaßt werden. Voraussetzung für die Partikelgrößen- und Konzentrationsanalyse ist die Kenntnis der akustischen Eigenschaft der zu analysierenden Probe, die einfach und individuell, zum Teil mit OPUS selbst, ermittelt werden können. Dies erlaubt außerdem eine sehr hohe Vergleichbarkeit der Analysenmethode mit anderen Meßprinzipien wie z.B. Laserbeugung, Siebanalyse etc.

Funktionsprinzip der Ultraschallextinktion

Das Prinzip der Meßmethode zur Erfassung von frequenzabhängigen akustischen Dämpfungen wird von Abbildung 1 dargestellt. Ein elektrischer Hochfrequenzgenerator ist an einen piezoelektrischen Ultraschallwandler angeschlossen. Die erzeugten Ultraschallwellen werden in die Suspensionen bzw. Emulsionen eingekoppelt und treten mit diesen in Wechselwirkung. Nach Durchlaufen der 1 - 10 mm breiten Meßzone werden die ankommenden Schallwellen wieder in ein elektrisches Signal zurück gewandelt. Die Ultraschalldämpfung (Ultraschallextinktion) berechnet sich aus dem Verhältnis zwischen eingekoppelter zur Empfangener Signalamplitude der Schallwandler. Die bei dieser Methode eingesetzten Schallenergien sind dabei so gering, daß eine Veränderung der zu analysierende Stoffe ausgeschlossen werden kann.

principle of ultranonic extinction

Abbildung 1

Technische Realisierung der Ultraschallextinktionsanalyse

Die Ausführung des Sensors als Meßsonde erlaubt die einfache Installation der Sensorik in Rohrleitungen und Behälter unterschiedlicher Größe und Bauart. Auch die Implementierung in kleinste Rohrleitungen (DN10 - DN50) ist Dank geeigneter Durchfluß- und Bypass-Adapter einfach zu realisieren. OPUS ist ausgelegt für die vollständig automatisierte Echtzeitanalyse der Partikelgröße und Feststoffkonzentration im Prozeßumfeld (Temperatur 0 - 120°C, Druck 0 - 40 bar, pH-Wert 1 - 14). Zum Einsatz der Meßsonde in explosionsgefährdetem Bereich (Zone 0 innen / Zone 1 außen) steht eine EX-Version der OPUS Sonde zur Verfügung (ATEX).

Für die Installation des Sensors in größere Behälter sind Sonden von 330 mm bis 3500 mm verfügbar. Diese können außerdem über einen DOCKING POSITIONER & CLEANER automatisch in den Prozeß eingetaucht und wieder herausgefahren, sowie gereinigt werden.

Ultraschallextinktion
zur Partikelgrößen- und Konzentrationsanalyse
in hochkonzentrierten Suspensionen und Emulsionen von 10 nm bis 3 mm

symbol: wet dispersion for suspensions or emulsions
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