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Industrielle Automation 3/2015

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Industrielle Automation 3/2015

SENSOR+TEST

SENSOR+TEST 2015 I SPECIAL Verlockend süß Spezialsensoren zur Messung des pH-Werts bei der Zuckerherstellung Jan Bösche Bei der Herstellung von Zucker aus Rohrzucker spielt der pH-Wert für die Qualität des Endprodukts eine entscheidende Rolle. Doch die verwendete Messtechnik ist bei diesem Prozess extremen Belastungen ausgesetzt. Das Beispiel einer Zuckerfabrik in Ecuador zeigt, dass es durchaus pH-Elektroden gibt, die solch außergewöhnlichen Anforderungen standhalten. D ie Welt ist nicht nur rund, sie ist auch süß. Zumindest wenn man einen Blick auf den Pro-Kopf-Verbrauch von Zucker wirft. Spitzenreiter ist da Kuba mit rund 70 kg/Einwohner und Jahr gefolgt von Brasilien mit 64 kg/Einwohner. Jeder Deutsche konsumiert dagegen „nur“ 32 kg jährlich, aber selbst das sind immer noch 10 000 Stück Würfelzucker. Während in Europa Saccharose hauptsächlich aus Zuckerrüben gewonnen wird, ist in Südamerika, Asien und Afrika meis­ Dr. Jan Bösche, Produktmanager, Jumo GmbH & Co. KG in Fulda tens Rohrzucker das Ausgangsprodukt. Dabei wird das geerntete Zuckerrohr im Produktionsbetrieb oder bereits bei der Ernte geschnitten. In den meisten Fabriken wird das Rohr in Zuckerrohrmühlen verarbeitet. In diesen wird der Saft aus dem Zuckerrohr herausgepresst. Als Restmaterial entsteht die Bagasse. Der gewonnene Saft wird in Absetzer geleitet. Dort werden durch die Schwerkraft Schwebestoffe aus dem Saft entfernt. Vom Rohzucker zum fertigen Produkt Rohrzucker ist nach dem Pressen oder der Extraktion braun, klebrig und wird Rohzucker genannt. Er ist schlecht haltbar und hat keine ernährungsphysiologischen Vorteile gegenüber gereinigtem Zucker. Deswegen muss Zucker gereinigt werden. Dieser Prozess umfasst im Wesentlichen zwei Schritte: eine Sulfitierung und eine Kalkung. Bei beiden ist die Messung des pH-Wertes ausschlaggebend für die Endqualität des Zuckers. Die Sulfitierung (Zugabe von Schwefeldioxid) trägt zur weißen Farbe des fertigen Zuckers bei. Die Messung und Kontrolle des pH-Werts im laufenden Prozess gibt Aufschluss über die dem Saft beizugebende Menge an Schwefeldioxid. Bei der Kalkung wird gelöschter Kalk in den Saft gegeben, um den pH-Wert zu neutralisieren. Dies stoppt den Zerfall von Saccharose in Glukose und Fruktose und führt zur Ausfällung von Kalziumsulfit, wodurch Verunreinigungen entfernt werden. Anforderungen an die Messtechnik Die Zuckermasse hat bei der notwendigen Messung eine Temperatur von bis zu 100 °C. Diese hohe Temperatur verringert nicht nur die Lebensdauer typischer pH-Elektroden, beim Abkühlen kann durch das Auskristallisieren des Zuckers das Diaphragma der Elektrode verklebt werden. Beläge am pHempfindlichen Membranglas können die pH-Messung deutlich stören oder sogar unmöglich machen. Da sich im Messmedium selbst auch noch Elektrodengifte befinden, muss die Messtechnik extrem belastbar und zu verlässig sein. Denn diese Gifte – im vor liegenden Fall sind das Sulfite aus dem eingesetzten Schwefeldioxid – können über das poröse Diaphragma und den Bezugselektrolyten das Ableitelement der Elektrode erreichen. Dort zerstören sie die Silber/Silberchlorid- Bezugselektrode. Das führt zuerst zu driftenden Messwerten und letztendlich zu einem Ausfall der Messkette. pH-Einstabmesskette für Heavy-Duty-Anwendungen Jumo hat deshalb für extreme Einsatzbedingungen eine pH- und eine Redox-Einstabmesskette in Heavy-Duty-Ausführung entwickelt. Die Jumo tecLine HD pH und 01 Die pH-Elektrode Jumo tecLine HD pH kann selbst in ölhaltigen Medien bei Temperaturen bis zu 135 °C und 13 bar Druck eingesetzt werden 18 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2015

Von den Experten für Schwingungsmesstechnik 02 Die Eintaucharmatur sorgt für langzeitstabile Messungen bei einem Zuckerproduzenten in Ecuador die Jumo tecLine HD Rd sind besonders robust und können selbst in schwierigen Prozessen mit erhöhter Schmutz- und Giftfracht oder in ölhaltigen Medien bei Temperaturen bis zu 135 °C und 13 bar Druck eingesetzt werden. Ein neu entwickeltes, großflächiges PTFE- Ringdiaphragma mit verbesserter Struktur sorgt für eine schnelle Ansprechzeit bei gleichzeitiger weitgehender Unempfindlichkeit gegen größere Schmutzfrachten oder öl- und fetthaltige Prozess- und Abwässer. Eine standardmäßig vorgesehene Doppelkammerarchitektur verhindert über den verlängerten Diffusionsweg den Elektrodenausfall bei eindringenden Elektrodengiften. Für langzeitstabile Messungen sorgt eine große Salzvorlage im Bezugssystem. Die pH-Ausführung ist auch mit integriertem Temperaturfühler Pt1000 erhältlich. Als pH-sensitives Membranglas kommt das bewährte Jumo HT-Glas zum Einsatz. Neben der erhöhten Temperaturbeständigkeit zeichnet sich dieses Glas auch durch eine hohe Linearität bei alkalischen pH- Werten (> 12) aus. Zusätzlich sollte bei dem Zuckerproduzenten in Ecuador zu Qualitätszwecken die Online pH-Wert Messung mit der pH-Wert Messung im Labor bei 25 °C verglichen 03 Der Reinigungsprozess des Rohzuckers umfasst u. a. die Sulfitierung und die Kalkung – beides erfordert die Messung des pH-Wertes werden. Deshalb war beim beschriebenen Prozess eine Temperaturkompensation nötig. Das Messsignal hierfür lieferte der in der pH- Elektrode integrierte Temperaturfühler. Prozesssicherheit durch automatische Reinigung Eine weitere Erhöhung der Prozesssicherheit wurde durch den Einsatz eines automatischen Reinigungssystems mit pneumatischer Wechselarmatur erzielt. Damit konnte die pH-Elektrode problemlos aus dem Prozess entfernt und außerhalb des Prozesses in der Spülkammer der Wechselarmatur von den auskristallisierten Ablagerungen befreit werden. Die zugehörige Steuereinheit enthält ein praxisbewährtes Reinigungsprogram, welches einfach an die Anforderungen des Prozesses angepasst werden konnte. Durch all diese Maßnahmen erhöhte sich nicht nur die Qualität des Endprodukts deutlich, auch der Wartungsaufwand reduzierte sich durch die regelmäßige automatische Reinigung beträchtlich. Die Standzeit der Elektroden konnte in der Anwendung im Vergleich zu den bisher eingesetzten Elektroden nahezu verdoppelt werden. www.jumo.net Kompakte ARM-basierte Embedded- Lösung für Akustikund Schwingungsmessungen Autonomes Messmodul mit Cortex-A8 ARM CPU und 2 GB Flash-Speicher USB Host, USB Client, Ethernet microSD Kartenslot Vier 24 Bit IEPE-Eingänge, simultane Erfassung mit 102,4 kS/s pro Kanal 24 Bit D/A-Ausgang, Tacho-Input, Digital-I/O, Counter/Timer Linux 3.12 mit Messtechnikspezifischen Erweiterungen in Form von Loadable Kernel Modules vorinstalliert Datenblätter und Preise unter www.DataTranslation.de Sales@DataTranslation.de T: +49 (0) 7142 9531 - 40

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