OPUS: In- und On-line Partikelgrößenverteilungsanalyse in hochkonzentrierten Suspensionen und Emulsionen

Flüssige Dispersionen mit hohem Anteil von Feststoffen bzw. Tropfen, wie sie im Produktionsprozess typischerweise vorliegen, sind oft optisch undurchdringlich. Für ein lichtoptisches Analyseverfahren bedeutet dies zwingend, einen Teilstrom aus dem Produktstrom zu entnehmen und zu verdünnen. Eine Verdünnung stellt jedoch nicht nur einen erheblichen Präparationsaufwand dar, sondern ist in den meisten Fällen gar nicht möglich, ohne den originären Status der Dispersion zu verändern.

Für solche Prozessanwendungen, die typischerweise mit hohen Konzentrationen zwischen 5 und 50 Vol.-% einhergehen, bietet die Ultraschallextinktion (UE) eine prädestinierte Technologie zur Partikelgrößenverteilungsanalyse für Suspensionen und Emulsionen. Dabei können selbst pastöse Systeme mit bis zu 70 Vol.-% analysiert werden.

Zur Ultraschallextinktion werden niederenergetische Schallwellen anstelle elektromagnetischer Wellen (Licht) eingesetzt. Diese werden in Form von 31 variierten Frequenzen mittels piezoelektrischer Hochfrequenzwandler in die zu analysierende Suspension oder Emulsion eingekoppelt. Nach dem Durchwandern der Dispersion wird die Schallenergie über einen weiteren piezoelektrischen Wandler aufgefangen. Aus dem Verhältnis von eingekoppelter zu empfangener Energie resultiert ein sogenanntes Dämpfungsspektrum, aus dem die 31 variablen Größenklassen umfassende Partikel- bzw. Tropfengrößenverteilung berechnet wird.

Durch die Verwendung von Schallwellen anstelle von Lichtwellen, können Analysen unabhängig von der Transparenz einer Suspension oder Emulsion auch in völlig opaken Stoffsystemen, wie z.B. Wassertropfen in Rohöl, Erzsuspensionen oder Kohlepartikel in Pech durchgeführt werden. Aber auch intransparente Suspensionen infolge hoher Feststoffkonzentrationen, wie z.B. Farben, Zuckerpasten oder Pharmasuspensionen gehören zum Standardanwendungsfeld für die Ultraschallextinktion.

Darüber hinaus erlaubt die Ultraschallextinktionsmethode konstruktiv die Ausführung besonders robuster Sonden, die den üblichen Prozessparametern wie Temperaturen bis 120°C, Drücken bis 40 bar, pH-Werten von 1-14, aber auch aggressiven Medien und abrasiven Materialen widerstehen. Für den Einsatz im EX-Bereich steht OPUS als ATEX-Variante zur Verfügung.

Die Prozessanbindung in einen Behälter oder eine Rohrleitung erfolgt typischerweise über einen 100mm-Anschlussflansch. Auch die Anbindung an kleinere Rohrsysteme oder an Bypassleitungen erfolgt sehr einfach über entsprechende Prozessadapter, wie z.B. Durchfluss (FT)- oder Bypass (BP)-Adapter. Der Sensor kann dabei flexibel in einem Standby (SB)-Rack positioniert werden.

Zur Berechnung und Darstellung aller relevanten und charakteristischen Merkmale der Partikelgrößenverteilung steht das intuitiv bedienbare und leistungsstarke WINDOX-Softwarepaket zur Verfügung. Anbindungen an Prozessleitsystem per TCP/IP, Profibus, Modbus, digitaler oder analoger SPS Signale sind Standard.

OPUS (On-line Partikelanalyse mit Ultraschall) ist in Prozessen wie Kristallisation, Mahlung oder Homogenisierung erfolgreich im Einsatz und stellt die besonderen Fähigkeiten der Ultraschallextinktion vielseitig unter Beweis. Nicht nur in reinen Produktionsanlagen, sondern auch im Technikumsbetrieb sowie in der Laboranwendung eröffnet OPUS permanent neue Anwendungsmöglichkeiten mit vorher nicht gekannten Ergebnissen.

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