Die gesetzlichen Grenzwerte für den Butterwassergehalt
Der Einsatz von Inline-Nahinfrarotspektroskopie (NIR) zur Verfolgung chemischer Reaktionen in Echtzeit erfordert das Einführen optischer Sonden direkt in die Reaktorumgebung. Im Gegensatz zu Labormessungen, bei denen Proben in Glasküvetten unter Umgebungsbedingungen aufbewahrt werden,chemische und pharmazeutische Verarbeitung Reaktoren stellen extreme Herausforderungen dar: Temperaturen über 250 °C, Drücke bis zu 100 bar, organische Lösungsmittel, aggressive Säuren/Basen und abrasive Schlämme.
Wenn die Prozessschnittstelle ausfällt, kann es zu Austritt giftiger Chemikalien, Prozessstillständen oder einem katastrophalen Druckverlust kommen. Daher ist die Gestaltung einer robusten Prozessschnittstelle für die Inline-Spektroskopie ebenso wichtig wie die Interferometer-Engine des Spektrometers selbst. Die Optimierung dieser Prozesse ist ein zentraler Schwerpunkt der ProChem Software-Suite, das Dosierventile steuert und die Gleichmäßigkeit der Mischung protokolliert. Die Optimierung dieser Prozesse ist ein zentraler Schwerpunkt der ProChem Software-Suite, das Dosierventile steuert und die Gleichmäßigkeit der Mischung protokolliert.
„Ein spektroskopisches Modell ist nur so gut wie das Licht, das den Sensor erreicht. Um aggressive Prozessschleifen zu überstehen, ist eine Materialauswahl erforderlich, die physikalischem Verschleiß und chemischen Angriffen standhält.“
Optik: Die Kraft der Saphirkristalle
Standardmäßige optische Glas- oder Quarzfenster lösen sich in heißen alkalischen Lösungen oder Flusssäurekreisläufen schnell auf oder korrodieren. Zum Schutz der internen Linsenbaugruppen verwendet USTECH in allen Reaktorsonden Einkristall-Saphirfenster. Saphir bietet hervorragende physikalische und optische Eigenschaften:
- Chemische Inertheit:Beständig gegen nahezu alle Säuren, Laugen und organischen Lösungsmittel, auch bei Temperaturen bis 1000 °C.
- Mechanische Härte:Mit einer Härte von 9 auf der Mohs-Härteskala (nach Diamant an zweiter Stelle) ist Saphir beständig gegen Kratzer durch Hochgeschwindigkeitskatalysatorpartikel und kristalline Aufschlämmungen.
- Breite Übertragung:Hohe optische Durchlässigkeit über den gesamten Nahinfrarot-Wellenlängenbereich (1000 bis 2600 nm) ohne Streuung.
Metallurgie und Dichtungstechnik
Der Sondenkörper muss der gleichen chemischen Umgebung wie der Reaktorbehälter standhalten. USTECH fertigt Prozesssondenhülsen aus korrosionsbeständigen Superlegierungen, die auf die Chemie des Reaktors abgestimmt sind:
| Legierungsgrad | Korrosionsbeständigkeitsprofil | Empfohlene Anwendung |
|---|---|---|
| Edelstahl 316L | Standardmäßige organische Lösungsmittel, milde Säuren, Milch-/Lebensmittelwaschchemikalien | Allgemeine petrochemische Kreisläufe, Lebensmittelverarbeitung, Biodieselsynthese |
| Hastelloy C276 | Hohe Beständigkeit gegen nasses Chlorgas, Hypochlorite und starke Mineralsäuren (Salzsäure, Schwefelsäure) | Chlorierungsreaktoren, Säureveresterungen, organische Synthesekreisläufe |
| Titan Grad 2 | Hervorragende Beständigkeit gegen Salzwasser, Salpetersäure und oxidierende Umgebungen | Marineanwendungen, Salpetersäureverarbeitung, Chlordioxidreaktoren |
Um das Saphirfenster in der Metallspitze abzudichten, verwendet USTECH eine proprietäre Löttechnik, die den Saphir mithilfe von Gold-Nickel-Legierungen am Metall abdichtet, oder verwendet Hochtemperatur-Kalrez-Elastomerdichtungen mit Metall-auf-Metall-Rückseiten. Dies verhindert Leckagen bei Drücken bis zu 150 bar, selbst bei Temperaturwechsel.
Wärmeschutz: Metallummantelte Glasfaserkabel
Das Licht muss vom Spektrometer an der Anlagenwand zur Sonde im Reaktor und zurück wandern. Standardmäßige, mit Polymer ummantelte Quarzfasern zersetzen sich unter Hitzeeinwirkung und sind anfällig für eine Verdunkelung durch Wasserstoff. USTECH verwendet goldummantelte Quarzfasern, die durch flexible Edelstahlrohre geschützt sind. Die metallische Goldbeschichtung verhindert, dass Feuchtigkeit und Wasserstoffgas in den Quarzkern diffundieren, und sorgt so für eine geringe Signaldämpfung und eine lange Lebensdauer in Reaktorumgebungen mit hohen Temperaturen.
Abschluss
Durch die Kombination von hochdurchlässigen Saphirfenstern mit Hastelloy-Metallurgie und metallummantelten Faserkabeln ermöglichen die Prozessschnittstellen von USTECH den direkten Betrieb der FT-NIR-Spektroskopie in aggressiven Reaktionsumgebungen. Dieses robuste Design liefert den Bedienern chemische Daten in Echtzeit aus dem Herzen des Reaktors, ohne die Sicherheit oder Prozessintegrität zu beeinträchtigen.
Referenzen
- „Optische Fasersensoren für die Hochtemperatur- und Hochdruckprozessüberwachung in chemischen Reaktoren“,Angewandte Optik, 2020.
- „Hastelloy- und Saphirkristallkonstruktion in industriellen Prozessspektroskopiesonden“,Fortschritte im Chemieingenieurwesen, 2022.
- „Mechanische Dichtungs- und Löttechniken für optisch gekoppelte chemische Reaktoren“,Industrielle und technische Chemieforschung, 2019.
