Heißer Öl und kühle Eiscreme

Afbeelding 1: Een nieuwe zelfkalibrerende temperatuursensor voorkomt 3000 procesonderbrekingen per jaar in de olie- en vetproductie. (Foto: Endress + Hauser) / Fig. 1: Deze nieuwe automatische kalibratiesensor voorkomt 3000 procesonderbrekingen per jaar in de productie van oliën en vetten. (Foto: Endress + Hauser)

Abb. 2: Met hoge meetnauwkeurigheid bij massastroom en dichtheid – voor losse ijscrème en andere speciale taken in de procesanalyse. (Foto: Endress + Hauser) / Fig. 2: Grote meetnauwkeurigheid van de massastroom en de dichtheid, voor bulk ijscrème of andere functies in de procesanalyse. (Foto: Endress + Hauser)

Afbeelding 3: De sensor voor de thermometrische titratie heeft als belangrijk voordeel dat hij onderhoudsvrij is: geen kalibratie, geen conditionering, geen bijvulling van elektrolytoplossing. (Foto: Metrohm) / Fig. 3: De temperatuursensor biedt het grote voordeel dat hij geen onderhoud vereist (geen kalibratie, geen conditionering en geen bijvulling van een elektrolytoplossing). (Foto: Metrohm)

Abb. 4: Het principe: bij het eindpunt van de titratie stijgt (exotherme reactie, links) of daalt (endotherme reactie, rechts) de temperatuur niet meer. (Grafiek: Metrohm) / Fig. 4: Het principe: de temperatuur stijgt niet meer (exothermische reactie links) of daalt niet meer (endothermische reactie rechts) op het eindpunt van de titratie. (Grafiek: Metrohm)

Abb. 5: Volautomatische bewaking van processen 24 uur per dag: modern procesanalysesysteem voor de thermometrische titratie. (Foto: Metrohm) / Fig. 5: Volledig automatische bewaking van processen 24u/24: modern procesanalysesysteem voor thermometrisch titreren. (Foto: Metrohm)

Het thermometer symboolt even krachtig als treffend de huidige hoofdtrend bij procesanalysesensoren. Hieraan ligt de wens ten grondslag voor onderhoudsarme, zelfkalibrerende systemen.

De temperatuurmeting vormt voor een goed functionerend en economisch verloop van vele processen in de chemie-, farmacie-, voedingsmiddelen- en biotechnologiebranche een noodzakelijke, ja zelfs levensbelangrijke voorwaarde. Dit alleen al vereist regelmatige kalibratie van de thermometers. Bij geneesmiddelen en levensmiddelen is dit bovendien om regulatorische redenen noodzakelijk.

Inline-thermometers in de voedingsmiddelenproductie

Daarbij een voorbeeld: een fabrikant van hoogwaardige plantaardige oliën en vetten moet tijdens het productieproces een bepaalde temperatuurbereik aanhouden – en dat batch voor batch. Klassiek bouwt het productieteam na elke batch de relevante sensoren uit, kalibreert ze en bouwt ze weer in.

Nu is er een elegante alternatieve oplossing: zelfkalibrerende inline-thermometers. Hierbij werken twee sensoren samen. Een gekalibreerde referentiesensor reageert op het onderbieden van zijn Curie-temperatuur, bijvoorbeeld wanneer de productielijn na voltooiing van een batch wordt gereinigd. Hij zorgt dan voor een re-kalibratie van de primaire sensor. Hiervoor hoeft niet eens een vakman de installatie te inspecteren (behalve bij een storing). Toch heeft de operator de zekerheid: „Onze temperatuursensoren functioneren perfect en voldoen aan de regulatorische eisen.“ Het re-kalibratieprotocol wordt elektronisch uitgegeven en is beschikbaar voor documentatiedoeleinden. In de genoemde olie- en vetproductie maakt de zelfkalibrerende oplossing 3000 procesonderbrekingen per jaar en evenveel inzet van een technicus overbodig.

Een verdere actuele vooruitgang voor sommige voedingsmiddelenproducties vormen innovatieve Coriolis-flowmeters. Zij bepalen naast de massastroom ook de dichtheid als aanvullende grootheid. Een recent beschikbaar systeem bereikt dankzij geavanceerde multi-frequentietechnologie een bijzonder hoge meetnauwkeurigheid. Dit is onder andere vereist in de wettelijk verplichte metrologie.

De gecombineerde meting slaagt zelfs bij bijzonder moeilijke toepassingen. Dit betreft vooral vloeistoffen met hoge viscositeit en, als extra uitdaging, met gasbellen (bijvoorbeeld losse ijsroom). Een betrouwbare dichtheidsmeting dient hier als waardevolle kwaliteitsparameter. Dezelfde sensoren bieden ook de olie- en gasindustrie concrete voordelen. In dit segment overtuigen ze door hun hoge nauwkeurigheid bij het bepalen van massa of volume.

Thermotitratie – uitgebreide onderhoud was vroeger

Van niet-destructieve naar destructieve analytiek: hier online-, daar inline-methoden – maar momenteel vaak met een gezamenlijke focus. De trend gaat naar robuustere, onderhoudsarmere methoden zonder de noodzaak tot na-kalibratie. Dit drijft in de natchemische analyse veel richting thermotitratie.

Klassiek bepaalde men het keerpunt van een potentiometrische titratielijn, nu richt men de aandacht op de temperatuur bij het eindpunt van de titratie. Juist hier zou de temperatuur zich, na een stijging (exotherme reactie) of een daling (endotherme reactie), niet meer moeten wijzigen, omdat de analyt door reactie met de toegevoegde oplossing is verbruikt. Veel wat voorheen vanzelfsprekend was, vervalt daarmee: glazen sensoren met een pH-membraan, vullen en opnieuw vullen met elektrolytoplossingen, conditionering en kalibratie van de elektrode.

Een interessante toepassing betreft fluorzuurhoudende etsbaden in de halfgeleider- en galvanische industrie. Fluorzuur is een uiterst agressief medium dat glas aantast; het gebruik van de typische pH-elektroden („glaselektrode”) moet hier bij voorkeur worden vermeden. Thermotitratoren bieden de mogelijkheid om alle media-beroerende onderdelen in robuust kunststof uit te voeren en daarmee resistent tegen fluorzuur te maken.

„Back to the Roots“ loont de moeite

De actuele innovaties tonen ook aan: fundamenteel onderzoek loont de moeite. Zo hebben de „Coriolis-ingenieurs“ meerdere jaren fysisch fundamenteel onderzoek gedaan om het gedrag van complexe vloeistoffen beter te begrijpen. Dit zou de basis kunnen vormen voor toekomstige toepassingstechnische vooruitgang.