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Research
Industrielle Gas-Feuchtemessung
Formulierung der Aufgabenstellung
Die Firma M+R GmbH besitzt langjährige Erfahrungen in Entwicklung und Bau von Messgeräten zur NDIR-Gasanalyse (NDIR = Non Dispersive Infra Red). Gegenwärtig können mit dieser Methode über 100 verschiedene Gase zuverlässig vom ppm- bis in den Prozentbereich detektiert werden. NDIR-Gassensoren, werden vielfach in Wissenschaft und Technik eingesetzt. Als Beispiele seien die Abgasanalyse von Kraftfahrzeugen, die Atemgasanalyse in der Medizin oder die Konzentrationsbestimmung von Kohlenwasserstoffen in der chemischen Industrie genannt.
Mit der NDIR-Gasanalyse läßt sich auch der Feuchtegehalt von Gasen oder die Luftfeuchte erfassen. M+R GmbH hat für Industrieanlagen schnelle Messgeräte zur Luftfeuchtebestimmung entwickelt. Durch ihren modularen Aufbau können die Geräte an die individuellen Anforderungen des Kunden angepasst werden.
Darstellung von Lösungswegen
Die M+R Messgeräte zur Messung der Luftfeuchte zeichnen sich durch ein kombiniertes pneumatisches System aus Pumpe, Drossel und Gasflussmesser aus. Dadurch sind sie universell in großtechnischen Anlagen an Messorten mit Über- oder Unterdruck einsetzbar. Der Fluss kann auf definierte Werte normiert werden. Die durch die Küvette geleitete Luft wird von einem thermischen Emitter bestrahlt, gegenüber dem Strahler befindet sich ein mehrkanaliger pyroelektrischer Detektor. Ein Kanal dieses Detektors arbeitet schmalbandig bei einer Wellenlänge, bei der die Wassermoleküle zu Schwingungen angeregt werden und dadurch Strahlung absorbieren. Das Signal dieses Detektors hängt dadurch von der Konzentration der Wassermoleküle ab. Ein zweiter wellenlängenselektiver Kanal dient als Referenzkanal, wobei dessen Signal nicht von der Wasserkonzentration beeinflusst wird. Aus beiden Signalen wird das Leuftfeuchtesignal gebildet.
Die Geräte arbeiten in bekannter Weise gepulst (direkt modulierte Strahler in Infrarotanalyatoren).
Die Firma M+R GmbH hat für eine industrielle Trocknungsanlage mit hohem Luftdurchsatz (Größenordnung xx m3/h ) zwei Standard-Messgeräte zur Luftfeuchtebestimmung zu einem Differenzluftfeuchtemessystem kombiniert, um die Abhängigkeiten und zeitlichen Verläufe der Feuchten zu untersuchen.
In dem großtechnischen Verfahren wird die Trocknungsluft (Zuluft) aus der Umgebungsluft angesaugt, verdichtet und erhitzt. Über den Luftdurchsatz, die Lufttemperatur und die Zeit kann der Trocknungsprozess gesteuert werden. Er wird beendet, wenn das zu trocknende Gut, hier ein Schüttgut, eine genau definierte Restfeuchte aufweist. Dieser Wert wird im Allgemeinen vom Kunden vorgegeben, und ist ein durch die Produktion sicherzustellendes Qualitätsmerkmal.
Die eng tolerierte Restfeuchte ist weiter für die Abfüllung des Schüttgutes in FIBC's (Flexible Intermediate Bulk Container, "Bigbag") von Bedeutung, da zu feuchtes Material zur Verklumpung führt. Die Feuchte der ins Freie gelangende Prozessabluft ist nur ein indirektes, relativ grobes Maß für den Trocknungsverlauf und damit für die momentane Materialfeuchte des zu trocknenden Gutes. Die Abluftfeuchte setzt sich aus der Feuchte, die dem Material während der Trocknung entzogen wird und der Zuluftfeuchte, die wetterbedingt stark schwankt, zusammen.
Durch die Kombination zweier M+R Messgeräte für die Zu- und Abluftfeuchten wurde ein Differenzluftfeuchtemesssystem realisiert, welches den Anlagenfahrern eine prozessrelevante Größe zur Verfügung stellt. Die Messtechnik liefert somit einen Beitrag zur Prozessoptimierung, zur Energieeinsparung und zur Qualitätssicherung.
Am 04.07.2010 herrschte eine regnerische Wetterlage. Dadurch erhöhte sich die absolute Feuchte in der angesaugten Luft. Die grüne Kurve zeigt die Prozess-Zuluftfeuchte nach Entfeuchtung durch den intermittierend betriebenen Zuluftentfeuchter. Wie im Vergleich mit der folgenden Wetteraufzeichnung ersichtlich ist, werden äußere Schwankungen der Luftfeuchte über den Zuluftentfeuchter gemildert in die Anlage übertragen, und sind trotz Ausregelung auf dem Verlauf der Abluftfeuchte sichtbar. Die langzeitlichen Schwankungen von Zu- und Abluftfeuchte (blaue Kurve) korrelieren miteinander.
Die Aufzeichnungen einer Wetterstation, einige km von der Trocknungsanlage entfernt, erklären das Verhalten.
Die absolute Luftfeuchte in g/m3 läßt sich aus den Werten von Druck, Temperatur und relativer Luftfeuchte berechnen und mit den eigenen Messungen vergleichen. Beispiele:
| Zeit |
Temperatur (°C) |
Rel.Luftfeuchte (%) |
Luftdruck (hPa) |
Abs. Feuchte (g/m3) |
Abs. Feuchte (g/m3) eigene Messung |
|---|---|---|---|---|---|
| 04:00 | 18,0 | 60 | 1014,5 | 9,2 | 4,5 |
| 10:00 | 24,0 | 75 | 1016,5 | 16,3 | 7,0 |
| 16:00 | 27,5 | 63 | 1016,5 | 16,6 | 7,5 |
| 22:00 | 24,5 | 74 | 1016,0 | 16,5 | 7,5 |
Daraus ist ersichtlich, dass der Zuluftentfeuchter den Wassergehalt der angesaugten Luft um ca. die Hälfte vermindert.
Weitere Beispiele
- Entwicklung und Herstellung von neuartigen IR- und NIR-Analysensystemen
- Entwicklung und Herstellung spezieller Druckregelungssysteme für Blasfolienanlagen
- Automatisierung von Brennstoffzellen und anderen Anlagen
- Entwicklung und Realisierung von Automatisierungskonzepten
- Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse (z.B. Dest./Rektifikation, Extraktion, Trocknung, Wärmeübertragung, Zerkleinerung, Waschmittelherstellung)
- Entwicklung und Forschung auf dem Gebiet der Durchflussmesstechnik (Vortex, Ultraschall)
- Entwicklung von Messschaltungen (elektrisch/nicht elektrisch) und Verstärkern für spezielle Anwendungen wie z.B. Signalverarbeitungen und Strahlungsquellen (Infrarot, Ultraviolett)
- Automatisierung von Blasfolienanlagen
