Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Ředění koncentrované kyseliny sírové na požadovanou hodnotu

Článek se zabývá realizací měření koncentrace kyseliny sírové pro ředění vysoce koncentrované kyseliny dopravované do závodu po železnici na požadovanou koncentraci 70 % ve statickém směšovači. Koncentraci měří Coriolisovy hmotnostní průtokoměry s jednou přímou trubicí Optimass 7400 od firmy Krohne.

 

Automatizovaná příprava roztoků kapalin nebo suspenzí s požadovanou koncentrací je často řešenou úlohou v průmyslu. Má různé varianty, jimiž jsou např. příprava vápenného mléka s požadovanou koncentrací v úpravnách pitné vody, výroba vápencové suspenze s požadovanou koncentrací pro výrobu pigmentových barviv nebo ředění koncentrovaného hydroxidu draselného nebo hydroxidu sodného vodou na požadovanou koncentraci pro expedici odběratelům.

S měřením koncentrace souvisejí i další úlohy, a to stanovení koncentrace látky v nosné kapalině, např. koncentrace velmi jemně mletého vápence ve vodě, měření koncentrace kyseliny dusičné při výrobě nitrobenzenu nebo měření koncentrace hydroxidu sodného dopravovaného potrubím do reaktoru.

V minulosti se pro tyto úlohy používal především radiometrický hustoměr, který umožňoval měření koncentrace látky v nosné kapalině. Velkou výhodou byla dokonalá korozní odolnost při měření koncentrace agresivních kapalin, protože zdroj ionizujícího záření ani vlastní snímací část radiometrického hustoměru nebyly smáčené měřenou kapalinou.

V současnosti se pro tyto účely přednostně využívají hmotnostní průtokoměry, protože nevyžadují zdroj ionizujícího záření a spolu s měřením hustoty a koncentrace umožňují měřit i hmotnostní nebo objemový průtok kapaliny či suspenze.

Pro měření koncentrace musí být hmotnostní průtokoměr vybaven potřebnou aplikací pro měření koncentrace, která dovoluje zadat konstanty pro přepočet měřené hustoty na koncentraci měřené látky v nosné kapalině.

 

Měření koncentrace hmotnostním průtokoměrem

Základními částmi hmotnostního průtokoměru ve styku s měřenou látkou je měřicí trubice a provozní připojení. Pro měření kapalin je obvykle rozhodující odolnost měřicí trubice proti korozivnímu působení měřené kapaliny, pro měření suspenzí je důležitá odolnost měřicí trubice proti abrazi.

K měření koncentrace suspenzí se používají v podstatě výhradně hmotnostní průtokoměry s jednou přímou měřicí trubicí z titanu, který se vyznačuje velkou odolností proti abrazi.

Pro měření koncentrace kapalin je nutné zvolit takový materiál měřicí trubice, který bezpečně odolává korozivnímu působení měřené kapaliny.

Firma Krohne vyrábí hmotnostní průtokoměry řady Optimass 7400 s jednou přímou měřicí trubicí (obr. 1) z korozivzdorné oceli, materiálu Hastelloy C a titanu (vnitřní průměr měřicí trubice 6 až 69 mm) nebo z tantalu (vnitřní průměr měřicí trubice 9 až 49 mm).

Vlastní měřicí úloha bude popsána na příkladu z praxe – ředění kyseliny sírové na požadovanou koncentraci.

 

Příklad z praxe

Uživatelem je významný chemický podnik v České republice, který pro svou výrobu potřebuje poměrně značné množství kyseliny sírové o 70% koncentraci, jež je skladována v zásobníku a odtud dopravována do provozu.

Kyselina sírová je nakupována o koncentraci okolo 92 %. Tato vysoce koncentrovaná kyselina je dopravována po železnici a stáčena do skladovacích zásobníků. Ze skladovacích zásobníků se čerpá do technologického zařízení, kde se ředí demineralizovanou vodou na požadovanou koncentraci 70 %.

Koncentrovaná kyselina sírová se přivádí potrubím, přičemž se měří hmotnostní průtok a koncentrace. Pro měření hmotnostního průtoku koncentrované kyseliny sírové (hmotnostní průtokoměr 1) byl vybrán hmotnostní průtokoměr Krohne Optimass 7400 F A15 s tantalovou měřicí trubicí. Měřicí rozsah hmotnostního průtoku je 0 až 3 000 kg/h, měřicí rozsah koncentrace je 88 až 98 % (hmotnostních). Měření koncentrace je v tomto měřicím místě pouze pro informaci provozovatele, měření hmotnostního průtoku je využito pro řízení nastavení regulačního ventilu 1 (obr. 3).

Průtok demineralizované vody se měří ultrazvukovým tříkanálovým průtokoměrem Krohne Optisonic 3400 C DN25 (obr. 4). Měřená hodnota se využívá k řízení nastavení regulačního ventilu 2.

Pro řízení technologického procesu ředění je rozhodující hmotnostní průtokoměr 2. Průtok kyseliny sírové o požadované koncentraci 70 % je měřen hmotnostním průtokoměrem Krohne Optimass 7400 F A25 s měřicí trubicí z tantalu a provozním připojením s přírubami plátovanými tantalem o jmenovité světlosti 25 mm.

Průtokoměr měří koncentraci a hmotnostní průtok kyseliny sírové vtékající do zásobníku určeného pro výrobu. Nastavení regulačních ventilů 1 a 2 je řízeno na základě měřené hodnoty koncentrace a hmotnostního průtoku kyseliny o požadované koncentraci 70 %. Chemická reakce měření je výrazně exotermická, a proto musí být za statickým mísičem zařazen výměník tepla, aby bylo možné reakční teplo odvádět.

Celý proces ředění kyseliny sírové na požadovanou koncentraci je automatizován. Průtokoměry jsou instalovány v prostředí s nebezpečím výbuchu, mají napájecí napětí 24 V DC a jiskrově bezpečné výstupy.

Provozovatel získal možnost hospodárně a spolehlivě vyrábět kyselinu sírovou o požadované koncentraci, současně má pro účely výroby přesné údaje o množství a koncentraci spotřebované koncentrované kyseliny sírové i demineralizované vody. Vlastní proces ředění je řízen automaticky s možností místní kontroly funkce všech přístrojů.

Hmotnostní průtokoměry jsou jen jednou součástí celého technologického uzlu. Přesné měřicí přístroje však stejně jako např. regulační ventily musí bezpečně odolávat dlouhodobému působení kyseliny sírové. Dále musí měřit spolehlivě a s malou nejistotou v celém rozsahu provozních průtoků, teplot a tlaků, a to nejen hmotnostní průtok, ale i hustotu kyseliny sírové.

 

Kam pro další informace

Více o měřicích přístrojích firmy Krohne určených k měření průtoku, výšky hladiny, tlaku a teploty pro provozní měření zájemci naleznou na stránkách firmy Krohne: https://krohne.com/cs.

Ing. Petr Komp,
KROHNE CZ, spol. s r. o.

 

Obr. 1. Hmotnostní průtokoměr s jednou přímou měřicí trubicí Krohne Optimass 7400 C

Obr. 2. Zjednodušené schéma přípravy kyseliny sírové s konstantní koncentrací

Obr. 3. Ukazatel hmotnostního průtokoměru pro měření hmotnostního průtoku a koncentrace kyseliny sírové

Obr. 4. Ultrazvukový průtokoměr Krohne Optisonic 3400 C pro měření průtoku demineralizované vody pro ředění kyseliny

Obr. 5. Hmotnostní průtokoměr Optimass 7400 A 25 s tantalovou měřicí trubicí

Obr. 6. Ukazatel hmotnostního průtokoměru pro měření hmotnostního průtoku a koncentrace kyseliny sírové