Evonik i Mettler Toledo: poprawa wydajności procesów chloro-alkalicznych

• Strona główna
• Artykuły
• Evonik i Mettler Toledo: poprawa wydajności procesów chloro-alkalicznych

2018-11-30

Chlorek cyjanurowy jest wykorzystywany jako półprodukt do produkcji pestycydów, barwników, rozjaśniaczy optycznych i leków. Rocznie wytwarza się ponad 100 tys. ton tego związku. Największym producentem chlorku cyjanurowego na świecie jest Evonik. W Chinach produkuje on zarówno chlorek cyjanurowy, jak i główne surowce potrzebne do jego powstania, czyli cyjanku sodu i chlor.

Produkcja chloru w przedsiębiorstwie Evonik odbywa się w procesie chloro-alkalicznym z wykorzystaniem metody membranowej, która polega na elektrolizie wodnego roztworu chlorku sodu (solanki) w dużych ogniwach, w wyniki czego na anodzie wytwarza się chlor w formie gazowej, a na katodzie produkty uboczne w postaci sody kaustycznej i wodoru. Anodę oddziela od katody membrana jonowymienna, która zapobiega wodorowej redukcji chloru do jonów chlorkowych i podchlorynowych.

Wartość pH ma zasadnicze znaczenie w wielu etapach procesu elektrolizy. Jego wydajność w dużym stopniu zależy od czystości solanki, która znajduje się w ogniwach elektrolitycznych. Dodając rozmaite sole jako środki strącające i podwyższając odczyn pH do wartości 10 lub 12, można wytrącić zanieczyszczenia, takie jak siarczany i wodorotlenki metali. Po stronie anody reakcja w ogniwie przebiega w środowisku kwaśnym (pH 3–4). Obniżenie odczynu pH pozwoliłoby zwiększyć wydajność procesu, ale mogłoby uszkodzić membrany, a wymiana tego elementu jest kosztowna. Wyczerpana solanka wypływająca z ogniwa zawiera jony chloranowe, które zamienia się w chlor i wytrąca w procesie destrukcji prowadzonym w środowisku pH 2.

Niestety diafragmy elektrod stosowanych przez firmę Evonik w procesie kontroli pH zapychały się skrystalizowaną solanką, przez co trzeba było regularnie tracić czas na czyszczenie i kalibrację czujników. Dodatkowo chlor ulegał dyfuzji przez diafragmę, zmniejszając rzetelność pomiarów i skracając żywotność czujników. Inżynierom firmy Evonik zależało na znalezieniu niezawodnego systemu, który nie wymagałoby nadmiernej konserwacji i w którym udałoby się wyeliminować tego rodzaju problemy.

W efekcie tego zainstalowano w jednym z ogniw dostarczoną przez Mettler Toledo elektrodę, zaprojektowaną specjalnie z myślą o procesach chloro-alkalicznych. Dzięki swoim właściwościom elektroda z podwójną membraną okazała się doskonałym rozwiązaniem.

W czujniku znalazły się dwie oddzielne szklane membrany. Pierwsza z nich jest wrażliwa na sód i pobiera ładunek elektryczny z jonów sodu znajdujących się w solance. Ponieważ stężenie sodu w ogniwach do elektrolizy związków chloro-alkalicznych pozostaje mniej więcej na stałym poziomie, to analizator korzysta z solanki do celów referencyjnych. Druga ze szklanych membran jest wrażliwa na odczyn pH i działa podobnie do większości innych membran instalowanych na elektrodach pH.

Dokonując pomiaru różnicy potencjału pomiędzy obiema szklanym membranami, można precyzyjnie określić odczyn pH roztworu.

Ten sodowy układ referencyjny jest hermetycznie zamknięty: nie ma w nim diafragmy, a więc czujnik nie może się zapchać ani zanieczyścić, dzięki czemu nie trzeba go regularnie czyścić ani kalibrować.

Dostępne są również inne elektrody sodowe i elektrody pH z podwójną membraną, ich skuteczność jest jednak znacznie obniżona przez zakłócenia elektryczne. W połączeniu obie szklane membrany mają bardzo wysoką impedancję, która staje się jeszcze wyższa, kiedy doda się impedancję przewodu łączącego czujnik z przetwornikiem. Przez to wynik pomiaru może ulec zmianie po dotknięciu, a nawet zbliżeniu się do systemu. Im dłuższy przewód, tym większe odchylenie pomiaru.

Cyfrowy sygnał z czujnika jest zawsze w 100% stabilny i dociera do przetwornika bez odkształceń spowodowanych zakłóceniami elektrycznymi, długością przewodu czy wilgocią w otoczeniu.

Czujnik firmy Mettler Toledo jest wykonany w technologii zarządzania inteligentnymi czujnikami pomiarowymi (ISM). Każdy czujnik ISM wysyła sygnał cyfrowy do przetwornika ISM, ale komunikacja cyfrowa nie jest jedyną zaletą tej technologii. Dzięki funkcji Podłącz i Mierz można szybko i łatwo uruchomić punkt pomiarowy. Zaawansowana diagnostyka zapobiegawcza zapewnia dane o sprawności czujników w czasie rzeczywistym, dzięki czemu można podjąć odpowiednie działania, zanim dojdzie do zniekształcenia wyników pomiaru.

System testowy wprowadzony w koncernie Evonik okazał się dużym sukcesem. Połączenie odpornej na procesy konstrukcji z podwójną membraną, sygnału cyfrowego i innych zalet technologii ISM ograniczyło potrzeby konserwacji o około 80% i wpłynęło na podwyższenie wydajności procesów.

EvonikMettler Toledo