Mésztej (MOL Slurry) – Valós idejű monitororing és az optimális koncentráció szabályozása

A folyamatmérnökök számára elengedhetetlen egy hatékony és megbízható módszer a mészzagy tejének monitorozására és ellenőrzésére a céltermék előállítása során. Ennek a folyamatnak a kulcsa egy olyan módszer megtalálása, amely megőrzi a hígtrágya minőségét, szorosan ellenőrizhető, és gyorsan reagál a nyersanyag változásaira vagy a kívánt mészszuszpenzió-koncentrációra. Ez a dokumentum megvitatja a mésztej előállításának jelenlegi állapotát, a különböző ellenőrzési technikákat, azok előnyeit és hátrányait, és felvázolja a gyártási folyamat legjobb megközelítését, figyelembe véve az olyan tényezőket, mint a koncentráció, a rendszer mérete, a nyersanyag tisztasága és a kívánt végtermék. , hangsúlyozva annak előnyeit Rheonics SRD sűrűség- és viszkozitásmérő.

1. A mészszuszpenzió áttekintése

Mésztej hígtrágya gyártása

A mésztej előállítása során kalcium-oxidot (CaO) kevernek össze vízzel egy hőleadó reakcióban, amelyet mészoltásnak neveznek. Ez a reakció kezdetben finom por alakú kalcium-hidroxid-oldatot eredményez, amely mészhidrátként vagy oltott mészként ismert. A víz további hozzáadásával mésztejnek nevezett folyékony oldat képződik. A szuszpenziót jellemzően olyan koncentrációra keverik, ahol még könnyen folyik, de nagy mennyiségű kalcium-hidroxidot tartalmaz.

Az oltási reakció során keletkező hő biztonságos kezeléséhez speciális berendezésre, úgynevezett mészoltóra van szükség. A megfelelő reakcióhőmérséklet fenntartása egyenletesen tartja az előállított hidrát minőségét, és biztosítja a jó reakcióképességet, ami segít minimalizálni a környezeti hatást, és végső soron javítja a végtermék hozamát. A mésztej használóinak lehetőségük van az égetett meszet a helyszínen oltani, vagy előoltott száraz kalcium-hidroxidot szerezhetnek be. Ez utóbbi könnyen keverhető vízzel anélkül, hogy szükség lenne slakerre. Alternatív megoldásként a beszállítóktól beszerezhető a kész mésztej. 

A keletkező vizes szuszpenziókat a szilárd anyag tömegének koncentrációja (szilárdanyag százalék), a zagy sav semlegesítésére való kémiai reakcióképessége és a szuszpenzióban lévő részecskék méretének eloszlása ​​(a viszkozitást részben szabályozva) jellemzi. Ezek a jellemzők határozzák meg a zagy tulajdonságait, főként a viszkozitását és reakciókészségét.

A mésztej megfelelő tárolása kulcsfontosságú, mivel minősége idővel romlik. A kalcium-hidroxid részecskék reakcióba lépnek a légkörben lévő szén-dioxiddal (CO2), melynek eredményeként kalcium-karbonát-mész (CaCO3) képződik. Ez negatívan befolyásolja a hígtrágya hatékonyságát különböző folyamatokban és alkalmazásokban.

2. ábra: Mésztej-szuszpenziós eljárás vázlata [2].

A mésztej-hígtrágya beszerzése és alternatívái

A mészszuszpenzió tejének elsődleges nyersanyaga, az égetett mész a mészkőből, egy elsősorban kalcium-karbonátból (CaCO₃) álló üledékes kőzetből származik. A mészkő világszerte bővelkedik, és kereskedelmileg bányásznak olyan országokban, ahol jelentős mészkőlerakódások találhatók, beleértve az Egyesült Államokat, Kínát és Indiát.

A mésztej-szuszpenziónak számos alternatívája létezik, elsősorban olyan alkalmazásokban, ahol pH-szabályozásra vagy vízkezelésre használják. Ezek az alternatívák közé tartozik a szóda (nátrium-karbonát), a nátronlúg (nátrium-hidroxid) és a magnézium-hidroxid. Mindazonáltal ezen alternatívák mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai, és a kiválasztás gyakran az adott alkalmazástól és a helyi gazdasági szempontoktól függ.

Mésztej hígtrágya sűrűségi táblázat

Amint azt korábban kifejtettük, kémiailag a mészszuszpenzió kalcium-oxid CaO vízben készült szuszpenziója, amelyet égetett mésznek neveznek. A hidratált mész Ca(OH)2 kalcium-hidroxid Ca(OH)2 szilárd részecskék (por) - 18% és 40% közötti koncentrációban - vízben készült szuszpenziója, más néven mészhidrát, amelyet oltott mész hidratálásából nyernek.

A következő diagram azt mutatja, hogy a mésztej sűrűsége a koncentrálással nő. Ennek az az oka, hogy a zagyban lévő kalcium részecskék kiszorítják a vizet, amely kevésbé sűrű.

3. ábra: Mésztej-szuszpenzió sűrűségtáblázata.

Az ábra azt is mutatja, hogy a mészzagy tejének sűrűsége a hőmérséklet függvényében változik. Ennek az az oka, hogy a kalcium-hidroxid részecskék jobban oldódnak forró vízben, ami csökkenti a zagy sűrűségét.

A következő táblázat a mészzagy tejének sűrűségét mutatja különböző CaOH2 százalékos vízben. A sűrűség lineárisan növekszik a zagyban lévő mész tömegszázalékának növekedésével. Fontos megjegyezni, hogy ezek közelítő értékek, és a tényleges sűrűség olyan tényezőktől függően változhat, mint a hőmérséklet és a nyomás.

30% feletti százalékoknál egyes mészszuszpenziók meglehetősen merevvé válnak. 35%-ban adalékokat használnak a hígtrágya szivattyúzhatóvá tételére. Általában 40%-os hígtrágya már nem szivattyúzható.

1. táblázat: Mészzagy referenciasűrűsége [3].

Mész-iszap konzisztencia töménységgel

Háromféle mészszuszpenzió létezik:

• Nedves gittszerű anyag 30-35% égetett mész iszappal.
• Körülbelül 20-25% égetett meszet tartalmazó krémes, önthető vagy pumpálható anyag – Mésztej néven.
• Vizes állagú, tejszerű színű, körülbelül 18%-nál kisebb koncentrációval (általában 10-15% vagy 1-1.5 lb/gal)

Stabilizálás után a mészszuszpenzió stabil szuszpenzió, és nem korrozív. A stabilizáció akkor következik be, amikor az összes víz teljesen reakcióba lép a kalcium-hidroxiddal.

A mésztej ipari alkalmazásai

- Vízkezelés: A mész különféle felhasználási területe van a vízkezelési folyamatokban, beleértve a lágyítást, agglomerálást, flokkulációt és a pH beállítását. Általában az ivóvízhez adják a karbonátlerakódás szabályozására és az elosztórendszerek élettartamának meghosszabbítására.

A szennyvízkezelés során a mész koagulánsként működik, semlegesíti a kolloid részecskék töltését, lehetővé téve azok könnyű eltávolítását. Elősegíti a lebegő szennyeződések pelyhesedését is, ami hatékonyabbá teszi a dekantálást. A mész fémsókkal vagy polimerekkel kombinálva használható flokkulálószerként.

Ezenkívül a mész növelheti a víz pH-értékét, ami a nehézfémek hidroxidok formájában történő kicsapódását okozza. Ez megkönnyíti azok összegyűjtését és eltávolítását. A mész emellett segít a foszfátok és szulfátok, valamint a nehézfémek kicsapásában, mint oldhatatlan sók, javítva az eltávolítás hatékonyságát.

4. ábra: Vízkezelési eljárás és SRD sűrűség- és viszkozitásmérő

– Cukorfinomítás: A cukorrépa- vagy cukornádlé tisztításának folyamata mésztej és szénsavas gáz hozzáadásával jár. Monitoring a mésztej minősége több szakaszban kulcsfontosságú a jobb tisztítási eredmények és az optimalizált folyamat eléréséhez.

5. ábra: Cukorfinomítási folyamat és SRD sűrűség- és viszkozitásmérő

– Füstgáz-kéntelenítés: Erőművekben és nagy kazánokkal rendelkező iparágakban széles körben használják, a mésztej iszap segít csökkenteni a kén-dioxid-kibocsátást azáltal, hogy ezekkel a káros gázokkal reagál és semlegesíti.

– Papírgyártás: A papíriparban a mészzagyból készült tejet a fa szulfát- vagy kraft-eljárásban történő emésztésére használják. Lebontja a fában lévő lignint, így hatékonyabbá válik a papírgyártás.

6. ábra: Papírgyártási folyamat és SRD sűrűség- és viszkozitásmérő

- Acélgyártás: Az acélipar mész-tejet használ folyósításhoz, kéntelenítéshez és az alapvető oxigénes acélgyártási folyamatokhoz. Segít eltávolítani a szennyeződéseket, javítja az előállított acél minőségét.

– Színesfémek bányászata: Színesfém eltávolítása az ércből flotációs eljárásokban, ahol mésztejet használnak pH-módosítóként a habosítók és gyűjtők jobb hatékonysága érdekében, vagy metatézis reakciókban, ahol a színesfém sójának kicsapására használják. A mészszuszpenziót a pH-érték szabályozására használják savsemlegesítésben és cianidos kilúgozási folyamatban az aranyfinomításban.

– Vegyi gyártás: LAz ime szuszpenziót pH-beállítóként, szárítószerként vagy metatézis reakcióhoz használják.

- Építkezés: A mésztejet az építőiparban a talaj stabilizálására és az építőanyagok összetevőjeként használják.

– Fehérítés: A mészzagyot olyan anyagok fehérítésére használják, mint a len, az üveg és a papírpép.

2.Monitoring és Controlling Techniques

1. módszer: Offline sűrűségmérés

• Előnyök: Költséghatékony; egyszerű megvalósítani
• Hátrányok: Megbízhatatlan; lassan reagál a változásokra; kézi beavatkozás
• Alkalmazási terület: Alacsony pontosságú követelmények, kisebb rendszerméretek vagy ritka koncentrációváltozások esetén használható.

Ez a technika magában foglalja a mésztej sűrűségének időszakos mérését offline sűrűségmérő segítségével. Ez a sűrűségmérő elkülönül a folyamatáramtól, és kézi beavatkozást igényel. Ez a módszer költséghatékony és viszonylag egyszerűen megvalósítható lehet; azonban meglehetősen lassú és megbízhatatlan lehet a koncentráció változásaira reagálva.

2. módszer: Soron belüli sűrűségmérés és kézi előtolás-beállítás

• Előnyök: Gyorsabb sűrűségmérés; nagyobb pontosság, mint az 1. módszernél
• Hátrányok: Az előtolás lassú beállítása; kézi beavatkozás; az emberi hiba kockázata
• Alkalmazhatóság: Ez olyan esetekben lehet hasznos, amikor a hígtrágya koncentrációja nem változik gyakran, és a munkaerő rendelkezésre áll a kézi beállításhoz.

Itt egy soros sűrűségmérő, mint a Rheonics Az SRD folyamatmérő a mésztej sűrűségének folyamatos mérésére szolgál. Ez a mérő valós idejű monitorozást biztosítoring a folyamatfolyamból, így gyorsabb és pontosabb, mint az offline mérések. Az előtolási sebesség beállításait azonban továbbra is manuálisan kell kezelni, ami lassabb reakcióidőt és lehetséges emberi hibákat, például az oldat túl- vagy alulhígítását eredményezheti.

3. módszer: Automatikus beépített figyelésoring és vezérlés (ajánlott)

• Előnyök: Valós idejű pontos mérések; gyors szabályozási beállítások; alacsony emberi beavatkozás; egyenletes minőség
• Hátrányok: Magasabb kezdeti telepítési költség
• Alkalmazási terület: Ideális nagyobb rendszerekhez, gyakori koncentrációváltásokhoz vagy nagy pontosságú követelményekhez.

Ez a módszer egy soros folyamatsűrűség-mérőt alkalmaz, mint például a Rheonics SRD folyamatmérő a tej és a mészszuszpenzió sűrűségének valós időben történő monitorozására, egy egyszerű vezérlővel kombinálva az adagolási sebesség automatikus beállításához. Ez a beállítás pontos sűrűségméréseket tesz lehetővé, és lehetővé teszi a vezérlő számára, hogy a koncentrációváltozásokra reagálva gyors beállításokat hajtson végre, megőrizve a hígtrágya minőségét és a szigorú ellenőrzést. Noha ez a módszer magasabb kezdeti telepítési költséggel jár, az állandó minőség, a teljesítmény és a csökkentett munkaerő-bevonás előnyei miatt ez az ajánlott választás.

7. ábra: Soros folyamatsűrűség-mérő SRD kontrolltej mészszuszpenzió koncentrációs tömegéből

3. Rheonics Inline Process Density Meter SRD

A Rheonics Az Inline Process Density Meter SRD egy soros sűrűségmérő, amely ideális a mésztej sűrűségének szabályozására a mészoltóban. Az SRD pontos és megbízható, és széles hőmérséklet- és nyomástartományban képes működni.

Ábra 8: Rheonics SRD Inline sűrűség- és viszkozitásmérő

Alkalmas Lime Slaker Controlhoz

A Rheonics Az Inline Process Density Meter SRD kiválóan alkalmas mészoltó szabályozására a következő okok miatt:

• Széles hőmérsékleti tartomány: Az SRD -40 és 300 °C közötti hőmérsékleti tartományban működhet, ami lefedi a mészoltó teljes hőmérsékleti tartományát.
• Nagy pontosság: Az SRD pontossága 0.001 g/cc (nagyobb pontossággal elérhető), ami elegendő a legtöbb mészoltó alkalmazáshoz, mivel 1%-nál kisebb tömeg/koncentráció változást old meg.
• Gyors válaszidő: Az SRD gyors válaszideje kevesebb, mint 1 másodperc, ami lehetővé teszi a mészoltó valós idejű vezérlését.
• Könnyen telepíthető: Az SRD egy könnyen felszerelhető sűrűségmérő, nincs szükség kalibrálásra vagy üzembe helyezésre. Az érzékelő 5 perc alatt beépíthető a tartályba vagy a vezetékbe, és áramellátással megkezdhető a mérés.
• Egyszerű integráció PLC-vel: Ipari protokollok és PLC széles skálájának támogatása. Ellenőrizze a tartományt Az SRD által használt PLC és protokollok amelyeket az ügyfelek a választott PLC-vel és IPC-vel való integrációhoz használnak.
• A viszkozitás és a hőmérséklet egyidejű mérése: A mésziszap viszkozitása jó mutatója a mésziszap minőségének. Az SRD képes kimutatni a mészzagy öregedéssel kapcsolatos lebomlását [1].

2. táblázat: Különféle tartályokban lévő mészszuszpenziók összehasonlítása és öregedési tulajdonságai. [1]

kihasználva Rheonics SRD a Monit számáraoring Alternatív hígtrágyák 

soron belüli folyamatsűrűségmérő, Rheonics Az SRD egy sokoldalú eszköz, amely a monitorozáshoz használhatóoring nemcsak a mésztej, hanem annak alternatívái is, mint például a szóda, a nátronlúg és a magnézium-hidroxid. Tekintettel ezeknek az anyagoknak a különböző sűrűségére és folyási jellemzőire, a Rheonics Az SRD pontossága és állíthatósága kiváló választássá teszi a monitorozáshozoring valós idejű koncentrációjukat. Ez biztosítja a megfelelő mennyiségek felhasználását, fenntartva az optimális pH-szintet vagy a kezelés hatékonyságát. Továbbá az integráció a Rheonics A vezérlőrendszerekkel ellátott SRD lehetővé teszi az automatikus beállítást, zökkenőmentes működést biztosítva, függetlenül a használt anyagtól.

A használat előnyei Rheonics soros folyamatsűrűségmérő SRD

• Online valós idejű sűrűségmérés, folyamat vezérelhető és folyamatosan üzemeltethető mérési minták nélkül
• Közvetlen kimenet a sűrűségmérőből, fajsúly, koncentráció, °Be (Baumé-fok), °Bx (Brix-fok)
• A mészszuszpenzió hatékony felhasználása, a minőség javítása és a költségek megtakarítása
• Megbízható, ismételhető, reprodukálható és pontos mérő
• Közvetlen mérés az üzemi hőmérséklet befolyásolása nélkül, szilárd anyagok jelenléte a folyadékban
• Optimalizálja a termelési folyamat hozamát mésziszap használatával
• Könnyű telepítés folyamatsorokba, tartályokba, reaktorokba külső áramlási cella nélkül
• Használja ugyanazt a mérőműszert a végtermék mérésére is, felhasználva a közvetlen kimenetet a választott mértékegységben (°Bx, °Be, SG, koncentráció és mások).

9. ábra: SRD sűrűségmérő felszerelése a tartályba és a recirkulációs vezetékbe

Előnyei Rheonics kiegyensúlyozott torziós rezonátor (BTR) alapú sűrűségmérő az alternatívákhoz képest

• A sűrűség közvetlen mérése a mikrohullámú vagy sugárzás abszorpcióján alapuló empirikus mérési elvek helyett (A mikrohullámú és sugárzás alapú módszerek az abszorpció relatív változását állapítják meg, és a sűrűséghez viszonyítják folyadékkalibráción keresztül, és időszakos újrakalibrálást igényelnek)
• Közvetlen mérés az áramlási vonal közepén a fal helyett (mint az elektróda alapú méréseknél)
• Nincsenek lerakódások a falakon (a mikrohullámú alapú technológiák esetében a leválasztó hatás ellen)
• Racionalizálja az érzékelőelemet EHEDG és 3-A tanúsítvánnyal, kiküszöböli az eltömődés lehetőségét (a hangvilla alapú technológiákkal összehasonlítva)
• Képes dolgozni alacsony viszkozitású és nagy viszkozitású folyadékokkal is
• Nincs szükség újrakalibrációra az üzembe helyezés során vagy az élettartam során 
• Beépített kalibrálási ellenőrzés, hogy megfeleljen az FDA és más minőség-ellenőrzési normáknak

3. táblázat: Különböző technológiákon alapuló sűrűségmérők összehasonlítása.

4. Végrehajtási stratégia

Automatikus inline monitor megvalósításaoring és a vezérlőrendszer a következő lépésekre bontható:

A felszerelés kiválasztása: 

A megfelelő inline sűrűségmérő kiválasztása, mint pl Rheonics Az SRD az első lépés. Ügyeljen arra, hogy olyan modellt válasszon, amely megfelel a folyamat speciális követelményeinek, például a hígtrágya jellemzőinek és a kívánt szabályozási pontosságnak. Itt megtudhatja az összes SRD-változatot.

Telepítés: 

A soros sűrűségmérő közvetlenül a technológiai csővezetékbe vagy tartályba szerelhető, az alkalmazási követelményektől függően. Felülvizsgálat Rheonics SRD telepítési követelmények. 

A folyamatsor telepítéséhez:

Rheonics Az SRD sűrűségmérő könnyen integrálható egy meglévő csővezetékbe, a testre szabható folyamatcsatlakozásoknak és érzékelőszonda-változatoknak köszönhetően. 

A fő beépítési típusok a csőre merőlegesek és vízszintesek. A döntés a hely, a funkcionalitás, a folyadéktípus és egyebek beépítési korlátozásai alapján történik. Lásd a következő táblázatot a kettő összehasonlításával a Mésztej hígtrágya esetében.

4. táblázat: Inline csőszerelés – Párhuzamos és merőleges összehasonlítás 

A tartály beszereléséhez:

Tartályban, tartályban vagy reaktorban történő telepítés esetén nemcsak az SRD érzékelőelemnek kell akadályoktól mentesnek lennie, hanem az érzékelő szondának is távol kell lennie mozgó tárgyaktól, amelyek működés közben megüthetik az egységet.

Rheonics A tartályokba való beszerelés leggyakoribb megoldásai a TMA-34N tartályba szerelhető adapter és a hosszú behelyezhető szondák, például az SRD-X5 használata. Mindkettő biztonságos és megbízható telepítést tesz lehetővé a tartály ürítése nélkül. A következő táblázat összehasonlítja mindkét lehetőséget.

5. táblázat: Beépített tartály telepítése – Tartályrögzítő adapter és hosszú behelyezésű szonda összehasonlítása 

További áttekintésért keresse fel a cikket a a tartályba és a csőbe történő beépítés összehasonlítása. 

Kalibrálás és tesztelés: 

A telepítés után a sűrűségmérőt tesztelni kell a pontos mérések biztosítása érdekében. Ez a lépés magában foglalja annak ellenőrzését, hogy a mérőállások megfelelnek-e az ismert iszapsűrűségnek, és szükség szerint módosítani kell a mérőt.

Integráció vezérlőrendszerekkel: 

A sűrűségmérőt integrálni kell a vezérlőrendszerekkel. Ez lehetővé teszi az adagolási sebesség automatikus beállítását a hígtrágya sűrűségének változásaira reagálva.

Ennek a megvalósítási stratégiának a követésével biztosíthatja az automatikus beépített monitor sikeres telepítését és működésétoring és vezérlőrendszer a mésztejhez. Ez jobb folyamatszabályozáshoz, egyenletes hígtrágyaminőséghez és jobb végtermék-teljesítményhez vezet.

A monitor karbantartásának legjobb gyakorlataioring és Vezérlőrendszerek

1. Győződjön meg arról, hogy az összes kalcium-karbonát reakcióba lép a vízzel, hogy stabil szuszpenziót képezzen, ez eltart egy ideig. Az SRD mérés megmutathatja, hogy mikor stabilizálódott a sűrűség (és a viszkozitás), ami a teljes stabilizációt jelenti.
2. Az inline sűrűségmérő rendszeres kalibrálása, megbízható mérések biztosítása érdekében.
3. A sűrűségmérő rendszeres karbantartása és tisztítása a szennyeződés megelőzése és a megfelelő működés biztosítása érdekében.
4. A PID-szabályozó és más vezérlőberendezések rutinszerű ellenőrzése az általános optimalizált rendszer fenntartása érdekében.
5. A monitort felügyelő személyzet megfelelő képzéseoring és vezérlőrendszerek a nyersanyagok eltéréseinek kezelésére, a lehetséges problémák elhárítására és a biztonság biztosítására.
6. Szabványos működési eljárások (SOP) megvalósítása a monitorokhozoring, ellenőrzés és jelentéskészítés a kommunikáció megkönnyítése és a következetes és hatékony munkafolyamat fenntartása érdekében.

Automatikus beépített monitor használatávaloring és ellenőrzési módszerrel, a kezelők magabiztosan tudják fenntartani és ellenőrizni a mészhígított tej minőségét, hogy elérjék a kívánt végtermék teljesítményét, biztonságát.

5. Következtetés

Monitororing és a mészzagy tejének szabályozása számos ipari folyamat kritikus szempontja. A technika kiválasztásánál olyan tényezőket kell figyelembe venni, mint a pontosság, a rendszer mérete és a koncentrációváltozások gyakorisága. Az optimális teljesítmény és állandó minőség érdekében azonban javasoljuk az automatikus beépített monitor használatátoring és ellenőrzési módszer. A megfelelő karbantartás és az SOP-k betartása megbízható eredményeket biztosít, ugyanakkor biztosít. Rheonics Inline folyamatsűrűségmérő viszkozitáskimenettel, az SRD kiváló kiegészítője a kezelői eszközkészletnek a mészszuszpenzió konzisztenciájának monitorozására, vezérlésére és optimalizálására, magas ROI elérése érdekében.

Referenciák

[1]: Kutlubay, G. (2016) Eljárás nagy finomságú oltott mészből készült tej és nagy finomságú mésztej előállítására, amelyet így kapunk. WO 2016/037972 A9 

[2]:  Kemppainen, J. (2016) A mésztej gyártási folyamatának modellezése és validálása.

[3]: Országos Mészegyesület. Tipikus kereskedelmi mésztermékek tulajdonságai 

[4]: Globális mészszuszpenzió-piaci áttekintés 2019–2025, Piackutatási jelentés

[5]: S&D Sucden. Sugar Process Flowcharts

[6]: Wikipédia. Mésztej zagy

[7]: Cukorszövetség 

[8]: Papírszövetség 

[9]: Vízkezelő Egyesület