Limetkové mléko (MOL Slurry) – monitorování v reálném časeoring a řízení optimální koncentrace

Pro procesní inženýry je zásadní vyvinout účinná a spolehlivá metoda monitorování a kontroly kalu z vápenného mléka při výrobě cílového produktu. Klíčem k tomuto procesu je najít metodu, která udržuje kvalitu kalu, dosahuje přísné kontroly a pohotově reaguje na jakékoli změny surovin nebo požadované koncentrace vápenné suspenze. Tento dokument pojednává o současném stavu výroby vápna, různých technikách dostupných pro kontrolu, jejich výhodách a nevýhodách a nastíní nejlepší přístup k výrobnímu procesu při zvážení faktorů, jako je koncentrace, velikost systému, čistota suroviny a požadovaný konečný produkt. , zdůrazňující výhody Rheonics Měřič hustoty a viskozity SRD.

1. Přehled vápenné kaše

Výroba vápenného mléka

Výroba vápenného mléka zahrnuje smíchání oxidu vápenatého, CaO, s vodou v reakci uvolňující teplo nazývané hašení vápna. Tato reakce zpočátku produkuje jemný práškový roztok hydroxidu vápenatého známý jako hydratované vápno nebo hašené vápno. Dalším přidáním vody se vytvoří kapalný roztok zvaný vápenné mléko. Suspenze se typicky míchá na koncentraci, při které stále snadno teče, ale nese vysoký podíl pevného podílu hydroxidu vápenatého.

Pro bezpečnou manipulaci s teplem vznikajícím během hašení je zapotřebí specializované zařízení zvané hasič vápna. Udržování správné reakční teploty udržuje stálou kvalitu vyrobeného hydrátu a zajišťuje dobrou reaktivitu, která pomáhá minimalizovat dopad na životní prostředí a v konečném důsledku zlepšit výtěžek konečného produktu. Uživatelé vápenného mléka mají možnost hašení nehašeného vápna na místě nebo získat předem hašený suchý hydroxid vápenatý. Ten lze snadno smíchat s vodou bez potřeby hasiče. Alternativně lze hotové limetkové mléko získat od dodavatelů. 

Výsledné vodné suspenze jsou charakterizovány koncentrací hmotnosti pevné látky (% pevných látek), chemickou reaktivitou suspenze k neutralizaci kyseliny a distribucí velikostí částic v suspenzi (kontrola částečné viskozity). Tyto charakteristiky určují vlastnosti suspenze, zejména její viskozitu a její reaktivitu.

Správné skladování vápenného mléka je zásadní, protože jeho kvalita se časem zhoršuje. Částice hydroxidu vápenatého reagují s oxidem uhličitým (CO2) v atmosféře, což vede k tvorbě vápna uhličitanu vápenatého (CaCO3). To negativně ovlivňuje účinnost kejdy v různých procesech a aplikacích.

Obrázek 2: Schéma procesu suspenzního mléka z vápence [2].

Získávání zdrojů a alternativy pro vápenné mléko

Primární surovina pro výrobu vápenného mléka, nehašené vápno, pochází z vápence, sedimentární horniny složené převážně z uhličitanu vápenatého (CaCOXNUMX). Vápenec je celosvětově hojný a komerčně se těží v zemích s významnými ložisky vápence, včetně USA, Číny a Indie.

Existuje několik alternativ k suspenzi vápenného mléka, především v aplikacích, kde se používá pro kontrolu pH nebo úpravu vody. Tyto alternativy zahrnují sodu (uhličitan sodný), louh sodný (hydroxid sodný) a hydroxid hořečnatý. Každá z těchto alternativ však má svůj vlastní soubor výhod a nevýhod a výběr často závisí na konkrétní aplikaci a místních ekonomických úvahách.

Tabulka hustoty vápenné kaše

Jak bylo vysvětleno dříve, chemicky je vápenná kaše suspenzí oxidu vápenatého CaO ve vodě, nazývaná nehašené vápno. Hydratované vápno Ca(OH)2 je suspenze pevných částic (prášku) hydroxidu vápenatého Ca(OH)2 – o koncentraci 18 % až 40 % – ve vodě, známé jako vápenné vápno, získané hydratací páleného vápna.

Další graf ukazuje, že hustota suspenze vápenného mléka se zvyšuje s koncentrací. Částice vápníku v kejdě totiž vytlačují vodu, která je méně hustá.

Obrázek 3: Tabulka hustoty vápenné kaše.

Graf také ukazuje, že hustota vápenného mléka se mění s teplotou. Částice hydroxidu vápenatého jsou totiž lépe rozpustné v horké vodě, což snižuje hustotu suspenze.

Následující tabulka ukazuje hustotu suspenze vápenného mléka při různých procentech CaOH2 ve vodě. Hustota se zvyšuje lineárně se zvyšováním hmotnostního procenta vápna v suspenzi. Je důležité si uvědomit, že se jedná o přibližné hodnoty a skutečná hustota se může lišit v závislosti na faktorech, jako je teplota a tlak.

Při procentech nad 30 % některé vápenné kaše ztuhnou. Při 35 % se používají přísady, aby byla kaše čerpatelná. Obecně platí, že při 40% kalů již nelze čerpat.

Tabulka 1: Referenční hustota vápenné kaše [3].

Konzistence vápenné kaše s koncentrací

Existují tři typy vápenných suspenzí:

• Mokrý tmelový materiál s 30-35% kaše nehašeného vápna.
• Krémová hmota, kterou lze nalévat nebo čerpat, obsahující asi 20–25 % nehašeného vápna – známého jako Limetkové mléko.
• Vodnatá konzistence, mléčné barvy, s koncentrací menší než asi 18 % (typicky 10-15 % nebo 1-1.5 lb/gal)

Po stabilizaci je vápenná kaše stabilní suspenzí a není korozivní. Ke stabilizaci dochází, když všechna voda zcela zreagovala s hydroxidem vápenatým.

Průmyslové aplikace kalu z vápenného mléka

- Úprava vody: Vápno má různá použití v procesech úpravy vody, včetně změkčování, aglomerace, flokulace a úpravy pH. Běžně se přidává do pitné vody za účelem kontroly usazování uhličitanu a prodloužení životnosti rozvodů.

Při čištění odpadních vod působí vápno jako koagulant tím, že neutralizuje náboj na koloidních částicích, což umožňuje jejich snadné odstranění. Podporuje také flokulaci suspendovaných nečistot, čímž je dekantace účinnější. Vápno lze použít v kombinaci se solemi kovů nebo polymery jako flokulační činidlo.

Kromě toho může vápno zvyšovat hodnoty pH vody, což způsobuje srážení těžkých kovů ve formě hydroxidů. To usnadňuje jejich sběr a odstraňování. Vápno také pomáhá při srážení fosfátů a síranů, stejně jako těžkých kovů, jako nerozpustných solí, čímž se zvyšuje jejich účinnost odstraňování.

Obrázek 4: Proces úpravy vody a měřič hustoty a viskozity SRD

- Rafinace cukru: Proces čištění šťávy z cukrové řepy nebo třtiny zahrnuje přidání vápenného mléka a plynu syceného oxidem uhličitým. Monitoring kvalita vápenného mléka v několika fázích je zásadní pro dosažení lepších výsledků čištění a optimalizovaného procesu.

Obrázek 5: Proces rafinace cukru a měřič hustoty a viskozity SRD

– Odsíření spalin: Suspenze vápenného mléka, která se široce používá v elektrárnách a průmyslových odvětvích s velkými kotli, pomáhá snižovat emise oxidu siřičitého tím, že reaguje s těmito škodlivými plyny a neutralizuje je.

- výroba papíru: V papírenském průmyslu se suspenze vápenného mléka používá pro vyhnívání dřeva v sulfátovém nebo sulfátovém procesu. Rozkládá lignin přítomný ve dřevě, čímž je výroba papíru efektivnější.

Obrázek 6: Proces výroby papíru a měřič hustoty a viskozity SRD

- výroba oceli: Ocelářský průmysl používá suspenzi vápenného mléka pro tavení, odsiřování a v základním kyslíkovém procesu výroby oceli. Pomáhá při odstraňování nečistot, zlepšuje kvalitu vyráběné oceli.

– Těžba neželezných kovů: Odstraňování neželezných kovů z rudy při flotačních procesech, kde se vápenné mléko používá jako modifikátor pH pro lepší účinnost napěňovačů a sběračů nebo při metatetických reakcích, kde se používá k vysrážení soli neželezného kovu. Vápenná kaše se používá ke kontrole hodnoty pH při neutralizaci kyseliny a procesu kyanidového loužení při rafinaci zlata.

- Chemická výroba: Lime kaše se používá jako prostředek pro úpravu pH, sušidlo nebo pro metatezickou reakci.

– Konstrukce: Vápenné mléko se používá ke stabilizaci půdy ve stavebnictví a jako součást stavebních materiálů.

- bělení: Vápenná kaše se používá k bělení materiálů, jako je len, sklo a papírová drť.

2.Monitoring a kontrolní techniky

Metoda 1: Offline měření hustoty

• Výhody: Cenově efektivní; jednoduché na implementaci
• Nevýhody: nespolehlivé; pomalá reakce na změny; manuální zásah
• Použitelnost: Lze použít v požadavcích s nízkou přesností, menších velikostech systémů nebo při málo častých změnách koncentrace.

Tato technika zahrnuje provádění pravidelných měření hustoty vápenného kalu pomocí offline hustoměru. Tento hustoměr je oddělen od procesního proudu a vyžaduje ruční zásah. Tato metoda může být nákladově efektivní a relativně jednoduchá na implementaci; může však být poměrně pomalá a nespolehlivá v reakci na změny koncentrace.

Metoda 2: Inline měření hustoty a ruční nastavení rychlosti posuvu

• Výhody: Rychlejší měření hustoty; větší přesnost než metoda 1
• Nevýhody: Pomalé nastavení rychlosti posuvu; manuální zásah; rizika lidské chyby
• Použitelnost: To by mohlo být užitečné v případech, kdy se koncentrace kejdy často nemění a pracovní síla je k dispozici pro ruční úpravy.

Zde je inline hustoměr jako např Rheonics procesní měřič SRD se používá ke kontinuálnímu měření hustoty vápenné kaše. Tento měřič poskytuje monitorování v reálném časeoring procesního toku, takže je rychlejší a přesnější než offline měření. Nastavení rychlosti posuvu se však stále provádí ručně, což může mít za následek pomalejší reakční časy a potenciální lidskou chybu, jako je přeředění nebo nedostatečné ředění roztoku.

Metoda 3: Automatická inline monitoring a ovládání (doporučeno)

• Výhody: Přesná měření v reálném čase; rychlé úpravy ovládání; nízký lidský zásah; konzistentní kvalitu
• Nevýhody: Vyšší počáteční náklady na instalaci
• Použitelnost: Ideální pro větší systémy, časté změny koncentrace nebo požadavky na vysokou přesnost.

Tato metoda využívá inline procesní hustoměr jako např Rheonics procesní měřič SRD pro monitorování hustoty vápenné kaše v reálném čase v kombinaci s jednoduchým ovladačem pro automatické nastavení rychlosti podávání. Toto nastavení poskytuje přesné měření hustoty a umožňuje regulátoru provádět rychlé úpravy v reakci na změny koncentrace, udržovat kvalitu suspenze a dosahovat přísné kontroly. I když je tato metoda spojena s vyššími počátečními náklady na instalaci, výhody konzistentní kvality, výkonu a snížené pracovní síly z ní činí doporučenou volbu.

Obrázek 7: Inline procesní hustoměr SRD kontrolní mléko s koncentrací vápenné kaše

3. Rheonics Inline procesní hustoměr SRD

Projekt Rheonics Inline Process Density Meter SRD je inline hustoměr ideální pro řízení hustoty vápenného mléka v hasiči vápna. SRD je přesný a spolehlivý a může pracovat v širokém rozsahu teplot a tlaků.

Obrázek 8: Rheonics SRD Inline hustoměr a viskozita

Vhodnost pro Lime Slaker Control

Projekt Rheonics Inline procesní hustoměr SRD je vhodný pro řízení hasiče vápna z následujících důvodů:

• Široký rozsah teplot: SRD může pracovat v teplotním rozsahu -40 až 300 °C (-40 až 572 °F), což pokrývá celý teplotní rozsah hasiče vápna.
• Vysoká přesnost: SRD má přesnost 0.001 g/cm1 (s vyšší přesností), která je dostatečná pro většinu aplikací hasičů vápna, protože řeší změny hmotnosti/koncentrace menší než XNUMX %.
• Rychlá doba odezvy: SRD má rychlou dobu odezvy méně než 1 sekundu, což umožňuje ovládání hasiče vápna v reálném čase.
• Snadná instalace: SRD je hustoměr se snadnou instalací bez nutnosti jakékoli kalibrace nebo uvedení do provozu. Snímač lze nainstalovat do nádrže nebo potrubí za 5 minut a spustit měření.
• Snadná integrace s PLC: Podpora široké škály průmyslových protokolů a PLC. Zkontrolujte rozsah PLC a protokoly používané SRD které zákazníci používají k integraci s jejich PLC a IPC dle výběru.
• Současné měření viskozity a teploty: Viskozita vápenné kaše se ukazuje jako dobrý indikátor kvality vápenné kaše. SRD dokáže detekovat degradaci vápenné kaše související se stárnutím [1].

Tabulka 2: Porovnání různých vápenných kalů v nádržích a jejich vlastností stárnutí. [1]

Využití Rheonics SRD pro Monitoring Alternativní kaše 

Inline procesní hustoměr, Rheonics SRD, je všestranný nástroj, který lze použít pro monitoring nejen vápenné mléko, ale také jeho alternativy, jako je kalcinovaná soda, louh sodný a hydroxid hořečnatý. Vzhledem k různým hustotám a tokovým charakteristikám těchto látek Rheonics Přesnost a nastavitelnost SRD z něj činí vynikající volbu pro monitoring jejich koncentrace v reálném čase. Tím je zajištěno, že jsou používána správná množství při zachování optimální úrovně pH nebo účinnosti ošetření. Kromě toho integrace Rheonics SRD s řídicími systémy umožňuje automatické nastavení a zajišťuje bezproblémový provoz bez ohledu na použitý materiál.

Výhody použití Rheonics inline procesní hustoměr SRD

• Online měření hustoty v reálném čase, proces může být řízen a provozován nepřetržitě bez potřeby měření vzorků
• Přímý výstup z měřiče hustoty, měrné hmotnosti, koncentrace, °Be (stupně Baumé), °Bx (stupně Brix)
• Efektivní využití vápenné kaše, zlepšení kvality a úspora nákladů
• Spolehlivý, opakovatelný, reprodukovatelný a přesný měřič
• Přímé měření bez vlivu provozní teploty, přítomnosti pevných látek v kapalině
• Optimalizujte výtěžnost výrobního procesu pomocí vápenné kaše
• Snadná instalace do procesních linek, nádrží, reaktorů bez potřeby externí průtokové cely
• Stejný měřič použijte také pro měření koncového produktu s využitím přímého výstupu ve zvolené jednotce (°Bx, °Be, SG, koncentrace a další).

Obrázek 9: Instalace hustoměru SRD v nádrži a recirkulačním potrubí

výhody Rheonics hustoměr na bázi vyváženého torzního rezonátoru (BTR) oproti alternativám

• Přímé měření hustoty namísto pomocí empirických principů měření založených na absorpci mikrovln nebo záření (Metody založené na mikrovlnné a radiační metodě zjišťují relativní změnu v absorpci a vztahují ji k hustotě pomocí kapalinové kalibrace a vyžadují periodickou rekalibraci)
• Přímé měření ve středu průtokového potrubí místo na stěně (jako u měření na bázi elektrody)
• Žádný dopad usazenin na stěny (proti silnému vlivu na mikrovlnné technologie)
• Zjednodušuje snímací prvek s certifikací EHEDG a 3-A, eliminuje jakoukoli možnost ucpání (ve srovnání s technologiemi založenými na ladicí vidlici)
• Schopnost pracovat s kapalinami s nízkou i vysokou viskozitou
• Není potřeba rekalibrace během uvádění do provozu nebo po celou dobu životnosti 
• Vestavěné ověření kalibrace pro splnění norem FDA a dalších norem kontroly kvality

Tabulka 3: Porovnání různých hustoměrů založených na různých technologiích.

4. Strategie implementace

Implementace automatického inline monitoring a řídicí systém lze rozdělit do následujících kroků:

Výběr vybavení: 

Výběr vhodného inline hustoměru, jako je např Rheonics SRD je prvním krokem. Ujistěte se, že jste vybrali model, který odpovídá specifickým požadavkům vašeho procesu, jako jsou vlastnosti kejdy a požadovaná úroveň přesnosti ovládání. Zde najdete všechny varianty SRD.

Instalace: 

Inline hustoměr může být instalován přímo do procesního potrubí nebo do nádrže v závislosti na konkrétních požadavcích aplikace. Posouzení Rheonics Požadavky na instalaci SRD. 

Pro instalaci procesní linky:

Rheonics Hustoměr SRD lze snadno integrovat do stávajícího potrubí díky přizpůsobitelným procesním připojením a variantám senzorových sond. 

Hlavní typy instalace jsou kolmé a horizontální k potrubí. Rozhodnutí se provádí na základě omezení instalace, pokud jde o prostor, funkčnost, typ kapaliny a další. Viz další tabulka s porovnáním těchto dvou pro Limetkové mléko.

Tabulka 4: Instalace potrubí – paralelní a kolmé srovnání 

Pro instalaci nádrže:

U instalací v nádržích, nádobách nebo reaktorech musí být nejen snímací prvek SRD bez překážek, ale sonda snímače by měla být mimo pohybující se předměty, které mohou jednotku během provozu zasáhnout.

Rheonics nejběžnějšími řešeními pro instalaci do nádrží je použití Tank Mount Adaptéru – TMA-34N a použití dlouhých zaváděcích sond, jako je SRD-X5. Oba umožňují bezpečnou a spolehlivou instalaci bez nutnosti vyprázdnění nádrže. Následující tabulka porovnává obě možnosti.

Tabulka 5: Instalace řadové nádrže – Porovnání adaptéru pro montáž nádrže a dlouhé zaváděcí sondy 

Pro další recenzi navštivte článek o a srovnání mezi inline instalací v nádrži a potrubí. 

Kalibrace a testování: 

Po instalaci by měl být hustoměr otestován, aby byla zajištěna přesná měření. Tento krok zahrnuje ověření, že naměřené hodnoty odpovídají známé hustotě kalu, a seřízení měřiče podle potřeby.

Integrace s řídicími systémy: 

Hustoměr by měl být integrován s řídicími systémy. To umožňuje automatické nastavení rychlosti dávkování v reakci na změny hustoty suspenze.

Dodržováním této implementační strategie můžete zajistit úspěšnou instalaci a provoz automatického inline monitoruoring a kontrolní systém pro kaši vápenného mléka. To povede ke zlepšené kontrole procesu, konzistentní kvalitě kalu a lepší výkonnosti konečného produktu.

Nejlepší postupy pro údržbu Monitoring a řídicí systémy

1. Ujistěte se, že veškerý uhličitan vápenatý zreagoval s vodou za vzniku stabilní suspenze, to nějakou dobu trvá. Měření SRD může ukázat, kdy se hustota (a viskozita) ustálila, což znamená úplnou stabilizaci.
2. Pravidelné ověřování kalibrace inline hustoměru zajišťující spolehlivá měření.
3. Pravidelná údržba a čištění hustoměru, aby se zabránilo znečištění a zajistila se správná funkce.
4. Rutinní kontrola PID regulátoru a dalších regulačních zařízení pro udržení celkově optimalizovaného systému.
5. Řádné školení personálu dohlížejícího na monitoring a kontrolní systémy pro zvládnutí variací surovin, řešení potenciálních problémů a zajištění bezpečnosti.
6. Implementace standardních operačních postupů (SOP) pro monitoring, kontrola a reporting pro usnadnění komunikace a udržení konzistentního a efektivního pracovního postupu.

Pomocí automatického inline monitoring a kontrolní metodou, mohou operátoři s jistotou udržovat a kontrolovat kvalitu vápenného mléka, aby dosáhli požadovaného výkonu a bezpečnosti konečného produktu.

5. závěr

Monitoring a řízení suspenze vápenného mléka je kritickým aspektem mnoha průmyslových procesů. Výběr techniky by měl vzít v úvahu faktory, jako je přesnost, velikost systému a frekvence změn koncentrace. Pro optimální výkon a konzistentní kvalitu však doporučujeme používat automatický inline monitororing a způsob ovládání. Správná údržba a dodržování SOP zajistí spolehlivé výsledky a zároveň zajistí. Rheonics Inline procesní hustoměr s viskozitním výstupem, SRD je vynikajícím doplňkem k sadě nástrojů pro operátory pro monitorování, řízení a optimalizaci konzistence jejich vápenné kaše pro dosažení vysoké návratnosti investic.

Reference

[třicet]: Kutlubay, G. (2016) Proces výroby hašeného vápna o velké jemnosti a takto získaného vápenného mléka o velké jemnosti. WO 2016/037972 A9 

[třicet]:  Kemppainen, J. (2016) Modelování a validace procesu výroby vápenného mléka.

[třicet]: Národní Lime Association. Vlastnosti typických komerčních vápenných produktů 

[třicet]: Přehled globálního trhu s vápennou kaší 2019–2025, Zpráva o průzkumu trhu

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

[třicet]: Wikipedie. Vápenné mléko

[třicet]: Asociace cukru 

[třicet]: Asociace papíru 

[třicet]: Asociace pro úpravu vody