Hydrolab – Prosessovervåking

Økende krav til kvaliteten på ultrarent vann (f.eks. for farmasøytiske og bioteknologiske behov) tvinger frem et konstant behov for å øke graden av overvåking og tilsyn med prosessen for å produsere vann av så høy kvalitet. Parametrene som i økende grad må overvåkes, er ledningsevne og innholdet av organisk karbon (TOC – Total Organic Carbon).

Hydrolab fokuserer på å fremstille enheter utstyrt med kontroll- og målepaneler. Disse enhetene er ergonomiske, pålitelige og gir brukeren bekvemmelighet og brukervennlighet. I prosessen med å utvikle nye løsninger fokuserer selskapet på de beste og mest pålitelige løsningene som finnes på markedet for elektronikk og automatisering. Systemene sørger for kontinuerlig overvåking av ledningsevnen og temperaturen i det produserte vannet. Forsknings- og utviklingsavdelingen arbeider intensivt med måling av TOC-parameteren. I tillegg gjør automasjonssystemet det mulig å kontrollere mange parametere. Dette er systemets driftstrykk, nivået på påfyllingstanker, automatisk volumetrisk dosering av vann og mange andre.

Elektrisk ledningsevne

En av de mest populære måleparameterne som er proporsjonal med vannets renhet, er den elektriske ledningsevnen. (Også kalt spesifikk elektrolytisk konduktivitet.) Normene PN-EN 27888 og PN-EN 60746-3 gjelder bestemmelse av elektrisk konduktivitet i alle vanntyper. Den spesifikke elektriske ledningsevnen (uttrykt i [S/m]) er den inverse av den spesifikke elektriske motstanden (uttrykt i [Ωm]) målt under spesifikke forhold mellom de motstående veggene i en enhetskube av en vandig løsning med spesifikke dimensjoner.

I praksis er den mest populære enheten for spesifikk elektrisk ledningsevne [μS/cm] eller den tilsvarende enheten for spesifikk elektrisk motstand [MΩ – cm]. Elektrisk ledningsevne er et mål på konsentrasjonen av ioniserende oppløste stoffer i prøven. En viktig faktor under målingene av ledningsevne er cellekonstanten (uttrykt i [m-1]) som brukes til målingene, og som avhenger av cellens geometriske dimensjoner. Generelt kan det antas at cellekonstanten K er gitt ved formelen:

K = l/A

hvor: l er lengden på den elektriske lederen, mens A er det effektive tverrsnittsarealet til den elektriske lederen.

Elektrisk ledningsevne er et mål på strømmen som ledes av ionene i vann. Den avhenger av konsentrasjonen og arten av ionene samt temperaturen og viskositeten til løsningen. Rent vann har en spesifikk elektrisk ledningsevne på 0,05483 μS/cm ved 25 °C som følge av selvdissosiasjon. Standarden PN-EN 27888 spesifiserer i detalj metoden for fremstilling av standardløsninger med kjent konduktivitet ved 25 °C. Standardløsninger kan brukes under testing, kalibrering og kalibrering av konduktivitetsmåleutstyr.

Typer måleinstrumenter

Ved måling av vannets elektriske ledningsevne kan man bruke en av to typer instrumenter. Den første typen er en enhet utstyrt med en dyppe- eller strømningscelle med to eller flere elektroder. Den andre typen er en enhet med induksjonselektroder. Hydrolabs produkter fokuserer hovedsakelig på målinger ved hjelp av egenutviklede konduktometre med en strømningscelle med to elektroder. Strømningskar anbefales for målinger av konduktivitet under 100 μS/cm. De brukes ved måling av ultrarent vann. Luft fjernes i strømningskarene, noe som kan påvirke måleresultatet negativt for lave konduktivitetsverdier. I henhold til PN-EN 27888-standarden anbefales verdiene for cellekonstantverdien for gitte konduktivitetsmåleområder. Det antas at jo høyere konduktiviteten er, desto større er verdien på cellekonstanten. Ved måling av ultrarent vann brukes vanligvis beholdere med en konstant på 0,1 eller 0,01. Hydrolabs konduktivitetsmålere er utstyrt med et kontrollsystem som tar hensyn til cellekonstanten.

Påvirkning av temperatur

For å oppnå høy presisjon bør konduktivitetsmålingene utføres når prøven og konduktivitetscellen er i likevekt ved 25 °C ± 0,1 °C. Dette gjør det mulig å eliminere feil som skyldes bruk av temperaturkompensatorer eller matematiske kompensasjonsmetoder. For presisjonsmålinger bør det brukes et termometer med en målenøyaktighet på ± 0,1o °C i det målte temperaturområdet. For rutinemålinger er det tilstrekkelig med et termometer med en målenøyaktighet på ± 0,5 °C.

Kompensasjon

I praksis er det imidlertid svært vanskelig å måle ved 25 °C ± 0,1 °C i de fleste bruksområder. Av denne grunn korrigeres den målte konduktivitetsverdien til ekvivalent konduktivitet ved 25 °C. Korreksjonen gjøres ved hjelp av en passende korreksjonsmultiplikator, hvis metode er beskrevet i detalj i PN-EN27888. Takket være den riktige kompensasjonsmetoden får vi et måleresultat som enkelt kan sammenlignes med andre måleresultater, også ved andre temperaturer. Uansett type temperaturkompensasjon vil det kompenserte resultatet være mindre nøyaktig enn det faktiske resultatet målt ved en referansetemperatur på 25 °C. Tidligere ble 20 °C brukt som referansetemperatur. Hydrolabs konduktivitetsmålere gjør det mulig å velge referansetemperatur via brukergrensesnittet.

Typer temperaturkompensasjon

I tillegg kan Hydrolabs konduktivitetsmålere måles i én av tre moduser:
– uten å ta hensyn til temperaturkompensasjon av resultatet
– med lineær kompensasjon
(muligheten for å endre α-faktoren som bestemmer den prosentvise endringen i konduktivitet forårsaket av en temperaturendring på 1 °C)
– inkludert ikke-lineær kompensasjon, som er den mest nøyaktige metoden for temperaturkompensasjon i applikasjoner med ultrarent vann.

Forstyrrende faktorer

Under konduktivitetsmålinger bør man være oppmerksom på forstyrrende faktorer. Måleresultatene kan påvirkes av prøveforurensninger i form av suspensjoner, fett eller oljer som kan blokkere overflaten på elektrodene. Det resulterer i en endring i cellekonstanten. Et annet viktig element som må unngås under målingene, er polariseringseffekten. Den oppstår på overflaten av elektrodene. Polariseringen skjer når strømmen som flyter mellom elektrodene, forårsaker elektrolyse og dermed delvis isolerer elektrodenes overflate. For å unngå polarisering kan du bruke:

• AC-målinger ved tilstrekkelig høy frekvens
• fire eller seks elektrodemålinger med separate strøm- og potensialmåleelektroder
• induktive eller kapasitive målinger, som består av en kombinasjon av en elektrolytisk leder og en elektrisk målekrets gjennom ikke-ledende medier.

Innholdet av organisk karbon TOC

Økende krav til kvaliteten på ultrarent vann (f.eks. for farmasøytiske og bioteknologiske behov) tvinger frem et konstant behov for å øke graden av overvåking og tilsyn med prosessen for å produsere vann av så høy kvalitet. En av parameterne som i økende grad må overvåkes, er innholdet av organisk karbon (TOC – Total Organic Carbon). Innholdet av organisk karbon TOC bestemmes ut fra differansen mellom innholdet av totalt karbon TC og innholdet av uorganisk karbon TIC, i henhold til følgende formel:

TOC = TC – TIC

Det finnes en rekke måleinstrumenter og TOC-analysatorer som gjør det mulig å bestemme TOC-parameterverdien på en detaljert og svært nøyaktig måte. Dessverre er disse instrumentene svært kompliserte, og prisen er svært høy. I tillegg er en viktig ulempe med det vanligste utstyret at det må brukes offline, det vil si at den testede prøven føres inn i målekammeret og analyseres. I prosessen med å rense og forberede ultrarent vann er det imidlertid viktig å overvåke parametrene til det oppnådde produktet online, slik at du umiddelbart kan reagere på endringer (forringelse) i kvaliteten og innføre modifikasjoner (f.eks. utskifting av filterelementer).

Hydrolabs forsknings- og utviklingsavdeling arbeider intensivt med å utvikle metoder for måling av TOC-parameteren. Vår prioritet er å gjøre det mulig å måle on-line (i rennende vann).

Det andre viktige aspektet er miniatyriseringen og reduksjonen av analysatorens produksjonskostnader. Denne forbedringen vil gjøre det mulig å integrere analysatoren som en del av produksjonslinjen for ultrarent vann. De utviklede analysatorene tilhører teknologisk avanserte høyteknologiske enheter, basert på kunnskap, som ikke har noen motstykker på det globale markedet. De kjennetegnes av miniatyrisering, energibesparende strømforsyning, lave kostnader og tilpasning til kontinuerlig (inkludert telemetri) overvåking.