Hydrolab – Overvågning af processer

Stigende krav til kvaliteten af ultrarent vand (f.eks. til brug inden for farmaci og bioteknologi) medfører et konstant behov for at øge graden af overvågning og kontrol af processen med at producere vand af så høj kvalitet. De parametre, der i stigende grad skal overvåges, er ledningsevne og indholdet af organisk kulstof (TOC – Total Organic Carbon).

Virksomheden Hydrolab fokuserer på fremstilling af udstyr, der er udstyret med kontrol- og målepaneler. Disse enheder er ergonomiske, pålidelige og giver også brugeren mulighed for bekvemmelighed og brugervenlighed. I processen med at skabe nye løsninger fokuserer virksomheden på de bedste og mest pålidelige løsninger, der findes på markedet for elektronik og automatisering. Systemerne sikrer kontinuerlig overvågning af det producerede vands ledningsevne og temperatur. Forsknings- og udviklingsafdelingen arbejder intensivt med måling af TOC-parameteren. Derudover giver automatiseringssystemet dig mulighed for at kontrollere mange parametre. Disse er systemets driftstryk, niveauet for påfyldning af tanke, automatisk volumetrisk dosering af vand og mange andre.

Elektrisk ledningsevne

En af de mest populære måleparametre, der er proportional med vandets renhed, er dets elektriske ledningsevne. (Kaldes også specifik elektrolytisk ledningsevne.) Normerne PN-EN 27888 og PN-EN 60746-3 vedrører bestemmelse af elektrisk ledningsevne i alle vandtyper. Den specifikke elektriske ledningsevne (udtrykt i [S/m]) er den omvendte af den specifikke elektriske modstand (udtrykt i [Ωm]) målt under specifikke forhold mellem de modstående vægge i en enhedskube af en vandig opløsning med specifikke dimensioner.

I praksis er den mest populære enhed for specifik elektrisk ledningsevne [μS/cm] eller den tilsvarende enhed for specifik elektrisk modstand [MΩ – cm]. Elektrisk ledningsevne er et mål for koncentrationen af ioniserende opløste stoffer i prøven. Under målingerne af ledningsevne er en vigtig faktor den cellekonstant (udtrykt i [m-1]), der anvendes til målingerne, og som afhænger af cellens geometriske dimensioner. Generelt kan det antages, at cellekonstanten K er givet ved formlen:

K = l/A

hvor: l er længden af den elektriske leder, mens A er det effektive tværsnitsareal af den elektriske leder.

Elektrisk ledningsevne er et mål for den strøm, der ledes af de ioner, der findes i vand. Den afhænger af ionernes koncentration og art samt opløsningens temperatur og viskositet. Rent vand har en specifik elektrisk ledningsevne på 0,05483 μS/cm ved 25 °C som følge af selvdissociation. Standarden PN-EN 27888 specificerer i detaljer metoden til fremstilling af standardopløsninger med kendte ledningsevner ved 25 °C. Standardopløsninger kan bruges under test, kalibrering og kalibrering af udstyr til måling af ledningsevne.

Typer af måleinstrumenter

Når man måler den elektriske ledningsevne i vand, kan man bruge en af to typer instrumenter. Den første type er et apparat, der er udstyret med en dyppe- eller flowledningscelle med to eller flere elektroder. Den anden type er et apparat med induktionselektroder. Hydrolabs produkter fokuserede primært på målinger ved hjælp af proprietære konstruktioner af konduktometre med en flowcelle med to elektroder. Flowbeholdere anbefales til målinger af ledningsevne på mindre end 100 μS/cm. De bruges til måling af ultrarent vand. Luft fjernes i flowbeholderne, hvilket kan påvirke måleresultatet for den lave ledningsevneværdi negativt. I henhold til PN-EN 27888-standarden anbefales værdierne for cellekonstantværdien for givne ledningsevnemåleområder. Det antages, at jo højere ledningsevne, jo større er værdien af cellekonstanten. Ved måling af ultrarent vand anvendes normalt beholdere med en konstant på 0,1 eller 0,01. Hydrolabs ledningsevnemålere er udstyret med et kontrolsystem, der tager højde for den konstante celle.

Temperaturens indflydelse

For at opnå høj præcision skal ledningsevnemålinger foretages, når prøven og ledningsevnecellen er i ligevægt ved 25 °C ± 0,1 °C. Dette gør det muligt at eliminere fejl på grund af brug af temperaturkompensatorer eller på grund af matematiske kompensationsmetoder. Til præcisionsmålinger skal der bruges et termometer med en målenøjagtighed på ± 0,1o°C i det målte temperaturområde. Til rutinemæssige målinger er et termometer med en målenøjagtighed på ± 0,5 °C tilstrækkeligt.

Kompensation

I praksis er det dog meget vanskeligt at måle ved 25 °C ± 0,1 °C i de fleste anvendelser. Derfor korrigeres den målte konduktivitetsværdi til den tilsvarende konduktivitet ved 25 °C. Korrektionen foretages ved hjælp af en passende korrektionsmultiplikator, hvis metode er beskrevet i detaljer i PN-EN27888. Takket være den passende kompensationsmetode får vi et måleresultat, der nemt kan sammenlignes med andre måleresultater, der også er foretaget ved andre temperaturer. Uanset typen af temperaturkompensation vil det resulterende kompenserede resultat være mindre nøjagtigt end det faktiske resultat målt ved en referencetemperatur på 25 °C. Tidligere blev 20 °C brugt som referencetemperatur. Hydrolabs ledningsevnemålere giver mulighed for at vælge referencetemperaturen via brugergrænsefladen.

Typer af temperaturkompensation

Derudover kan Hydrolabs ledningsevnemålere måles i en af tre tilstande:
– uden at tage højde for temperaturkompensation af resultatet
– med lineær kompensation
(mulighed for at ændre α-faktoren, der bestemmer den procentvise ændring i ledningsevne forårsaget af en temperaturændring på 1 °C)
– inklusive ikke-lineær kompensation, som er den mest nøjagtige metode til temperaturkompensation i applikationer med ultrarent vand.

Forstyrrende faktorer

Under ledningsevnemålinger skal man være opmærksom på forstyrrende faktorer. Måleresultaterne kan blive påvirket af prøveforureninger i form af suspensioner, fedt eller olie, der kan blokere elektrodernes overflade. Det resulterer i en ændring i cellekonstanten. Et andet vigtigt element, der skal undgås under målingerne, er polariseringseffekten. Den opstår på elektrodernes overflade. Polariseringen finder sted, når den strøm, der flyder mellem elektroderne, forårsager elektrolyse og som følge heraf delvist isolerer elektrodernes overflade. For at undgå polarisering kan du bruge:

• AC-målinger ved en tilstrækkelig høj frekvens
• fire eller seks elektrodemålinger med separate strøm- og potentialmåleelektroder
• induktive eller kapacitive målinger, der består af en kombination af en elektrolytisk leder og et elektrisk målekredsløb gennem ikke-ledende medier.

Indholdet af organisk kulstof TOC

Stigende krav til kvaliteten af ultrarent vand (f.eks. til brug inden for farmaci og bioteknologi) fremtvinger et konstant behov for at øge graden af overvågning og kontrol af processen med at producere vand af så høj kvalitet. En af de parametre, der i stigende grad skal overvåges, er indholdet af organisk kulstof (TOC – Total Organic Carbon). Indholdet af organisk kulstof TOC bestemmes ud fra forskellen mellem det samlede indhold af kulstof TC og det uorganiske indhold af kulstof TIC i henhold til følgende formel:

TOC = TC – TIC

Der findes en række måleinstrumenter og TOC-analysatorer, som giver mulighed for en detaljeret og meget præcis bestemmelse af TOC-parameterværdien. Desværre er disse instrumenter meget komplicerede, og deres pris er meget høj. Derudover er en vigtig ulempe ved det almindeligt tilgængelige udstyr for det meste behovet for off-line drift, dvs. at indføre den testede prøve i målekammeret og udsætte den for analyse. I processen med at rense og forberede ultrarent vand er det imidlertid vigtigt at overvåge parametrene for det opnåede produkt online, så du straks kan reagere på ændringer (forringelse) i kvaliteten og indføre ændringer (f.eks. udskiftning af filterelementer).

Hydrolabs forsknings- og udviklingsafdeling arbejder intensivt på at udvikle metoder til måling af TOC-parameteren. Vores prioritet er at gøre målingen mulig online (i strømmende vand).

Det andet vigtige aspekt er miniaturiseringen og reduktionen af analysatorens produktionsomkostninger. Denne forbedring vil gøre det muligt at integrere analysatoren som en del af produktionslinjen for ultrarent vand. De udviklede analysatorer tilhører teknologisk avancerede højteknologiske enheder, baseret på viden, som ikke har nogen modstykker på det globale marked. Deres karakteristiske træk er: miniaturisering, energibesparende strømforsyning, lave omkostninger og tilpasning til kontinuerlig (herunder telemetri) overvågning.