Chimica - METTLER TOLEDO

Chimica
Prospettive dell’analitica di processo
18
News
INGOLD
Leading Process Analytics
Protezione dalle esplosioni
Inertizzazione durante la centrifugazione
Comi Condor, uno dei principali produttori di centrifughe per il settore
della chimica fine, ha scelto METTLER TOLEDO per la misura di ossigeno
nel processo di inertizzazione dei suoi prodotti. Il risultato: maggior
produttività e migliori prestazioni delle centrifughe grazie al monitoraggio in processo ed alla minore necessità di manutenzione.
Centrifughe «leader»
La società Comi Condor, con sede in Italia,
produce per il settore farmaceutico e della
chimica fine centrifughe di alta qualità
da più di un secolo.
Comi Condor ha dedicato molti anni alla
ricerca dell’innovazione e di miglioramenti per lo sviluppo delle migliori tecniche di separazione in conformità ai più
severi requisiti industriali.
La società, fondata nel 1885, ha due impianti, a Milano e Pavia, dove sviluppa e
vende le sue centrifughe. È leader nella
produzione di centrifughe resistenti ed
affidabili, con particolare enfasi alla conformità e il rispetto della GMP per l’industria farmaceutica.
I più elevati requisiti di
inertizzazione
Comi Condor ha sviluppato un sistema di
controllo e monitoraggio basato sulla misura in continuo di sovrapressione e del
livello di ossigeno della centrifuga per
consentire di svolgere in sicurezza tutte
le operazioni di purificazione, riempimento, funzionamento e svuotamento
della centrifuga.
I requisiti di sicurezza per l’utilizzo delle
centrifughe (insieme a quelli necessari
per la certificazione per le aree a rischio)
possono variare da un paese all’altro.
L’Italia applica uno dei concetti più rigidi
che possano esistere: il controllo di sovrapressione e di ossigeno deve essere effettuato su tutte le centrifughe. Questo viene
considerato in tutto il mondo un metodo
di funzionamento più sicuro rispetto al
solo controllo della sovrapressione, dato
che soltanto il controllo dell’ossigeno può
garantire che quel particolare elemento
del triangolo di esplosione venga sempre
mantenuto entro un livello di sicurezza
durante tutte le fasi del processo di centrifuga.
Sensore
InPro 6800 G
Come veniva gestita inizialmente
la produzione
Comi Condor produce da decenni centrifughe sicure per il settore della chimica
fine utilizzando il controllo di ossigeno e
di sovrapressione. Tuttavia, le noiose e a
volte impreviste operazioni di manutenzione sui sistemi di estrazione di ossigeno
che utilizzavano venivano spesso considerate un notevole inconveniente dai clienti
di Comi Condor. Questo portava a ritardi
di produzione dei lotti, a una perdita di
resa e a una riduzione delle prestazioni
complessive della centrifuga.
Edizione / Redazione
Mettler-Toledo AG
Process Analytics
Im Hackacker 15
CH-8902 Urdorf
Svizzera
Illustrazioni
Mettler-Toledo AG
Comi Condor
Fred11 | Dreamstime.com
Documento soggetto a modifiche technice.
© Mettler-Toledo AG 07/ 11
Stampato in Svizzera.
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METTLER TOLEDO
Chimica News 18
Misura in processo di ossigeno
Comi Condor ha contattato METTLER
TOLEDO per una soluzione più affidabile
e di più semplice manutenzione. La scelta
del sensore InPro 6800 G si è rivelata la
soluzione migliore poiché questo sensore
può essere installato direttamente sulla
centrifuga e permette di eliminare il sistema di campionamento del gas utilizzato fino a quel momento. Grazie alla
struttura igienica ed ai certificati per l’utilizzo in applicazioni del settore farmaceutico, Comi Condor non ha avuto problemi
ad installare il sensore InPro 6800 G direttamente a contatto con i fluidi della
centrifuga ed ha riscontrato un notevole
risparmio di costi ed un incremento
dell’affidabilità del processo.
Accuratezza e rapidità
Dopo un periodo di prova soddisfacente,
Comi Condor ha constatato che la soluzione proposta da METTLER TOLEDO
garantiva un’eccellente accuratezza di
misura e un notevole risparmio di tempo.
Incremento della competizione
Comi Condor ha aumentato la propria
competitività offrendo ai suoi clienti centrifughe più affidabili che richiedono una
manutenzione minima e riducono i tempi
di fermo. Per nuove centrifughe in cui
Sensore di ossigeno
InPro 6800 G
Efficace dal punto di vista dei costi:
jSensore amperometrico significa che non sono necessari né
l’estrazione del gas né il sistema
di condizionamento, entrambi
costosi
Affidabile:
jNon influenzato dall’esposizione
all’acqua, al vapore o alla maggior parte dei solventi organici
Ridotta manutenzione:
jLa sostituzione della membrana
richiede solo pochi minuti e può
essere eseguita direttamente
dall’utente
sono necessari sia il controllo di ossigeno
che di sovrapressione, Comi Condor preferisce scegliere i sistemi amperometrici di
METTLER TOLEDO.
Tutti gli elementi del sistema sono provvisti di certificati per l’utilizzo in aree a
rischio di esplosione.
Per maggiori informazioni:
cwww.mt.com/o2-gas
InPro 7250
Un sensore di conducibilità resistente
Ottime prestazioni in condizioni di pH acido
Il mantenimento della giusta concentrazione nel corso della produzione di acido solforico
si basa sul controllo costante dell’idratazione dell’anidride solforica. La misura di conducibilità è ideale a scopo di monitoraggio, ma solo i sensori induttivi possono tollerare
ambienti acidi di processo. Una soluzione METTLER TOLEDO ha ridotto i costi di produzione
di un’azienda brasiliana.
La produzione di acido solforico
richiede un monitoraggio costante
Un attore globale nel campo dell’industria
chimica possiede un sito produttivo in
Brasile nel quale vengono prodotte grandi
quantità di anidride solforica. Questo
composto è utilizzato nello stabilimento
stesso come materia prima per altri
prodotti. L’anidride solforica
(SO3) viene generata in un processo continuo e quando non
può essere utilizzata altrove
nello stabilimento, viene lavata
con acqua per produrre acido
solforico da rivendere ad altre
aziende.
Il controllo della concentrazione di H2SO4 è fondamentale, perché una soluzione a
bassa concentrazione non
può essere venduta, mentre
una soluzione troppo forte
implica un utilizzo eccessivo di SO3 e, di conseguenza, una riduzione
della resa. A causa della
natura esotermica della reazione, non è pratico diluire
una soluzione altamente
concentrata nel corso di un
processo successivo. Allo
stesso modo, non è effi-
ciente in termini di costi di produzione
rendere più concentrata una soluzione.
Pertanto, per una produzione ottimale è
necessario un monitoraggio in continuo
di H2SO4 nel momento stesso in cui si
genera.
vano a diretto contatto con il liquido di
processo non subiscono interferenze che
riducono la precisione delle tradizionali
sonde. Inoltre, il rivestimento protettivo in
PFA del sensore è altamente resistente alle
sostanze chimiche aggressive.
Sensori di conducibilità induttiva
per ambienti ostili
Per questa applicazione, la soluzione ideale è quella di determinare la concentrazione di acido attraverso una misura in
linea di conducibilità; tuttavia, molti sensori non sono in grado di resistere a condizioni di processo acide ed a temperature
elevate. Questa azienda chimica stava cercando un sistema di misura accurato, con
un’elevata tolleranza alle condizioni critiche di processo e che fosse in grado di
fornire misure in tempo reale della concentrazione di acido. La società aveva
constatato che utilizzando sensori di conducibilità induttiva i valori erano esatti. I
tecnici dell’azienda, alla fine, hanno optato per un sistema METTLER TOLEDO
che costituito dal sensore di conducibilità
induttiva InPro 7250 con un rivestimento
protettivo in perfluoroalcossi (PFA) e dal
trasmettitore M420 Cond Ind.
Il trasmettitore M420 Cond Ind è un trasmettitore a due fili certificato per l’utilizzo in aree pericolose. Tra le sue funzioni, vi è la curva dell’acido solforico, che
fornisce una misura precisa della concentrazione all’interno di ampi intervalli di
conducibilità e temperatura.
Un sensore affidabile migliora
la produttività
Il nostro cliente, grazie al sistema
METTLER TOLEDO e al conseguente controllo dell’anidride solforica, può ora
mantenere la concentrazione di H2SO4
all’interno dei valori desiderati. Non si
produce più un acido solforico troppo debole o troppo forte: in questo modo, si è
ridotto lo spreco di SO3 ed è aumentata la
produttività dell’impianto. Il successo di
questa applicazione ha portato anche
all’installazione di altri sistemi in ulteriori unità presenti nello stabilimento.
I sensori InPro 7250 sono stati progettati
proprio per l’utilizzo in condizioni critiche
di processo. Poiché gli elettrodi non si tro-
Se avete bisogno di misurare la conducibilità in processi difficili, visitate:
cwww.mt.com/InPro7250
Sensore di conducibilità
induttiva InPro 7250
METTLER TOLEDO
Chimica News 18
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InPro 4850 i
Misura affidabile di pH
nella produzione del cloro
Nell’industria dei cloro-alcali (cloro-soda), la massimizzazione della produttività è ostacolata dalle misure
non sempre affidabili e dalla breve durata delle sonde di pH tradizionali. Il nuovo sensore di pH a doppia
membrana InPro 4850 i è stato progettato per l’utilizzo in applicazioni critiche come la produzione dei cloroalcali. La sua affidabilità, la lunga durata della sua vita utile e la ridotta manutenzione garantiscono un’eccezionale affidabilità e sicurezza dei processi.
La richiesta di cloro aumenta
Il cloro è uno dei componenti più utilizzati
nei processi di produzione industriale.
Inoltre, è la sostanza chimica più importante nell’ambito della depurazione
dell’acqua. Pertanto, con il continuo sviluppo globale, la richiesta di cloro aumenta. Oggi la produzione mondiale di
cloro si attesta intorno ai 55 milioni di
tonnellate.
L’importanza del controllo di pH
nella produzione di cloro
La produzione di cloro attraverso il processo cloro-soda si svolge, normalmente,
tramite un’elettrolisi a membrana: la salamoia (soluzione di cloruro di sodio)
viene sottoposta a elettrolisi per produrre
cloro gassoso all’anodo e, come copro-
dotti, soda caustica e idrogeno al catodo.
Anodo e catodo sono separati da una membrana semipermeabile a scambio ionico la
cui funzione è quella di tenere separati il
cloruro e gli ioni ossidrili. Infatti se avviene la loro reazione, il cloro disproporziona a ione cloruro e ione ipoclorito
cloridrico. Un pH inferiore migliorerebbe
la resa, ma al contempo danneggerebbe la
membrana della cella, molto costosa da
sostituire. La salamoia che esce dalla cella
contiene clorato. Tramite un processo di
distruzione acida a pH 2, questo clorato
viene convertito in cloro ed estratto.
In diversi passaggi del processo sopra descritto, il valore di pH riveste una grande
importanza. La purezza della salamoia
che entra nella cella influenza notevolmente la resa del processo. Aggiungendo
diversi sali e aumentando il pH fino a un
valore di 10–12, è possibile estrarre le impurità, come i solfati e gli idrossidi di
metalli. All’anodo della cella di elettrolisi
la reazione avviene in condizioni di acidità (pH 3–4) grazie all’aggiunta di acido
Sensore resistente alle condizioni
più difficili
Un accurato monitoraggio di pH è fondamentale per garantire operazioni efficienti. Tuttavia, le condizioni in cui si
svolge il processo cloro-soda sono molto
ostili per i sensori di pH: il cloro danneggia
il sistema di riferimento del sensoree così
la salamoia cristallizzata e le impurità
precipitate ostruiscono il diaframma. Le
conseguenze sono una scarsa precisione
Sensore di pH a doppia membrana InPro 4850 i
vetro sensibile agli ioni H+
Solution ground
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METTLER TOLEDO
Chimica News 18
vetro sensibile al Na+
delle misure e una breve durata della vita
utile del sensore. E’ necessario, pertanto,
effettuare una frequenza pulizia e taratura del sensore, ma questo richiede un
enorme investimento di tempo dei tecnici.
Il nuovo sensore di pH a doppia membrana
InPro 4850 i di METTLER TOLEDO è stato
progettato specificamente per le necessità
dell’industria dei cloro-alcali. Due sono le
caratteristiche che rendono questo sensore
la scelta ideale.
1: vetri sensibili al pNa e al pH
Nel sensore sono incorporati due tipi di
membrana di vetro. La prima membrana
è sensibile agli ioni sodio ed è usata come
riferimento. La seconda è sensibile agli
ioni ossonio e funziona esattamente come
la maggior parte dei sensori di pH.
Misurando la differenza tra i potenziali
delle due membrane di vetro, è possibile
determinare in modo preciso il pH della
soluzione. Il riferimento pNa sensibile al
Cl2
sodio è un sistema completamente chiuso;
non c’è diaframma, perciò la possibilità di
danneggiamento o intasamento del sensore viene eliminata.
trasmettitore senza essere influenzato
dalle interferenze elettriche, dalla lunghezza del cavo o dall’umidità dell’ambiente circostante.
2: Segnale digitale per misure
stabili
Sono disponibili anche altri sensori di pH/
pNa, che però subiscono una forte influenza da parte delle interferenze elettriche. Il vetro sensibile al sodio ha un’impedenza molto elevata la cui presenza,
combinata con quella dell’impedenza del
cavo tra il sensore e il trasmettitore, significa che il solo toccare o perfino l’avvicinarsi al sistema può provocare modifiche
nella misura. Più lungo è il cavo maggiore
è l’influenza esercitata.
Il sensore InPro 4850 i è dotato della tecnologia Intelligent Sensor Management
(ISM) di METTLER TOLEDO. Tutti i sensori ISM trasmettono un segnale digitale
ai trasmettitori; la comunicazione digitale, però, non è il solo vantaggio della
tecnologia ISM. La funzione «plug and
measure» garantisce un avviamento facile e veloce del punto di misura, mentre
la diagnostica avanzata fornisce dati in
tempo reale sulla «salute» del sensore,
permettendo di avviare le azioni correttive
necessarie prima che la misura venga alterata.
La seconda importante caratteristica del
sensore InPro 4850 i è che comunica digitalmente con il suo trasmettitore. In questo modo, il segnale di uscita dal sensore
è sempre stabile al 100% e raggiunge il
Anodo Catodo
H2
Salamoia
esausta
Prestazioni estremamente
affidabili
Grazie alla combinazione di membrane
sensibili al pNa e pH con tecnologia ISM,
il sensore InPro 4850 i garantisce, per il
processo cloro-soda, un’affidabilità di misura e una stabilità del segnale ineguagliabili, una lunga vita utile del sensore e
requisiti di manutenzione minimi.
Scoprite tutto sull’InPro 4850 i su:
cwww.mt.com/InPro4850
cwww.mt.com/ISM
Salamoia
satura
NaOH
Schema del processo cloro-soda con cella a membrana
METTLER TOLEDO
Chimica News 18
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Titolatore compatto G20
Efficaci soluzioni di titolazione
Catalizzatori di successo
Nel maggio 2009, la Johnson Matthey Catalysts ha analizzato i catalizzatori industriali con
il nuovo titolatore compatto G20 di METTLER TOLEDO. Visti gli ottimi risultati del beta test,
l’azienda ha acquistato tre unità per il proprio laboratorio di ricerca, delle quali apprezza
soprattutto l’intuitiva inter­faccia operatore, la semplicità d’uso e la possibilità di ­archiviare
fino a cinque metodi personalizzati.
A sostegno dell’ambiente
La Johnson Matthey Catalysts GmbH di
Redwitz, Germania, produce catalizzatori
per il controllo delle emissioni inquinanti.
Questi dispositivi consentono di ridurre le
emissioni di ossidi di azoto (NOx), tra i
maggiori inquinanti prodotti dagli scarichi industriali di centrali elettriche, inceneritori, motori diesel stazionari e veicoli
industriali alimentati a gasolio.
Lo stabilimento di Redwitz produce sostanzialmente due tipi di catalizzatore, un
modello estruso a nido d’ape e un modello
Achim Hösch della
Johnson Matthey
Catalysts avvia la titolazione con il sistema
One Click®.
6
METTLER TOLEDO
Chimica News 18
a piastra. Entrambi funzionano secondo
lo stesso principio, la cosiddetta «riduzione catalitica selettiva» (SCR). La tecnologia SCR riduce chimicamente gli NOx
in acqua e azoto, sostanze innocue, grazie
ad un agente riducente come l’ammoniaca.
L’affidabilità dei test
è fondamentale
L’affidabilità dei test sui catalizzatori è
essenziale per il laboratorio di ricerca tecnica della Johnson Matthey, dove si analizzano l’efficienza e l’attività residua di
catalizzatori nuovi e usati allo scopo di
evitare problemi nella produzione ed elevati costi operativi.
Innanzitutto l’attività catalitica in percentuale di turnover viene determinata
misurando l’ammoniaca residua dopo
la riduzione catalitica durante l’esecuzione di un test. Il gas di scarico viene
raccolto e trasformato in liquido. Dopo
la distillazione, il contenuto di ammoniaca viene misurato tramite una semplice titolazione acido/base utilizzando il
Phototrode DP5 di METTLER TOLEDO per
cogliere il viraggio dell’indicatore. Poiché
il rapporto tra NOx e ammoniaca è 1:1,
l’attività del catalizzatore è inversamente
proporzionale alla concentrazione di ammoniaca.
Un secondo test misura le reazioni collaterali del catalizzatore. Il biossido di zolfo
viene raccolto dai gas di scarico mediante
un condensatore, ossidato e determinato
come acido solforico con una semplice
titolazione end-point con idrossido di sodio. Il risultato è la percentuale di ossidazione, che indica l’efficienza della reazione collaterale.
Semplicità d’uso
Nel maggio 2009 la Johnson Matthey
Catalysts ha partecipato al beta-test del
nuovo titolatore compatto G20 di
METTLER TOLEDO, molto apprezzato da
Achim Hösch, tecnico del laboratorio di
ricerca.
Dopo una breve formazione, tutti gli operatori erano in grado di usare il titolatore
per sviluppare metodi ed eseguire analisi.
Il G20 presenta un’interfaccia intuitiva e
facile da usare, e può archiviare fino a
cinque metodi personalizzati. Questo consente ai diversi utenti di creare metodi
dedicati per campioni di dimensioni diverse. Achim Hösch commenta che «I tasti
di scelta rapida e l’avvio OneClick® sono
funzioni straordinarie, particolarmente
vantaggiose per la nostra routine quotidiana». Anche la stampante compatta con
connessione USB è stata apprezzata.
Quando il nuovo titolatore compatto G20
è stato presentato sul mercato (dopo aver
superato il beta test), la Johnson Matthey
Catalysts ha acquistato tre di questi
­strumenti, portando il laboratorio di ricerca a livelli di avanguardia. Dal momento che l’azienda è certificata DIN EN
ISO 9001 / 14001, si avvarrà anche degli
ottimi servizi METTLER TOLEDO di qualificazione e manutenzione preventiva.
cwww.mt.com/G20-titrator
Il titolatore compatto G20
analizza i catalizzatori
in maniera effi­ciente e in
condizioni realistiche.
METTLER TOLEDO
Chimica News 18
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Intelligent Sensor Management
Semplice integrazione dei dati del sensore
I vantaggi di ISM nel controllo di processo
L’integrazione dei dati di Intelligent Sensor Management nei sistemi di controllo dei processi
garantisce diversi benefici. Le informazioni in tempo reale sulle misure analitiche, sui dati
del sensore e sulla diagnostica permettono un miglior controllo di processo, una maggior
sicurezza ed affidabilità dei processi e una più semplice pianificazione della manutenzione.
Il che equivale a un aumento della produttività e ad una riduzione dei costi operativi.
Molto più di una misura accurata
La tecnologia ISM (Intelligent Sensor
Management) non solo offre dei dati di
misura precisi, ma fornisce anche una
sofisticata diagnostica del sensore che assicura informazioni in tempo reale sulla
vita utile del sensore e sulla pianificazione
della taratura e manutenzione. I trasmettitori Mettler-Toledo dotati di ISM visualizzano le informazioni di diagnostica in
tempo reale, restituendo all’utente dati in
continuo sulle condizioni del sensore installato in impianto.
Maggiore produttività a costi
inferiori
Le informazioni in tempo reale sulle misure e sulla diagnostica possono essere
facilmente integrate nei sistemi di controllo dei processi, per un comodo monitoraggio dalle stanze di controllo. Questo
consente ai tecnici e ai responsabili di
migliorare il controllo dei processi e allo
stesso tempo di tenere traccia della «sa-
lute» dei sensori presenti in un intero
stabilimento. La diagnostica del sensore
implica che la manutenzione del punto di
misura possa essere gestita in modo più
efficiente. Non si verificano più interruzioni non programmate della produzione
dovute al guasto di un sensore e, grazie
all’aumento della disponibilità operativa
e alla riduzione della manutenzione, si
assicura un incremento della produttività
e un abbassamento dei costi operativi.
Gestione del sensore facile
e veloce
Inoltre i sensori ISM possono essere pretarati e conservati per un uso successivo.
Grazie anche alla funzionalità «plug and
measure», connetti e misura, non appena
un sensore si guasta, è possibile provvedere alla sua sostituzione ed essere operativi nel giro di pochi secondi. La funzionalità «plug and measure» assicura
un’installazione e una sostituzione del
sensore veloce, facile e a prova di errore.
Protocolli di comunicazione
digitale per ogni esigenza
La tecnologia ISM offre l’opportunità
unica di trasmettere in tempo reale al sistema di controllo, oltre ai dati di misura
anche tutte le informazioni relative allo
stato del sensore. Ciò consente di ottenere
una maggiore sicurezza dei processi poiché il trasmettitore riconosce in modo
automatico il sensore, è possibile avere una
completa tracciabilità dello stato diagno-
8
METTLER TOLEDO
Chimica News 18
stico del sensore e una migliore affidabilità
della misura. La tecnologia ISM permette
quindi di creare delle soluzioni su misura
per analisi in processo anche per applicazioni industriali in condizioni stringenti.
METTLER TOLEDO offre anche una vasta
gamma di trasmettitori con protocolli
HART e fieldbus, come il FOUNDATION
Fieldbus e il Profibus PA. Gli strumenti per
la gestione delle risorse, quali l’AMS
(Emerson), il PDM (Siemens) e lo standard
aperto FDT / DTM garantiscono la massima compatibilità.
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dati di misura e di diagnostica, incluse
tutte le descrizioni del dispositivo, tramite
interfacce standardizzate per i protocolli
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monitorare costantemente ed in modo
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METTLER TOLEDO
Chimica News 18
9
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ossigeno, da conducibilità ad
ozono e TOC.
jLa tecnologia digitale mette
a disposizione sensori pretarati, ne migliora le prestazioni analitiche ed il controllo diagnostico.
jUn insieme di soluzioni
uniche nel loro genere con­
sente di ottimizzare la manutenzione lungo tutto il ciclo di
vita del sensore.
E questo è solo l’inizio.
Personalizzabile
ISM offre soluzioni su misura per ciascun settore industriale.
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e la completa documentazione elettronica offrono piena tracciabilità.
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e la gestione ottimizzata della manutenzione migliorano l’affidabilità dei
processi e riducono i costi di manutenzione.
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misure più affidabili e necessitano di minore manutenzione.
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METTLER TOLEDO
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