pH-Kontrolle

pH-Regelsysteme zeichnen sich durch extreme Regelbarkeit und Empfindlichkeit aus, unterliegen jedoch auch Schwierigkeiten, die sich aus dem Kontakt zwischen Messelektroden und aggressiven Flüssigkeiten ergeben. Fallbeispiele repräsentativer Installationen zeigen, dass der Erfolg bei der Implementierung dieser pH-Regler nicht nur von der Bewertung der Komplexität des Regelkreises und der Auswahl einer Regelstrategie abhängt, sondern auch davon, dass Fallstricke bei der Spezifizierung und Installation

von Instrumenten, Geräten und Rohrleitungen erkannt und vermieden werden. Ich habe in den letzten 5 Jahren bei der Rettung von über 50 versagenden pH-Regelsystemen mitgewirkt und bin noch rational genug, um Ihnen

davon zu berichten. Die meisten

Menschen bemerken kaum, dass ich bei der Erwähnung der Wasserstoffionenkonzentration zusammenzucke. Warum ist die pH-Regelung ein Problem? Warum ist die pH-Regelung ein Problem? Schließlich gibt es eine seltsame, aber einfache Messskala von 0 bis 14 dimensionslosen Einheiten, Messelektroden,

die es schon so

lange gibt, dass sie gut verstanden und leicht anzuwenden sind, und Gerätehersteller, die mittlerweile wohl jede mögliche Anwendung gesehen haben. Die reale Welt Eine Reihe weiterer Einschränkungen erschwert die pH-Regelung zusätzlich. Diese reichen von der Notwendigkeit, die Elektroden zu befeuchten – mit der daraus resultierenden Anfälligkeit für Leckagen und Angriffe durch die Flüssigkeit – bis hin zu langen Verzögerungen, die durch die

Notwendigkeit entstehen, große Mengen an Prozessmaterialien mit kleinen Mengen an Reagenzien zu mischen. Selbst mit einem guten Verständnis der Mess- und Regelungskonzepte verleihen diese realen Effekte dem pH-Wert etwas Geheimnisvolles. Warum ist die pH-Regelung ein Problem? Schließlich gibt es eine

seltsame, aber einfache Messskala von 0 bis 14

dimensionslosen Einheiten,
Messelektroden, die es schon so lange gibt, dass sie gut verstanden und leicht anzuwenden sind, und Gerätehersteller, die mittlerweile wohl jede mögliche Anwendung gesehen haben. Wählen Sie

das richtige

Manometer für
Ihre Anwendung pH-Panel-Controller Dank seiner geringen Größe lässt er sich leicht installieren und ist mit jeder pH-Elektrode mit BNC-Anschluss kompatibel. Die Temperaturkompensation

erfolgt entweder manuell oder

Überprüfung der Elektroden durch den verringerten Komfort bei der Überprüfung der Trendaufzeichnungen ausgeglichen wird. Injektionselektroden sollten nach Möglichkeit gegenüber Probenhalterbaugruppen bevorzugt werden, um Probleme der Wartung zu reduzieren und die Ansprechzeiten zu verbessern – aber nicht alle Injektionselektroden sind gleich. Große Tanks sind in Ordnung, wenn Sie sie nicht steuern müssen; nutzen Sie das Volumen stromaufwärts, um den Reagenzienverbrauch zu reduzieren, oder stromabwärts, um

Regelungsfehler zu reduzieren. Wenn Sie sich nicht entscheiden können, wo Sie einen einsetzen sollen, setzen Sie ihn stromabwärts ein. Installieren Sie eine oder drei, aber niemals zwei Elektroden für eine pH-Messung. Eine grundlegende Schwierigkeit besteht darin, dass – wie unzählige Artikel, Fachartikel und Lehrbücher hervorheben – die pH-Skala Wasserstoffionenkonzentrationen von 100 bis 10-14 Mol pro Liter entspricht. Keine andere gängige Messung deckt einen so enormen Messbereich ab. Eine weitere inhärente Einschränkung besteht darin, dass Messelektroden auf Veränderungen von nur 0,001 pH reagieren können, sodass Geräte Veränderungen der Wasserstoffionenkonzentration

von nur 5x10-10 Mol pro Liter bei 7 pH verfolgen können. Keine andere gängige Messung weist eine derart enorme Empfindlichkeit auf. Die Auswirkungen einer so großen Messspanne und Empfindlichkeit lassen sich anhand eines kontinuierlichen Rückkopplungsneutralisationssystems für eine starke Säure und eine starke Base veranschaulichen. Der Reagenzfluss sollte im Wesentlichen proportional zur Differenz zwischen der Wasserstoffionenkonzentration der Prozessflüssigkeit und dem Sollwert sein. Ein Reagenzregelventil muss daher eine Messspanne von mehr als 10.000.000:1 für einen Sollwert

von 7 pH, wenn der einströmende Strom zwischen 0 und 7 pH schwankt. Darüber hinaus wirken sich Unsicherheiten im Hub des Regelventils direkt auf den pH-Wert aus, sodass eine Hysterese von nur 0,00005 % bei einem Sollwert von 7 pH zu einer

Abweichung von 1 pH führen kann.

Die Situation ist vergleichbar mit dem Golfspielen. Die Entfernung vom Abschlag zum Grün entspricht der Regelbarkeit, und das Verhältnis des Lochdurchmessers zu dieser Entfernung entspricht der Empfindlichkeit. Bei einer Anwendung, bei der eine starke Base benötigt wird, um eine starke Säure zu neutralisieren, oder umgekehrt, würde

der Abschlag etwa 1.000.000 Meter vom Grün entfernt sein und das Loch hätte einen Durchmesser von etwa 3,5 Zoll. Ein Hole-in-One wäre unmöglich. Und die Verwendung von Regelventilen gleicher Größe in jeder Stufe wäre so, als würde man einen Gorilla engagieren, um den Ball mit einem Schlag auf das Grün zu schlagen, und dann feststellen, dass er beim Putten dazu neigt, das Loch zu überschießen. Wie ist es unter diesen

Bedingungen

überhaupt möglich, einen Prozess zu steuern? Die Einschränkungen hinsichtlich Regelbereich und Empfindlichkeit können überwunden werden, indem man sich dem Sollwert schrittweise nähert und dabei sukzessive kleinere Regelventile mit leistungsstarken Stellungsreglern verwendet. Typische Probleme bei der pH-Regelung Es gibt keine wirklich typischen pH-Komplikationen. Und die Systeme, die

einfach zu implementieren sind, werden nicht an diejenigen von uns weitergeleitet, die InTech als die Nerds aus der zentralen Technik bezeichnet. Aber die Installationen, die ich beschreiben werde, sind typisch für diejenigen, denen ich in letzter Zeit begegnet bin, und veranschaulichen die Arten von Problemen, mit denen Sie rechnen müssen. Um Auseinandersetzungen mit unserer Rechtsabteilung über geschützte Informationen zu vermeiden, werde ich keine Orte oder Namen nennen; ich würde es sogar vorziehen, wenn Sie meinen Namen nach der Lektüre vergessen

würden. Um Ihnen zu helfen, meine Schwierigkeiten und die, denen Sie selbst begegnen werden, zu bewältigen, habe ich Tabelle I erstellt, in der ich die „Fakten des Lebens” aufgeführt habe. Prägen Sie sich diese Tabelle ein, denn morgen früh werden Sie dazu befragt. Wo ist der Tank? Bei einer Anwendung ging es um einen starken Säureabfluss, der durch ein stark basisches Reagenz neutralisiert werden sollte. Der Auftrag kam herein, weil der pH-Wert trotz aller Bemühungen, die Regler einzustellen,

das Reagenz manuell zu dosieren und den Zufluss zu regulieren, zwischen 0 und 14 schwankte. Als ich in der Anlage ankam, schaute ich mich um und sah keinen einzigen Tank. Plötzlich wurde mir klar, dass ich ein großes Problem hatte. Abbildung 1a zeigt das ursprüngliche Steuerungssystem. Dieses verwendete einen Verhältnisregler, um das Reagenz dem Säureabfluss stromaufwärts eines Inline-Mischers zuzuführen. Ein separater pH-Regler wurde in einer Schleife an einem Sumpf verwendet. Die Systementwickler waren sich nicht bewusst, dass sowohl der Durchflussmessfehler als auch die Hysterese des

Durchflussregelventils weniger als 0,00005 % betragen müssen, um innerhalb von 1 pH des Sollwerts von 7 pH zu bleiben. Sie gingen davon aus, dass die Störungen gering sein würden, da sich die Zusammensetzung der Abfälle nur langsam änderte und der Durchfluss durch einen Regler festgelegt war. Das Konstruktionsteam kannte die Tatsache Nr. 1 nicht. Ein System mit einer starken Säure und einer starken Base erfordert normalerweise drei

Regelstufen, um eine Lösung innerhalb von 1 pH von 7 pH zu halten (Ref. 1). Da die Kosten als Faktor im Vordergrund standen, behielt ich den vorhandenen Mischer und Sumpf als eine Stufe bei und fügte zwei vertikale, gut durchmischte Tanks für die zweite und dritte Stufe hinzu.

Außerdem erklärte ich mich bereit, keine Steuerungen für die dritte Stufe zu installieren, bis deren Notwendigkeit nachgewiesen war. Das Volumen der dritten Stufe diente



daher als Filter für die Schwankungen aus der zweiten Stufe. Für die erste Kontrollstufe begannen wir damit, das Verhältnisdurchflusssystem durch eine schnelle Inline-pH-Regelung zu ersetzen. Diese erhielt einen Fernsollwert von einem zweiten pH-Regler am Sumpf.

Die schnelle Inline-Regelung würde die Korrektur einleiten und sich auf das Sumpfvolumen stützen, um Abweichungen der Wasserstoffionenkonzentration auszugleichen. Die lineare Steuerungssystemanalyse sagte voraus, dass diese Kombination genauso effektiv sein würde wie ein einzelner gut durchmischter vertikaler Tank. Das funktionierte jedoch nicht. Die dynamische Simulation zeigte, dass die Inline-Schleife bei allen Reglereinstellungen zwischen 0 und 14 pH schwanken würde. Ein Anlagentest bestätigte das Ergebnis. Zunächst dachte ich, dass

der Sumpf irgendwie nicht die erwartete Filterung lieferte. Dann erinnerte ich mich an Tatsache Nr. 2. Der Filter wirkte auf die Wasserstoffionenkonzentration, nicht auf den pH-Wert. Der Sumpf dämpfte die Konzentrationsschwankungen

Faktor 100, was jedoch nur einer Abnahme von 2 pH-Werten entsprach. Die Dämpfung wurde verbessert, indem der Abstand zwischen Mischer und Regelventil sowie den Elektroden verringert wurde, sodass die Schwankung schneller ablief. Der zweite Zustand hatte einen Notch-Gain-pH-Regler, dessen Ausgang eine Impulsfrequenz lieferte, die proportional zu einem analogen Signal war. Bei einer Reglerausgabe von über 25 % wurde das Ventil normal gedrosselt; unter 25 % wurde der Ventilbereich mithilfe der Impulsfrequenz oder der Intervallsteuerung erweitert. Bild

des Reagenzes ABBILDUNG 1. Wo ist der Tank? (a) – erfolgloses und (b) – erfolgreiches pH-Regelsystem für einen kontinuierlichen Neutralisationsprozess, der ursprünglich keinen Mischbehälter hatte. Abbildung 1b zeigt die verbesserte Installation. Dieses System konnte den pH-Wert am Ausgang der dritten Stufe innerhalb des gewünschten Offset-Bandes halten. Allerdings war der Sumpfregler schwer einzustellen, und die Erholung nach dem Start oder einer Änderung des Sollwerts des Abflussreglers verlief langsam. Wenn ich dieses System heute entwerfen würde, würde ich eine Vorwärtskopplungsschleife am Sumpf anbringen und Steuerungen an der dritten Stufe installieren. Außerdem würde ich die Vorwärts- und

Rückkopplungssignale

charakterisieren. Die Charakterisierung würde die Berechnung des Reagenzienbedarfs aus der pH-Messung unter Verwendung der Titrationskurve und die Verwendung des Ergebnisses als Regelungsbefehl umfassen. Dies würde die Nichtlinearität, die Erholungszeit, die Empfindlichkeit und die Einstellschwierigkeiten reduzieren. Mikroprozessorbasierte Regler können die erforderliche Genauigkeit bei der Berechnung und einfache Implementierung bieten . Wie bei jedem neuen System verlief die Inbetriebnahme nicht ohne Fehler. Einige waren ganz gewöhnlicher Natur – wie

vertauschte Kabel und falsch kalibrierte Stellungsregler. Andere waren von der magisch-mysteriösen Art, die für pH-Systeme typisch ist. Bei hohen pH-Werten sank
beispielsweise der Messwert mit


zunehmendem Durchfluss des starken Basenreagenzes. Wie Sie sich vorstellen können, trieb dies das Steuerungssystem – und uns – fast in den Wahnsinn. Das Problem lag darin, dass die Messelektroden in der Inline-Schleife nicht für Glas mit hohem pH-Wert spezifiziert waren. Normalerweise würde dies dazu führen, dass der Messwert am oberen Ende der Skala um etwa 1 pH zu niedrig angezeigt wird. In unserem

Fall führte dies zu einer umgekehrten Reaktion. Dieses Verhalten wurde vom Hersteller bestätigt und durch den Austausch der Elektroden durch Geräte mit geringem Natriumionenfehler korrigiert. Ein weiterer mysteriöser Effekt war, dass die Elektrodenreaktion für den gut durchmischten Tank unregelmäßig wurde. Wir fanden Wasser an den Anschlüssen innerhalb der Tauchbaugruppe. Der Hersteller sagte uns, wenn wir eine doppelt so teure Baugruppe kaufen würden, würde die Leckage aufhören. Das taten wir, aber das Leck blieb bestehen. Der Verkäufer riet uns daraufhin, eine neu entwickelte Baugruppe zu kaufen, die viermal so teuer war wie das Original, und versicherte uns, dass das Leck dann sicher verschwinden würde. Anstatt denselben Fehler dreimal zu machen, sah ich mich

um und fand eine Einweg-Elektrodenbaugruppe, die vollständig in Kunststoff eingekapselt war – zum halben Preis des Originals. Sie funktionierte einwandfrei. Eine ähnliche Erfahrung mit einer Tauchbaugruppe eines anderen Anbieters führte mich zu Tatsache Nr. 3. Wo ist das Ventil? Eine andere Anwendung erforderte

kleine Mengen eines hochkonzentrierten viskosen Reagenzes zur kontinuierlichen Neutralisierung eines Abfallstroms. Das Steuerungssystem war so langsam, dass Störungen die Anlage durchliefen, lange bevor Korrekturmaßnahmen greifen konnten. Außerdem wies die pH-Trendaufzeichnung ein Rauschband auf, das den zulässigen Sollwert-Offset weit überschritt. Als ich das System inspizierte, stand ich in der Nähe der Einspritzstelle am Einlass des Rohrleitungsmischers, suchte den

Horizont ab und sah kein Reagenz-Steuerventil. Ich kam schnell zu dem Schluss, dass ich ein großes Problem hatte. Konzentriertes Reagenz Abbildung 2: Wo ist das Ventil? (a) – erfolgloses und (b) – erfolgreiches pH-Regelsystem für einen Prozess mit einem hochviskosen konzentrierten Reagenz. Abbildung 2a zeigt, was ich gefunden habe. Können Sie in dieser Abbildung ein Regelungsproblem erkennen, das nicht mit dem pH-Regelkreis zusammenhängt? Der Sumpf-Füllstandsregler stellt den Durchfluss im oberen Auslasszweig ein. Der Durchflussregler des Mischers steuert gleichzeitig

das Ventil im unteren Zweig, um einen konstanten Durchfluss aus dem Sumpf aufrechtzuerhalten. Das System ist offensichtlich überregelt. Wir haben dieses Problem gelöst, indem wir den Ausgang des Füllstandsreglers mit dem Sollwert des Durchflussreglers gekoppelt haben. Nun zum pH-Regelkreis. Das Reagenz wurde unter der Steuerung einer Verdrängungsdosierpumpe in die Rohrleitung eingespritzt. Die Pumpe befand sich etwa 300 Fuß vom Mischer entfernt. Diese Entfernung verursachte

eine Verzögerung, wenn die Pumpe aktiviert wurde, da die Prozessflüssigkeit die Einspritzleitung zurückfluten würde und aus der Leitung gedrückt werden musste, bevor Reagenz zugeführt werden konnte. Es bedarf keiner komplizierten Mathematik, um zu berechnen, dass es bei einem Durchfluss von einem Gallone pro Stunde eine Stunde dauert, eine Gallone durch eine Leitung zu drücken. Dies führte zu Tatsache Nr. 4. Wir stellten auch eine Verzögerung fest, wenn sich die Drehzahl der Pumpe änderte, konnten jedoch nie wirklich die Ursache dafür identifizieren. Wir hätten es auf Luftblasen zurückgeführt, wenn es welche gegeben hätte. Die Antwort liegt wahrscheinlich

in der Ketchupflasche – im Zusammenhang mit dem geringen Durchfluss viskoser Flüssigkeiten. Jedenfalls konnten wir die Verzögerungen und die daraus resultierenden Geräusche um eine Größenordnung reduzieren, als wir die ferngesteuerte Dosierpumpe durch ein direkt gekoppeltes Regelventil ersetzten. Das Ventil wurde mit einem Verhältnisregler gesteuert, um den Reagenzfluss proportional zum Sumpfablassfluss zu regeln und das Verhältnis mit der Inline-pH-Schleife zu korrigieren. Aufgrund der schlechten Verteilung des eingespritzten Reagenzes in der Rohrleitung blieben noch einige Geräusche zurück. Diese konnten nicht beseitigt werden, da dafür die Einspritzöffnung verkleinert werden musste, um die Reagenzgeschwindigkeit zu erhöhen. Leider war eine Öffnung, die klein genug für diese Aufgabe war, zu klein, um ein Verstopfen zu verhindern. Das Rauschen war auf dem Trenddiagramm störender als im System, sodass die Aufzeichnung durch Leiten des Messsignals durch einen elektronischen Filter

bereinigt wurde. Wir dachten, unsere Probleme seien gelöst, als sich ein magisches Rätsel auftat. Als das Miniatur-Reagenzventil

von geschlossen

auf offen gestellt wurde, stieg die Reagenzflussmessung kurzzeitig an und fiel dann auf Null. Der magnetische Durchflussmesser geriet sofort in Verdacht – wurde jedoch für einwandfrei befunden. Wir überprüften die Verkabelung und stellten fest, dass sie korrekt war. Der Hersteller untersuchte und bestätigte die Integrität der Elektronik. Wir testeten den Zähler mit Wasser und stellten fest, dass er korrekt reagierte. Dann versuchten wir, die Ventilauskleidung zu



ändern, aber mehrere Tests ergaben die gleichen Ergebnisse. Ich war kurz davor, die winzigen, aber teuren Trimmungen wegzuwerfen, den Ingenieursberuf aufzugeben und ins Priesterseminar einzutreten. Während dieser Zeit des Nachdenkens fiel mir plötzlich auf, dass die Trimmungen eine umgekehrte Verjüngung zu haben schienen. Es war schwer, das mit Sicherheit zu sagen, da die Teile so klein waren, aber ich bestätigte meine Beobachtung mit einem Mikrometer. In meiner Verzweiflung, von diesem Start-up nach Hause zu kommen, berechnete ich die Kontur des Stopfens für eine Linearität, fertigte eine Skizze an und ließ die Teile maschinell bearbeiten. Das Ventil funktionierte mit dem selbstgebauten Trimmteil einwandfrei. Die

umgekehrte Verjüngung hatte dazu geführt, dass der Durchfluss mit zunehmendem Hub abnahm. Der momentane Anstieg des Durchflusses zu Beginn des Hubs wurde dadurch verursacht,
dass sich der Stopfen gerade so weit vom Sitz hob, dass ein kleiner ringförmiger Spalt entstand. Wie kam es überhaupt zu dieser umgekehrten Verjüngung? Ich habe es nie mit Sicherheit herausgefunden, aber ich habe erfahren, dass die Trimmungen zu klein waren, um Standard zu sein, und vom Lieferanten speziell für diesen Auftrag gefertigt wurden. Meiner Meinung nach waren sie zu speziell. Sie können sich vorstellen, wie schwierig es gewesen wäre, dieses Ventilproblem zu diagnostizieren, wenn es keinen Reagenz-Durchflussmesser gegeben hätte. Dies führt zu Tatsache Nr. 5. Ein weiteres Problem mit der Instrumentierung trat später auf, als einer der Konstrukteure beschloss, das System zu modifizieren und etwas Platz auf dem

Bedienfeld zu gewinnen.

Er installierte einen Feedforward-Regler anstelle der Verhältnisstation und des pH-basierten Durchflussreglers. Das Gerät fügte das Vorwärtskopplungssignal für den Durchfluss zum Durchflussbefehl des pH-Reglers hinzu. Der Anbieter, der unbedingt ein Vorwärtskopplungselement verkaufen wollte, hielt dies für eine großartige Idee. Wie Sie sich denken können, passte der Durchflussregler im Betrieb seine Ausgänge an, um die Wirkung des Vorwärtskopplungssignals aufzuheben und den Durchfluss auf seinem Sollwert zu halten. Damit dies wie erwartet funktionierte, müsste die Vorsteuerung auf den Sollwert des Durchflussreglers angewendet werden – multipliziert mit einem Wert, der nicht mit der Ausgabe des pH-Reglers summiert

wird. Die Multiplikation zwingt den Reagenzfluss auf Null, wenn der Prozessfluidfluss Null ist oder sich das Fluid am Sollwert befindet. Für Sie als Steuerungsexperten ist

außerdem wichtig, dass die Multiplikation die Zusammensetzungsschleifenverstärkung aufhebt – ein Begriff, der umgekehrt proportional zum Sumpfdurchfluss ist. Dies führt zu Tatsache Nr. 6. Alle diese Korrekturen sind in Abbildung 2b oben

dargestellt. Das System hat, wie gezeigt, seit der Inbetriebnahme gut geregelt. Wo ist das Rührwerk? In einem Prozess wurde ein vertikaler Neutralisationstank verwendet. Die Leistung war schlecht, da die Reaktion langsam war und das Abwasser nicht gleichmäßig gemischt wurde. Ich sah mir die Zeichnungen an und stellte fest, dass die vertikale Einheit für ihren Durchmesser etwas zu hoch schien. Ich fragte, wie hoch sie sei, und der Konstrukteur

antwortete: „50 Fuß.“ Ich schnappte nach Luft: „Es ist nicht nett, einen alten Ingenieur zu veräppeln.“ Er antwortete: „Wer veräppelt denn hier wen?“ Er antwortete: „Sie sind der einzige Agitator in diesem Projekt.“ Ich wusste sofort, dass ich ein großes Problem hatte. Abbildung 3a zeigt, wie der pH-Wert ursprünglich geregelt wurde. Eine axiale Durchmischung hätte die Schwierigkeiten wahrscheinlich behoben, konnte jedoch aus Kostengründen nicht eingesetzt werden, da der Tank zu hoch war. Ein kürzerer Tank hätte ebenfalls funktioniert – allerdings zu einem höheren Preis, als die Anlage zu zahlen

bereit war. Ich entschied, dass

Lösung für den Tank darin bestand, sein Volumen als Filter zu nutzen, da ich davon ausging, dass dies die Schwankungen der Wasserstoffionenkonzentration einer Inline-Schleife um den Faktor 10.000 – 4 pH-Einheiten – abschwächen würde. Eine Umwälzpumpe wurde als Inline-Mischer mit geringer Totzeit installiert. Zufluss und Reagenz wurden der neuen Ansaugung hinzugefügt; eine Injektionssonde wurde am Pumpenauslass installiert. Das neue System ist in Abbildung 3b dargestellt. Reagenz zuführen ABILDUNG 3. Wo ist das Rührwerk? (a) – erfolgloses und (b) – erfolgreiches pH-Regelsystem für einen Prozess mit einem extrem hohen Mischbehälter ohne Rührwerk Es kam weiterhin zu Störungen, die hauptsächlich auf die schnelle Öffnungscharakteristik und die große Stellungsreglerhysterese des Kükenhahns am Zulauf zurückzuführen

waren. Der Inline-pH-Regelkreis kehrte jedoch nach einer Störung schnell zum Sollwert zurück. Außerdem zeichnete der pH-Wert nach Durchlaufen des Tankvolumens die geradeste Linie, die ich je gesehen habe; für einen Moment dachten wir, jemand hätte den Zeiger festgebunden. Die Leistung war so gut, dass das Werk vorschlug, diese Art von System für die pH-Regelung zu standardisieren. Ich gab ihnen Warnhinweise, dass der Sollwert dieses Systems mehrere pH-Einheiten unterhalb der neutralen Zone lag, auf einer relativ flachen Position der Titrationskurve. Auf einem steilen Teil der Kurve würde die

Tatsache Nr. 2 vorherrschen und es würde zu starken Schwankungen kommen. Wo ist die Elektrode? Ich wurde hinzugezogen, um das in Abbildung 4a gezeigte pH-System zu



überprüfen. Diese einfache Konfiguration hätte einwandfrei funktionieren müssen, war jedoch durch eine unzulässig große Regelbandbreite um den Sollwert herum beeinträchtigt. Ich ging hinunter, um mir die Auslassdüse des Behälters anzusehen, konnte jedoch die Elektroden nicht finden. Ich kam schnell zu dem Schluss, dass ich ein großes Problem hatte. In diesem Fall war die Ursache des Problems politischer

Natur. Die Abteilung für Wartung der Instrumente hatte festgelegt, dass die Elektroden im Analysengeräteraum untergebracht werden sollten, um zu vermeiden, dass sie im Winter im Freien gewartet werden mussten. Leider führte dieser Standort zu einer übermäßigen Totzeit im Regelkreis. Um dieses Problem in anderen Situationen zu vermeiden, sehe ich mich gezwungen, die Tatsache des Lebens Nr. 7 zu nennen. pHIC ABILDUNG 4. Wo befindet sich die Elektrode? (a) – erfolgloses und (b) – erfolgreiches pH-Kontrollsystem für einen Prozess, bei dem Elektroden an ungünstigen Stellen installiert werden müssen. Es gelang mir, die Elektroden versetzen zu lassen, indem ich auf die extremen Risiken der Sicherheit und Produktqualitätsprobleme hinwies, die mit großen pH-Schwankungen einhergingen. Durch die in Abbildung 4b dargestellte Änderung wurde das Regelband auf etwa 0,1 pH verengt. Für diese Anwendung verwendeten wir Injektorelektroden. Die Erfahrung zeigt, dass diese eine bessere Leistung bieten und weniger Wartung erfordern als Elektrodenhalter für Probenkammern. Diese Vorteile kommen besonders zum Tragen, wenn

die Elektroden in der Auslassdüsenleitung montiert sind, wo die Flüssigkeitsgeschwindigkeit hoch ist – denn die Strömung sorgt für eine schnelle Reaktion, indem sie die Grenzschichtdicke minimiert und eine Beschichtung der Elektroden durch Verunreinigungen im Strom verhindert. Injektionselektroden scheinen auch weniger anfällig für Leckagen zu sein als Probenkammerelemente. Bei der Überprüfung von 30 Installationen von

Injektionsgeräten eines

Herstellers habe ich keine Leckagen festgestellt; fairerweise muss man sagen, dass es bei Produkten aus einer anderen Quelle zu einigen Leckagen gekommen ist. Allerdings ist jeder Probenkammer-Elektrodenhalter, den ich bisher gesehen habe, irgendwann undicht geworden. Außerdem sind Leckagen bei Injektorbaugruppen sichtbar, bei Probenkammern jedoch nicht. Bei gefährlichen Flüssigkeiten möchte man keine Überraschungen erleben, wenn man die obere Abdeckung des Elektrodenhalters öffnet. Dies führt mich zu Tatsache Nr. 8. Ist die Größe des Tanks wichtig? Eine Anlage verwendete das System aus Abbildung 5a




zur Abfallneutralisierung. Der in der Abbildung gezeigte Ejektor wurde hinzugefügt, weil die Misch-Totzeit zu lang war. Aber selbst mit diesem Gerät schien die Totzeit über 40 Minuten zu betragen. Die daraus resultierende natürliche Periode der pH-Schleife betrug 160 Minuten, sodass die maximale Rückstellung weniger als 0,01 Wiederholungen pro Minute betragen hätte müssen. Da dies unter der Mindesteinstellung des Reglers lag, befand sich der Regelkreis in einem kontinuierlichen Rücksetzzyklus; außerdem war der integrierte Fehler

– der proportional zum Quadrat der Totzeit ist – unglaublich hoch. Ich sah mir das technische Flussdiagramm an und entdeckte den größten Speichertank, den ich je gesehen hatte. Ich fragte den Verfahrenstechniker, wo sich der Neutralisationstank befände, und er zeigte auf den Elefanten, den ich gerade noch für einen Speicher gehalten hatte. Ich begriff sofort, dass ich ein großes Problem hatte. Der Zweck des großen Tanks war plausibel. Er diente dazu, saure und basische Abfallströme aus verschiedenen Quellen zu mischen und den Reagenzienbedarf zu minimieren. Solange man keine Regelkreise dafür einrichten

muss, sind große Tanks nützlich. Vor einer Regelschleife kann ein großer Tank Störungen herausfiltern und den Reagenzienbedarf reduzieren; hinter einer Regelschleife kann er Schleifenschwingungen herausfiltern – was besonders vorteilhaft ist, da diese Schwankungen in der Regel schneller sind als Schwankungen in der

Zuflusskonzentration und daher effektiver gedämpft werden. Das erinnert mich an Tatsache Nr. 9. Abbildung 5 Ist größer besser? (a) – erfolgloses und (b) – erfolgreiches pH-Regelsystem für einen Prozess, bei dem ursprünglich ein extrem großer Tank zum Mischen verwendet wurde. Das neue Regelsystem ist in Abbildung 5b dargestellt. Der

große Tank wurde

durch zwei kleine, in Reihe geschaltete Behälter ersetzt. Eine Installation eines Impulsfrequenzreglers erfolgte, um ein Verstopfen des Ventils bei geringem Reagenzfluss zu vermeiden und die extremen Anforderungen an den Regelbereich zu erfüllen, die durch die starken Schwankungen des Zuf

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