Messung von freiem Chlor in der Prozessindustrie
Von Steve Rupert
Chlor wird in vielen Branchen häufig als Bleich- und Oxidationsmittel verwendet. Dazu gehören die chemische Verarbeitung, Pharma-, Textil- und Zellstoff & Papierindustrie. Es wird als Desinfektionsmittel oder Desinfektionsmittel in der Lebensmittel & Getränkeverarbeitungsindustrie sowie in kommunalen Wasserwerken eingesetzt, um Gerüche zu kontrollieren, den Geschmack von Trinkwasser zu verbessern und Krankheitserreger in Kläranlagen zu beseitigen.
Kühltürme in petrochemischen Raffinerien, Kraftwerken und den HLK-Systemen der meisten großen Gebäude verwenden Chlor, um das Wachstum von Mikroorganismen, Algen und Biofilmen im Kühlwasser zu kontrollieren. Diese Mikroorganismen und Biofilme verringern die Effizienz des Kühlturms und können die Ausbreitung von Krankheiten wie der Legionärskrankheit erleichtern.
Was ist freies Chlor?
Chlorgas und/oder Natriumhypochlorit (Bleichmittel) sind die häufigsten Quellen für Chlor in Wasser. Beide Arten bilden die gleichen Verbindungen, wenn sie in Wasser eingebracht werden: hypochlorsäure, HOCl und Hypochlorit, OCl-. Der Prozentsatz jeder Komponente in Lösung wird durch den pH-Wert der Lösung bestimmt. Bei etwa einem pH-Wert von 7,5 beträgt das Verhältnis 1:1. Sinkt der pH-Wert auf 6,5, so wird die Säureform mit 90% HOCL und 10% OCl- bevorzugt. Bei einem pH-Wert von 8,5 überwiegt die alkalische Form als 90% OCl- und 10% HOCl. Hypochlorsäure hat ungefähr das 10-fache der Oxidationskraft von Hypochlorit. Diese beiden Arten von Chlor werden als freies Chlor bezeichnet.
Andere Chlorverbindungen können auch im behandelten Wasser vorhanden sein, wobei organisch gebundenes Chlor und Chloramin am häufigsten vorkommen. Diese Verbindungen werden als gebundenes Chlor bezeichnet.
Warum wird es gemessen?
Chlor wird hauptsächlich als Desinfektionsmittel oder Desinfektionsmittel verwendet; und für beste Ergebnisse müssen die Werte online überwacht werden, typischerweise mit einem Chlorsensor. Das Chlor wird bei der Desinfektion verbraucht, was als Chlorbedarf bezeichnet wird. Um die Desinfektion aufrechtzuerhalten, wird ein Rest benötigt. Als solches ist Dosis minus Nachfrage gleich Rest.
Papierfabriken verwenden Chlor zum Bleichen und Desinfizieren sowohl bei der Zellstoffverarbeitung als auch bei der Abwasserbehandlung
Freies Restchlor muss gemessen und kontrolliert werden, da dies ein wichtiger Aspekt ist, um die Wartungskosten im Rahmen zu halten. Der Schlüssel zum erfolgreichen Einsatz von Chlor liegt in der Aufrechterhaltung der richtigen Konzentration. Eine zu hohe Chlorkonzentration führt zu unnötigen Kosten in einem Prozess. Zu niedrige Chlorwerte bedeuten, dass Sie das Desinfektions- oder andere Prozessziel nicht erreichen und Ihr Prozess ineffektiv ist.
Rückmeldungen in Echtzeit sind entscheidend dafür, wie genau Ihr Prozess den optimalen Chlorierungsgrad beibehält, den Sie festgelegt haben. Die Konzentrationskontrolle von freiem Chlor auf optimalem Niveau bedeutet, dass eine effektive Dosierung ohne Spitzen oder Täler erfolgt, die sich bei manuellen Tests ergeben. Weitere Vorteile der Online-Chlorüberwachung sind:
- Geringerer Chlorverbrauch; angesichts der großen Energiemenge, die zur Herstellung von Chlor erforderlich ist, ist die Beschaffung einer teuren Chemikalie
- Reduzierter Wartungsbedarf, indem sichergestellt wird, dass Ihr Prozess den Best Practices entspricht
- Guter Umweltschutz
Wie wird es gemessen?
Industrielle Verfahrenstechniker benötigen Analysesysteme für freies Chlor, die präzise messen und kostengünstig zu installieren und zu warten sind. Die zwei Haupttypen von Instrumenten zur Messung von freiem Chlor sind kolorimetrische Tests und amperometrische Analysatoren.
Es gibt zwei Arten von kolorimetrischen Tests. Die manuelle Testmethode ähnelt einem Schwimmbadtest. Der automatisierte kolorimetrische Test erfordert ein Probensystem und Reagenzien. Kolorimetrische Tests sind von der EPA für Berichtszwecke zugelassen, es handelt sich jedoch nicht um Echtzeitmessungen, die für eine genaue Prozesskontrolle am besten geeignet sind.
Amperometrische Analysatoren, wie die von ECD und anderen hergestellten, verfügen über einen robusten Chlorsensor, der automatisch für den pH-Wert kompensiert wird. Es gibt mehrere Hersteller von amperometrischen Analysatoren mit vielen verschiedenen anderen Modellen.
Das ECD-Modell FCA-22 bietet beispielsweise eine kontinuierliche Online-Messung von freiem Chlor in einem Systempaket. Es überwacht freies Chlor von 0,05-20,0 ppm Cl2, bei 5-9 pH und bei Temperaturen von 32-122 ° F (0-50 ° C). Die polarographische Gold / Silber-PFTE-Membrankonstruktion des Sensors verlängert die Lebensdauer und senkt die Wartungskosten. Ein Multi-Bus-Controller-Design ermöglicht die einfache Anpassung von Ausgängen und Steuerfunktionen. Es verfügt über zwei SPDT-Relais und einen 4 bis 20 mA-Ausgang für das Signal freies Chlor.
Was sind Herausforderungen bei der Messung?
Linien für die Lebensmittelverarbeitung / Pasteurisierung – Chlor wird häufig als Desinfektionsmittel zum Spülen von Obst und Gemüse vor der Verarbeitung verwendet. Es wird auch im Spülwasser in Geflügel- und Fleischverarbeitungsbetrieben verwendet. Die Aufrechterhaltung des richtigen Chlorrestes in den Umwälztanks optimiert die Desinfektionsleistung des Spülwassers und minimiert die Möglichkeit einer Kontamination, wodurch Wasser gespart wird.
Lebensmittel in Dosen und Flaschen werden typischerweise pasteurisiert, indem sie am Ende des Verpackungsprozesses durch eine Heißwasserspülung oder ein Heißwasserbad geleitet werden. Rezirkuliertes Wasser sammelt schnell Produkte aus dem Konserven- oder Abfüllprozess an, so dass ein Chlorrest erhalten bleibt, um diese nährstoffreiche Brühe zu desinfizieren.
Modell FCA-22 Analysesystem für freies Chlor
Kommunales Trinkwasser – Trinkwasser stammt aus vielen Quellen, Seen, Flüssen und Grundwasserbrunnen. Dieses Wasser wird in einer Primärdesinfektion mit Chlor dosiert; Es wird dann gefiltert, um die Klarheit zu verbessern, und dann im sekundären Desinfektionsschritt erneut chloriert. In jedem dieser Chlorierungsschritte bleibt ein Chlorrest erhalten. Die Sekundärdesinfektion sorgt für die Desinfektion des Wassers und liefert einen Chlorrest, der das desinfizierte Wasser im gesamten Verteilungssystem erhalten soll.
Kühltürme – Bei der Raffination von Öl- /Gasprodukten und Spezialchemikalien wird das rohe Rohöl typischerweise im Trennprozess auf hohe Temperaturen erhitzt. In Kraftwerken wird Dampf erzeugt, um Generatoren anzutreiben, und in beiden Fällen werden große Wärmetauscher über Kühltürme mit Wasser gekühlt. Verschiedene Chemikalien, einschließlich freies Chlor, werden in das Wasser eingeführt, um das Wachstum von Algen und Biofilmen zu verhindern, die ein kontinuierliches Wartungsproblem darstellen.
Schlussfolgerung
Die genaue Messung von freiem Chlor ist für die Aufrechterhaltung unseres hohen Lebensstandards unerlässlich. Es trägt neben vielen anderen industriellen Prozessen zur Sanierung von Lebensmitteln und Trinkwasser sowie zur Desinfektion von Abwasser bei. Bei der Auswahl einer Messmethode und eines Instruments ist es wichtig, nicht nur die Messgenauigkeit des Instruments zu berücksichtigen, sondern auch die einfache Installation und Verwendung, die erforderliche Wartung, die Lebensdauer des Instruments und die Gesamtbetriebskosten.
Über den Autor: Steve Rupert ist Senior Product Manager bei Electro-Chemical Devices (ECD) Inc., ein Spezialist für industrielle Prozessinstrumentierung – Sensoren, Controller, Transmitter, Analysatoren und Elektroden – mit Sitz in Yorba Linda, CA. Kontakt: 800-729-1333 oder www.ecdi.com