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Vigilancia de la cristalización

Tecnología analítica en línea

LiquiSonic® es un sistema analítico en línea, que detecta la concentración en un líquido directamente en el proceso y sin ningún desfase temporal.

 

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Crystallization monitoring

Crystallization monitoring | 3 MB

El dispositivo se basa en la medición precisa de la velocidad sónica y la temperatura y permite así la supervisión de procesos y reacciones complejas.

 

Los beneficios para el usuario incluyen:

  • control óptimo de la planta a través de información en línea sobre el estado del proceso
  • máxima eficiencia de los procesos
  • aumento de la calidad del producto
  • reducción de los costos de las mediciones de laboratorio
  • ahorro de energía y de material
  • utilización óptima del proceso
  • gestión de procesos reproducibles con tecnología patentada de "huella digital".

El uso de la última tecnología de procesamiento de señales digitales asegura una medición altamente precisa y a prueba de fallos de la velocidad sónica absoluta y la concentración. Además, los sensores de temperatura integrados, un sofisticado diseño de los sensores y los conocimientos técnicos resultantes de numerosas series de mediciones y muchas aplicaciones garantizan una alta fiabilidad del sistema con una larga vida útil.

Las ventajas del método de medición son:

  • la velocidad sónica absoluta como un valor físico bien definido y rastreable
  • independiente del color, la conductividad y la transparencia del líquido de proceso
  • instalación directamente en las tuberías, así como en los tanques y buques
  • un diseño de sensor robusto y completamente metálico sin juntas ni partes móviles
  • libre de mantenimiento
  • resistencia a la corrosión mediante el uso de material especial
  • uso a temperaturas de hasta 200 °C
  • alta precisión de medición sin deriva, incluso con altas concentraciones de burbujas de gas
  • conexión de hasta cuatro sensores por controlador
  • envío de los resultados de la medición a través del bus de campo (Profi bus DP, Modbus), salidas analógicas, en serie o Ethernet

Fundamentos de la cristalización

La medición de la velocidad sónica se utiliza para determinar los parámetros de cristalización y para controlar los procesos de cristalización. Este método de medición permite la detección del punto de nucleación y saturación y, por lo tanto, el rango metaestable.

 

Durante la cristalización, es posible medir la diferencia de la saturación (grado de saturación), el grado de supersaturación o el contenido del cristal, utilizando como variable de control para influir en la cristalización.

Cuando una sustancia sólida se disuelve en un líquido, el líquido es absorbente hasta una cierta concentración. Si se añade más sustancia al líquido, ésta ya no se disuelve, la solución se satura y la sustancia permanece en su forma sólida.

Esta concentración "máxima" de una solución se denomina solubilidad o concentración de saturación. La concentración de saturación depende de la temperatura. La temperatura a la que la solución se satura se llama temperatura de saturación. Si se aumenta la temperatura, se puede disolver más sustancia (excepto en el caso de la solubilidad negativa) y la concentración de saturación aumenta.

Si la concentración es inferior a la concentración de saturación, la solución en cuestión se denomina solución insaturada.

Se aplica a temperatura constante:

 

    Si se disminuye la temperatura de una solución insaturada, se puede enfriar para muchas soluciones a una temperatura inferior a la de saturación sin que la sustancia sólida se cristalice. Entonces la solución es supersaturada. Si se enfría más, la formación espontánea de núcleos o cristales se produce a una cierta temperatura llamada temperatura de nucleación.

     

    Si la suspensión se recalienta entonces, los cristales se disuelven de nuevo. Al alcanzar la temperatura de saturación, todos los cristales se disuelven. La temperatura de saturación suele ser más alta que la temperatura de nucleación. El rango supersaturado entre la temperatura de saturación y la temperatura de nucleación se llama rango metaestable.

    El uso de los sistemas LiquiSonic® en los procesos de cristalización da como resultado las siguientes ventajas para el usuario:

    • mejora de la utilización de la planta mediante
      •  visualización continua de la subsaturación y supersaturación
      • control del proceso a través de los parámetros de cristalización
      • evitando la nucleación espontánea
    • el ahorro de energía por
      • determinación continua del contenido de cristal
      • acercamiento óptimo del punto final del proceso
    • ahorro de materia prima por
      • ajuste preciso de la calidad del producto requerido
      • aproximación reproducible del punto de siembra

    Procesos

    Los procesos de cristalización tanto en continuo como en discontinuo pueden ser monitoreados midiendo la velocidad sónica con el sistema LiquiSonic®. En caso de fallas o desviaciones del flujo del proceso, se puede reaccionar fácilmente para lograr la calidad de producto requerida.

     

    El siguiente diagrama incluye la evaluación de tres flujos de proceso diferentes relativos a la temperatura, la velocidad sónica y la desviación estándar.

    En la mayoría de los casos, el flujo de proceso característico, que da lugar a un curso de reacción óptimo y, por lo tanto, a las características requeridas del producto final, se determina mediante una investigación preliminar. Este curso ideal puede implementarse como la llamada "huella digital" del proceso dentro de LiquiSonic® 50.

    Utilizando las típicas interfaces analógicas o digitales, se proporcionan al usuario o al control del proceso desviaciones menores del curso ideal, por ejemplo, para dirigir la cristalización mediante el control de la temperatura hacia el curso ideal.

    Evaluación estadística de varias mediciones sónicas por segundo

    Aplicaciones

    Parámetros de cristalización

    La velocidad y la temperatura sónicas se miden durante el enfriamiento y el calentamiento de la solución para establecer los parámetros pertinentes dentro del proceso. La velocidad sónica presentada en función de la temperatura, los parámetros de cristalización importantes, como la temperatura de saturación, la temperatura de nucleación y la posición en el rango metaestable pueden determinarse directamente. El siguiente diagrama describe las características de la cristalización como el sulfato de amonio con 42,6 w% durante el calentamiento y el enfriamiento a diferentes temperaturas.

     

    El diagrama explica este efecto: si la solución se enfría lentamente, la velocidad sónica cambia a una temperatura específica coef-ciente. A partir de una determinada temperatura se puede observar un marcado cambio de la velocidad sónica debido a la formación de cristales y a la disminución de la supersaturación. La temperatura relativa es la temperatura de nucleación. Si la solución se recalienta, su curva de velocidad sónica difiere de la obtenida durante el enfriamiento. Ambas curvas se encuentran de nuevo a la temperatura de saturación.

    Por consiguiente, es posible determinar el rango metaestable así como la curva de solubilidad a través de la velocidad sónica. El rango metaestable depende de la composición química de la solución y de la velocidad de enfriamiento.

    Utilizando la velocidad sónica en función de la temperatura, se puede determinar el rango metaestable para cualquier solución deseada.

    El proceso de cristalización en sulfato de amonio a una concentración del 42,6 % en peso

    Grado de saturación

    La medición en línea del grado de saturación se basa en las concentraciones de saturación que varían a diferentes temperaturas. El siguiente diagrama muestra de manera ejemplar el comportamiento de saturación de un gran proceso de cristalización.

     

    La concentración actual se determina mediante la medición de la velocidad sónica y la temperatura, y se proporciona como la diferencia de saturación (grado de saturación) para el control del proceso posterior. A través de la temperatura, esta variable de control sirve para hacer avanzar el proceso rápidamente hasta la etapa de saturación para ahorrar tiempo y energía. Por lo tanto, el proceso se controla individualmente dentro de las variaciones de concentración en la solución inicial.

    Entonces, se produce una nucleación espontánea en la curva de nucleación. El rango entre la saturación y la nucleación se denomina rango metaestable (supersaturado). La supersaturación es el indicador del punto de siembra perfecto dentro de la nucleación controlada.

     

    El comportamiento de la saturación depende de la concentración, la temperatura y la velocidad sónica

    Supersaturación

    El grado de supersaturación también puede ser disuadido por la velocidad sónica, en función de la temperatura. Como se muestra en la siguiente figura, el grado de supersaturación refleja un punto específico dentro del rango metaestable. Cuanto más cerca esté este punto de la curva de nucleación, mayor será el grado de supersaturación.

    Cuando la solución se aproxima al límite superior del rango metaestable (supersaturación 2), el riesgo es alto de que pueda dar lugar a la nucleación espontánea de un producto final demasiado fino. Sin embargo, si la cristalización está demasiado cerca de la curva de saturación (supersaturación 1), entonces habrá menos cristales y grandes solamente.

    La supersaturación de la solución varía durante la cristalización debido al crecimiento de los cristales. El crecimiento de los cristales reduce el grado de supersaturación. La supersaturación aumenta de nuevo cuando la temperatura de la solución madre disminuye o el disolvente se evapora.

    Midiendo la velocidad sónica y la temperatura de la solución madre durante la cristalización, se puede realizar una optimización del control del proceso de cristalización dentro del rango metaestable. Esto permite una influencia directa en el crecimiento y así en la morfología de los cristales.

    La supersaturación en función de la concentración, la temperatura y la velocidad sónica

    Supersaturación disminuyendo y cinética de crecimiento de los cristales

    El grado de disminución de la supersaturación durante la cristalización puede representarse en función del tiempo (curva de disminución de la supersaturación). El siguiente diagrama muestra diferentes cinéticas de crecimiento de los cristales que fueron detectadas por la disminución de la velocidad sónica así como por la supersaturación.

     

    Como puede verse, la curva de tiempo de la velocidad sónica es idéntica a la de la disminución de supersaturación conocida durante la cristalización. La figura muestra la curva de declive de supersaturación calculada a partir de la velocidad sónica, que se compara con el análisis químico sugerido por Tavare y Chivate.

    La cinética de crecimiento de los cristales puede determinarse a partir de la curva de declive de supersaturación. Esta variable indica la rapidez con la que crecen los cristales en la solución madre y, por lo tanto, es una variable importante para diseñar y dimensionar los cristalizadores.

    Es posible medir directamente la curva de declive de supersaturación en base a la correlación entre la supersaturación y la velocidad sónica.

    La supersaturación decreciente en función del tiempo

    El contenido del cristal

    Cada suspensión se caracteriza por un comportamiento específico de velocidad sónica en función de la temperatura y la concentración. Las correspondientes curvas características también se almacenan en el sistema LiquiSonic®. Esto permite la medición directa en línea de la concentración de sólidos, respectivamente del contenido de cristales o del contenido de materia seca.

     

    Es posible monitorizar y controlar la separación en procesos de cristalización continua mediante la determinación del contenido de cristales. En los procesos por lotes se puede determinar y controlar el punto final de la cristalización y el crecimiento de los cristales.

    Velocidad sónica en función de la concentración de NaCl en el agua a 25 °C

    Calidad y apoyo

    El entusiasmo por el progreso técnico es la fuerza que impulsa a nuestra empresa en su búsqueda de la forma del mercado del mañana. Como cliente nuestro, usted es el centro de todos nuestros esfuerzos y nos comprometemos a servirle con la máxima eficiencia.

     

    Trabajamos estrechamente con usted para desarrollar soluciones innovadoras para sus desafíos de medición y requisitos de sistemas individuales. La creciente complejidad de los requisitos específicos de las aplicaciones significa que es esencial tener una comprensión de las relaciones e interacciones involucradas.

    La investigación creativa es otro pilar de nuestra empresa. Los especialistas de nuestro equipo de investigación y desarrollo proporcionan nuevas y valiosas formas de optimizar los atributos de los productos, como la prueba de nuevos tipos de diseños y materiales de sensores o la sofisticada funcionalidad de los componentes electrónicos, de hardware y de software.

    Nuestro sistema de gestión de calidad SensoTech también sólo acepta el mejor rendimiento de producción. Estamos certificados según la norma ISO 9001 desde 1995. Todos los componentes del dispositivo pasan varias pruebas en diferentes etapas de producción. Todos los sistemas han pasado por un procedimiento interno de quemado. Nuestra máxima: máxima funcionalidad, resistencia y seguridad. Esto sólo es posible gracias a los esfuerzos de nuestros empleados y a la conciencia de calidad. Su conocimiento experto y su motivación son la base de nuestro éxito. Juntos nos esforzamos por alcanzar un nivel de excelencia que no tiene igual, con pasión y convicción en nuestro trabajo.

    La atención al cliente es muy importante para nosotros y se basa en la colaboración y la confianza que se ha ido construyendo a lo largo del tiempo. Como nuestros sistemas no necesitan mantenimiento, podemos concentrarnos en proporcionarle un buen servicio y apoyarle con asesoramiento profesional, instalación interna y formación al cliente. En la fase de concepción analizamos las condiciones de su situación in situ y realizamos mediciones de prueba cuando es necesario. Nuestros sistemas de medición son capaces de alcanzar altos niveles de precisión y fiabilidad incluso en las condiciones más difíciles. Permanecemos a su servicio incluso después de la instalación y podemos responder rápidamente a cualquier consulta gracias a las opciones de acceso remoto adaptadas a sus necesidades.

    En el curso de nuestra colaboración internacional hemos creado un equipo de red global para nuestros clientes con el fin de proporcionar asesoramiento y apoyo en diferentes países. Valoramos la gestión eficaz de los conocimientos y la cualificación. Nuestros numerosos representantes internacionales en los importantes mercados geográficos del mundo pueden recurrir a los conocimientos expertos de la empresa y actualizar constantemente sus propios conocimientos mediante la participación en programas de formación avanzada orientados a la aplicación y la práctica. La proximidad al cliente en todo el mundo: un elemento importante de nuestro éxito en todo el mundo, junto con nuestra amplia experiencia en la industria.

     

    Innovadora tecnología de sensores

    SensoTech es un proveedor de sistemas para la ana-lisis y la optimización de los líquidos de proceso. Desde nuestra fundación en 1990, nos hemos convertido en un proveedor líder de analizadores de proceso para la medición en línea de la concentración y la densidad de los líquidos. Nuestros sistemas analíticos establecen puntos de referencia que se utilizan en todo el mundo.

     

    Fabricados en Alemania, el principio fundamental de nuestros innovadores sistemas es medir la velocidad ultrasónica en procesos continuos. Hemos perfeccionado este método para convertirlo en una tecnología de sensores extremadamente precisa y fácil de usar. Más allá de la medición de la concentración y la densidad, las aplicaciones típicas incluyen la detección de la interfaz de fase o la supervisión de reacciones complejas como la polimerización y la cristalización.

     

    Nuestros sistemas de medición y análisis LiquiSonic® aseguran una calidad de producto óptima y la máxima seguridad de la planta. Gracias a la mejora del uso efi ciente de los recursos, también ayudan a reducir los costes y se utilizan en una amplia variedad de industrias como la química y farmacéutica, el acero, la tecnología alimentaria, la ingeniería de maquinaria y plantas, la fabricación de automóviles y otras.

    Nuestro objetivo es asegurarnos de que maximicen el potencial de sus instalaciones de fabricación en todo momento. Los sistemas SensoTech proporcionan resultados de medición altamente precisos y repetibles incluso en condiciones de proceso difíciles. El análisis en línea elimina el muestreo manual de seguridad crítica, ofreciendo una entrada en tiempo real a su sistema automatizado. El ajuste de múltiples parámetros con herramientas de configuración de alto rendimiento le ayuda a reaccionar rápida y fácilmente a las fluctuaciones del proceso.

    Proporcionamos una tecnología excelente y probada para ayudar a mejorar sus procesos de producción, y adoptamos un enfoque sofisticado y a menudo novedoso para encontrar soluciones. En su industria, para sus aplicaciones - no importa lo específico que sean los requisitos. Cuando se trata de análisis de procesos, nosotros establecemos los estándares.