Bei den permanenten Weiterentwicklungen in der Chemieindustrie nimmt die Messtechnik mittlerweile einen festen Platz ein. In diesem Beitrag werden verschiedene Messverfahren vorgestellt, die das Handling von Schüttgütern nachhaltig verbessern. Sei es, um zu wissen, ob definierte Grenzstände erreicht sind, ob Material in einer Leitung überhaupt noch fließt, welcher Feuchtegehalt vorhanden ist oder welche Menge durchgesetzt wird.

Zur Überwachung des Materialflusses kann der berührungslos arbeitende Mikrowellen-Bewegungsmelder „FlowJam" bei allen Schüttgütern eingesetzt werden. Der DK-Wert des Materials spielt dabei keine Rolle. Selbst bei Kieselsäure in kleinen Mengen wird vom FlowJam ein Materialfluss erkannt. Der SWR-Sensor ermöglicht die Materialflussüberwachung ab einer Fließgeschwindigkeit von 10 cm/s. Die Detektion erfolgt unabhängig von der Bewegungsrichtung durch die Auswertung des Dopplereffektes. Materialbewegung in Rohrleitungen, Schächten, Freifallstrecken oder Übergabestellen wird durch zwei Schaltzustände am Ausgangsrelais angezeigt.
Weitere Einsatzbereiche finden sich an Förderbändern, Materialzuführungen oder volumetrischen Dosieranlagen. Um den teilweise unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, wurde dieses Gerät kontinuierlich an die verschiedenen Anforderungen der Prozesse angepasst. Aus dem Bedarf für eine hohe Empfindlichkeit, wo also auch wenig Staub sofort detektiert werden soll, ist der „FlowJam-high" entstanden.
Alle Mitglieder der FlowJam-Familie können mit dem optional lieferbaren Prozessadapter ausgerüstet werden, der den Einsatz bei Temperaturen bis 200 °C und Druck bis 20 bar ermöglicht. Gleichzeitig ist durch den Prozessadapter der Einsatz in Ex-Zone 20/22 möglich. Mit einer Keramikarmatur ist sogar eine Entkopplung zu sehr heißen Bereichen, wie beispielsweise Zyklone, möglich.
Der entscheidende Pluspunkt des „FlowJam" gegenüber anderen Methoden der Materialflussüberwachung, ist seine absolute Unempfindlichkeit gegen Verschmutzungen. Durch Materialanbackungen, wie sie in Schüttgutprozessen immer vorkommen können, detektiert der „FlowJam" mühelos hindurch.
Die Überwachung von Materialbewegung durch nichtmetallische Materialien, wie z. B. Glas, PVC, Keramik o. ä., erweitert zusätzlich die Bandbreite der Möglichkeiten.

Grenzstand im rauen Prozess?
Maximum oder Minimum? - Eine zuverlässige Antwort auf diese simple Abfrage zu erhalten, erweist sich in der Realität häufig als unerwartet schwierig. Auch hier hat sich der Einsatz von Radar bewährt. Nahezu alle Arten von Schüttgütern können mit dem „ProGap II" auf ihren Grenzstand hin detektiert werden. Die Gefahr, dass sich Aggregate wegen Behälterüberfüllung zusetzen oder Qualitätsschwankungen durch Leerläufe entstehen, kann durch frühzeitigen Alarm vermieden werden. Standartmäßig kann in allen Behältern bis zu einem Durchmesser von 18 Metern gemessen werden. Auch Ausführungen die in der Lage sind, Grenzstände über wesentlich größere Distanzen anzuzeigen, sind auf Anfrage von SWR-engineering lieferbar. Die Abtastung des Materialstandes erfolgt mit dem „ProGap"-System über den kompletten Behälterquerschnitt. Die Gefahr des „Freischwingens", bzw. des „Zusetzens", wie sie bei Messgeräten besteht, welche mit Vibrotechnik arbeiten, ist beim „ProGap" definitiv ausgeschlossen. Beschädigungen durch das Material sind nicht möglich, da der Einbau wandbündig erfolgt.
Der Einbau der beiden baugleichen Teile, Sender und Empfänger, wird im Regelfall über einen 1 ½"-Gewindestutzen vorgenommen. Aber auch mit jeder anderen Befestigungsart, die sicherstellt, dass Sender und Empfänger korrekt aufeinander ausgerichtet sind, kann installiert werden.
Gleich wie bei der Materialflussüberwachung mit „FlowJam" kann auch der „ProGap II" mit dem Prozessadapter für 200 °C, Druck bis 20 bar und Ex-Zonen-Trennung 20/22 sowie mit der Flanscharmatur für Hochtemperaturbereiche ausgerüstet werden. (Bild: ProGap) Durch alle nichtmetallischen Materialien kann der „ProGap II" hindurch detektieren. (z. B. PVC, Quarzglas, Plexiglas, Schamott) Überwachungsvorgänge werden somit völlig vom Behälterinnenraum entkoppelt werden.

Online-Megenerfassung von ­Schüttgütern
Um eine Online-Megenerfassung von Schüttgütern durchzuführen, sind nicht mehr nur Bandwaagen und Prallplatten denkbar. Die Zahl der Anwendungen, in denen Schüttgutmengenmessungen elektronisch vorgenommen werden, steigt stetig. Die Vorteile für den Anwender liegen auf der Hand: Die Nachrüstung der Systeme ist einfach. Zusätzliche Bauhöhen sind nicht erforderlich. Einbauten in den Förderstrom gibt es nicht. Testmessungen sind ohne großen Aufwand kurzfristig möglich. Ex-Bereiche und Temperaturen bis ca. 400 °C sind kein Hindernis.
In Kombination mit einer patentierten Messsignalauswertung liefert der „SolidFlow" Mikrowellensensor von SWR-engineering ein direktes Maß für den Massenstrom bis zu einer Stundenleistung von 20 t. Mit diesem System können alle Pulver, Stäube und Granulate bis zur genannten Menge im Freifall und in pneumatischen Leitungen gemessen werden. In der Chemieindustrie hat der „SolidFlow" seine Funktionalität bei der Erfassung von Eisen (II)-sulfat und vielen anderen chemischen Substanzen unter Beweis gestellt. (Bild: ­SolidFlow)
Die menügeführte Bedienung der SolidFlow-Auswerteelektronik erlaubt dem Anwender eine einfache Inbetriebnahme, die in wenigen Schritten durchgeführt kann. Die Bedienerführung erfolgt wahlweise in 3 Sprachen (D/E/F) und kann per touch-screen oder mit dem Laptop durchgeführt werden. Zusätzlich ist die Auswerteelektronik mit einem Summenzähler ausgestattet. Die Möglichkeit bis zu vier verschiedene Materialien in der Elektronik zu hinterlegen, erleichtert das Arbeiten in Prozessen mit mehreren Produkten. Als Ausgangssignale stehen ein 4...20 mA-Analogsignal und zwei Relaisausgänge zur Verfügung.
Häufig wird die Dosierung von festen Stoffen heute volumetrisch vorgenommen. Einziger Anhaltspunkt für die Einstellung einer gewünschten Menge ist dabei die Drehzahl von mechanischen Förderorganen. Meist Zellenradschleusen oder Schneckenförderer. Da jedoch Materialkompressibilität und Füllgrad des Förderers nachweislich nicht immer konstant ist, kommt es häufig zu starken Abweichungen zwischen Soll und Ist der Austragsmenge. Qualitätsschwankungen und unnötiger Materialeinsatz sind die Folge - die Kosten steigen.
Mit der Radartechnologie kann die drehzahlgesteuerte Dosierung zur geregelten Dosierung aufgerüstet werden, ohne eine aufwendige und teuere Verwiegeeinrichtung zu integrieren.
Rohmehl, Zement, Putze, Salz, Griese ... - egal welches Material in großen Masseströmen (> 20 t/h) gemessen werden soll. Mechanische Verfahren und die Schaffung von teuerer Bauhöhe können mit dem „MaxxFlow HTC" vermieden werden.
Wo große Schüttgutmengen nach mechanischen Förderorganen wie Förderschnecken, Luftförderrinnen, Zellenradschleusen o. ä. mechanischen Austragsorganen gemessen werden müssen, hat der „MaxxFlow HTC" sein Einsatzgebiet. Die Tatsache, dass auch hier keinerlei Einbauten in den Förderstrom vorgenommen werden müssen, lässt die Vorteile der dieser Technik klar erkennen. Eine Obergrenze für den Durchsatz gibt es nicht. Jede beliebige Materialmenge ist messbar. Egal ob es sich um Stundenleistungen von 50, 180, 290 oder mehr t/h handelt. Die Bauhöhe des Sensorelements beträgt 300 mm! Ein Nachrüsten in bestehende Anlagen ist daher einfach. Auch weil die Einbaulage völlig beliebig ist. „MaxxFlow" hat einen extrem abrasionsbeständigen, keramischen Innenkörper, der auch alle hygienischen Voraussetzungen mit sich bringt, welche in Lebensmittelprozessen gefordert werden. Das System kann bis zu einer Materialtemperatur von 120 °C eingesetzt werden. Beim Einsatz in neuen Anlagen kann durch seine kurzen Abmaße häufig Bauhöhe eingespart werden, die früher obligatorisch für mechanische Messeinrichtungen mit eingeplant werden musste. Bei kontinuierlicher Förderung kann der Messaufnehmer unmittelbar nach dem Austrag des Förderorgans eingebaut werden. Auslaufstrecken sind generell nicht erforderlich. Die Messung ist gleichermaßen unabhängig von der Fließgeschwindigkeit wie vom Flussbild des Fördergutes in der Leitung (©: MaxxFlow).

Bestimmung der Materialfeuchte
Die Bestimmung der Materialfeuchte (in allen Ex-Bereichen, bis 120 °C) kann durch Probenahme und Analyse im Labor erfolgen. Der Aufwand ist allerdings groß und es vergeht oft viel Zeit bis, aufgrund der erhaltenen Werte, Einfluss auf den Produktionsprozess genommen werden kann. Qualität und Prozesssicherheit sinken. Zeitaufwand und Kosten nehmen zu. Eine Möglichkeit mit der die Materialfeuchte online, während des laufenden Prozesses erfasst werden kann, bietet auch hier die Mikrowelle. Die Feuchtemessung per Mikrowelle von SWR-engineering, beruht auf dem Prinzip eines offenen Resonators. Es wird im hochfrequenten Wellenbereich gemessen. Dabei wird die Oberflächen- und Kapilarfeuchte erfasst. Der Dämpfung, der in das Messgut eingekoppelten Mikrowelle, wird der momentane Feuchtigkeitswert zugeordnet. Veränderungen der Dämpfung sind proportional zum Wassergehalt. Das Messfenster der Sonde, das in einem Edelstahlflanschgehäuse untergebracht ist, wird durch eine verschleißfreie Keramikscheibe geschützt. Die Messung kann auch problemlos durch Kunststoffe vorgenommen werden.
Die wichtigste Voraussetzung für eine korrekte Messung der Restfeuchte in Schüttgütern ist die richtige Wahl des Einbauortes für den Sensor. Bei Schüttgutrutschen oder Förderbändern muss darauf geachtet werden, dass das Material mit einer möglichst gleichmäßigen Schichthöhe über die Sonde geführt wird. Als besonders Vorteilhaft hat sich der Einbau des „M-Sens2" in Förderschnecken erwiesen. Als Ausgabe erhält der Nutzer ein 4...20 mA-Signal, sowie zwei Alarmkontakte. Der Sensor kann in die höchsten Ex-Kategorien (Gas + Staub) und bis zu einer Temperatur von 120 °C eingebaut werden.