Kalkmelk (MOL Drijfmest) – Realtime monitoringoring en het regelen van een optimale concentratie

Voor procesingenieurs is het essentieel om een efficiënte en betrouwbare methode om de kalkmelk bij de productie van het doelproduct te monitoren en te controleren. De sleutel tot dit proces is het vinden van een methode die de kwaliteit van de mest handhaaft, een strikte controle realiseert en gemakkelijk reageert op eventuele veranderingen in de grondstoffen of de gewenste concentratie van de kalkmest. Dit document bespreekt de huidige staat van de productie van kalkmelk, de verschillende technieken die beschikbaar zijn voor controle, hun voor- en nadelen, en schetst de beste aanpak voor het productieproces, waarbij rekening wordt gehouden met factoren als concentratie, systeemgrootte, zuiverheid van de grondstoffen en het gewenste eindproduct. , waarbij de nadruk wordt gelegd op de voordelen van Rheonics SRD Dichtheids- en viscositeitsmeter.

1. Overzicht kalkmest

Productie van kalkmelk

De productie van kalkmelk omvat het mengen van calciumoxide, CaO, met water in een warmte-afgevende reactie die kalkblussen wordt genoemd. Deze reactie produceert aanvankelijk een fijne poederoplossing van calciumhydroxide, bekend als gehydrateerde kalk of gebluste kalk. Verdere toevoeging van water vormt de vloeibare oplossing die kalkmelk wordt genoemd. De slurry wordt doorgaans gemengd tot een concentratie waarbij deze nog steeds gemakkelijk vloeit, maar een hoge vaste fractie calciumhydroxide bevat.

Om veilig om te gaan met de warmte die wordt gegenereerd tijdens de blusreactie, is gespecialiseerde apparatuur vereist, een kalkslakker genaamd. Door de juiste reactietemperatuur te handhaven blijft de kwaliteit van het geproduceerde hydraat consistent en wordt een goede reactiviteit gegarandeerd, waardoor de impact op het milieu wordt geminimaliseerd en uiteindelijk de opbrengst van het eindproduct wordt verbeterd. Gebruikers van kalkmelk hebben de mogelijkheid om ter plaatse ongebluste kalk te blussen of vooraf gebluste droge calciumhydroxide te verkrijgen. Dit laatste kan gemakkelijk met water worden gemengd zonder dat er een blusser nodig is. Als alternatief kan kant-en-klare limoenmelk worden verkregen bij leveranciers. 

De resulterende waterige suspensies worden gekenmerkt door de concentratie van de massa van de vaste stof (% vaste stof), de chemische reactiviteit van de slurry om een ​​zuur te neutraliseren, en de verdeling van de grootte van de deeltjes in de suspensie (die gedeeltelijk de viscositeit regelt). Deze kenmerken bepalen de eigenschappen van de slurry, voornamelijk de viscositeit en de reactiviteit ervan.

Een goede opslag van kalkmelk is van cruciaal belang, omdat de kwaliteit ervan na verloop van tijd achteruitgaat. De deeltjes calciumhydroxide reageren met kooldioxide (CO2) in de atmosfeer, wat resulteert in de vorming van calciumcarbonaatkalk (CaCO3). Dit heeft een negatieve invloed op de effectiviteit van de mest in verschillende processen en toepassingen.

Figuur 2: Schema van het kalkmelkproces [2].

Inkoop en alternatieven voor kalkmelk

De primaire grondstof voor kalkmelk, ongebluste kalk, is afkomstig van kalksteen, een sedimentair gesteente dat voornamelijk bestaat uit calciumcarbonaat (CaCO₃). Kalksteen is wereldwijd overvloedig aanwezig en wordt commercieel gewonnen in landen met aanzienlijke kalksteenafzettingen, waaronder de VS, China en India.

Er bestaan ​​verschillende alternatieven voor kalkmelk, voornamelijk in toepassingen waarbij het wordt gebruikt voor pH-controle of waterbehandeling. Deze alternatieven omvatten natriumcarbonaat (natriumcarbonaat), natronloog (natriumhydroxide) en magnesiumhydroxide. Elk van deze alternatieven heeft echter zijn eigen voor- en nadelen, en de selectie hangt vaak af van de specifieke toepassing en lokale economische overwegingen.

Tabel met dichtheid van kalkmelk

Zoals eerder uitgelegd, is een kalkslurry chemisch gezien een suspensie van calciumoxide CaO in water, ongebluste kalk genoemd. Gehydrateerde kalk Ca(OH)2 is een suspensie van calciumhydroxide Ca(OH)2 vaste deeltjes (poeder) – concentratie tussen 18% en 40% – in water, bekend als hydraatkalk, verkregen door de hydratatie van ongebluste kalk.

De volgende grafiek laat zien dat de dichtheid van een kalkmelkslurry toeneemt met de concentratie. Dit komt doordat de calciumdeeltjes in de slurry water verdringen, dat een lagere dichtheid heeft.

Figuur 3: Tabel met dichtheid van kalkmelk.

De grafiek laat ook zien dat de dichtheid van kalkmelk varieert met de temperatuur. Dit komt doordat de calciumhydroxidedeeltjes beter oplosbaar zijn in heet water, waardoor de dichtheid van de slurry afneemt.

De volgende tabel toont de dichtheid van kalkmelk bij verschillende percentages CaOH2 in water. De dichtheid neemt lineair toe met de toename van het massapercentage kalk in de mest. Het is belangrijk op te merken dat dit geschatte waarden zijn en dat de werkelijke dichtheid kan variëren afhankelijk van factoren zoals temperatuur en druk.

Bij percentages boven de 30% worden sommige kalkslurries behoorlijk stijf. Bij 35% worden additieven gebruikt om de mest verpompbaar te maken. Over het algemeen kan bij 40% de mest niet meer worden verpompt.

Tabel 1: Referentiedichtheid van kalkmest [3].

Consistentie van kalkslurry met concentratie

Er zijn drie soorten kalksuspensies:

• Nat stopverfachtig materiaal met 30-35% ongebluste kalkslurry.
• Romig materiaal dat kan worden gegoten of gepompt en ongeveer 20-25% ongebluste kalk bevat – bekend als Lime Milk.
• Waterige consistentie, melkachtig van kleur, met een concentratie van minder dan ongeveer 18% (typisch 10-15% of 1-1.5 lb/gal)

Eenmaal gestabiliseerd is kalkslurry een stabiele suspensie en niet corrosief. Stabilisatie vindt plaats wanneer al het water volledig heeft gereageerd met het calciumhydroxide.

Industriële toepassingen van kalkmelk

- Water behandeling: Kalk heeft verschillende toepassingen in waterbehandelingsprocessen, waaronder ontharding, agglomeratie, uitvlokking en pH-aanpassing. Het wordt vaak aan drinkwater toegevoegd om de carbonaatafzetting onder controle te houden en de levensduur van distributiesystemen te verlengen.

Bij de behandeling van afvalwater werkt kalk als een stollingsmiddel door de lading op colloïdale deeltjes te neutraliseren, waardoor deze gemakkelijk kunnen worden verwijderd. Het bevordert ook de uitvlokking van zwevende onzuiverheden, waardoor het decanteren efficiënter wordt. Kalk kan in combinatie met metaalzouten of polymeren als uitvlokmiddel worden gebruikt.

Bovendien kan kalk de pH-waarde van water verhogen, waardoor zware metalen als hydroxiden neerslaan. Dit maakt het gemakkelijker om ze te verzamelen en te verwijderen. Kalk helpt ook bij het neerslaan van fosfaten en sulfaten, evenals zware metalen, als onoplosbare zouten, waardoor de verwijderingsefficiëntie ervan wordt verbeterd.

Figuur 4: Waterbehandelingsproces en SRD-dichtheids- en viscositeitsmeter

- Suiker raffinage: Het proces van het zuiveren van suikerbieten- of suikerrietsap omvat de toevoeging van kalkmelk en koolzuurgas. Monitororing de kwaliteit van de kalkmelk in meerdere fasen is cruciaal voor het behalen van betere zuiveringsresultaten en een geoptimaliseerd proces.

Figuur 5: Suikerraffinageproces en SRD-dichtheids- en viscositeitsmeter

– Rookgasontzwaveling: Kalkmelk wordt veelvuldig gebruikt in energiecentrales en industrieën met grote ketels en helpt bij het verminderen van de uitstoot van zwaveldioxide door te reageren met deze schadelijke gassen en deze te neutraliseren.

– Papierproductie: In de papierindustrie wordt kalkmelk gebruikt voor het verteren van hout in het sulfaat- of kraftproces. Het breekt de in hout aanwezige lignine af, waardoor de papierproductie efficiënter wordt.

Figuur 6: Papierproductieproces en SRD-dichtheids- en viscositeitsmeter

– Staalproductie: De staalindustrie gebruikt kalkmelk voor vloeimiddelen, ontzwaveling en in het basisproces voor de productie van zuurstofstaal. Het helpt bij het verwijderen van onzuiverheden en verbetert de kwaliteit van het geproduceerde staal.

– Winning van non-ferrometalen: Verwijdering van non-ferrometaal uit het erts bij flotatieprocessen waarbij kalkmelk wordt gebruikt als pH-modificator voor een betere effectiviteit van opschuimers en collectoren of bij metathesereacties waarbij het wordt gebruikt om het zout van het non-ferrometaal neer te slaan. Kalkslurry wordt gebruikt om de pH-waarde te regelen bij zuurneutralisatie en cyanide-uitlogingsproces bij goudraffinage.

– Chemische productie: Lime-slurry wordt gebruikt als pH-regelaar, droogmiddel of voor metathesereacties.

- Bouw: Kalkmelk wordt gebruikt voor grondstabilisatie in de bouw en als bestanddeel van bouwmaterialen.

– Bleken: Kalkslurry wordt gebruikt voor het bleken van materialen zoals linnen, glas en papierpulp.

2.Monitororing en controletechnieken

Methode 1: Offline dichtheidsmeting

• Voordelen: Kosteneffectief; eenvoudig te implementeren
• Nadelen: onbetrouwbaar; traag in het reageren op veranderingen; handmatige interventie
• Toepasbaarheid: Kan worden gebruikt bij lage precisie-eisen, kleinere systeemgroottes of onregelmatige concentratieveranderingen.

Deze techniek omvat het periodiek meten van de dichtheid van kalkmelk met behulp van een offline dichtheidsmeter. Deze dichtheidsmeter staat los van de processtroom en vereist handmatige tussenkomst. Deze methode kan kosteneffectief en relatief eenvoudig te implementeren zijn; het kan echter behoorlijk langzaam en onbetrouwbaar zijn als reactie op concentratieveranderingen.

Methode 2: Inline-dichtheidsmeting en handmatige aanpassing van de invoersnelheid

• Voordelen: snellere dichtheidsmetingen; grotere nauwkeurigheid dan methode 1
• Nadelen: Langzame aanpassing van voedingssnelheden; handmatige interventie; risico op menselijke fouten
• Toepasbaarheid: Dit kan nuttig zijn in gevallen waarin de mestconcentratie niet vaak verandert en de mankracht beschikbaar is voor handmatige aanpassingen.

Hier is een inline-dichtheidsmeter zoals de Rheonics procesmeter SRD wordt gebruikt om continu de dichtheid van de kalkmelk te meten. Deze meter biedt real-time monitoringoring van de processtroom, waardoor deze sneller en nauwkeuriger is dan offline metingen. Aanpassingen van de voedingssnelheid worden echter nog steeds handmatig afgehandeld, wat kan resulteren in langzamere reactietijden en mogelijke menselijke fouten, zoals het te veel of te weinig verdunnen van de oplossing.

Methode 3: Automatische Inline Monitororing en controle (aanbevolen)

• Voordelen: Realtime nauwkeurige metingen; snelle besturingsaanpassingen; lage menselijke tussenkomst; constante kwaliteit
• Nadelen: hogere initiële installatiekosten
• Toepasbaarheid: Ideaal voor grotere systemen, frequente concentratieveranderingen of hoge precisie-eisen.

Deze methode maakt gebruik van een inline procesdichtheidsmeter zoals de Rheonics procesmeter SRD om de dichtheid van kalkmelk in realtime te monitoren, gecombineerd met een eenvoudige controller om de voersnelheden automatisch aan te passen. Deze opstelling zorgt voor nauwkeurige dichtheidsmetingen en stelt de controller in staat snel aanpassingen te maken als reactie op concentratieveranderingen, waardoor de mestkwaliteit behouden blijft en een strakke controle wordt bereikt. Hoewel deze methode gepaard gaat met hogere initiële installatiekosten, maken de voordelen van consistente kwaliteit, prestaties en minder inzet van mankracht dit de aanbevolen keuze.

Figuur 7: Inline procesdichtheidsmeter SRD-controlemelk- of kalkslurry-concentratiemassa

3. Rheonics Inline procesdichtheidsmeter SRD

De Rheonics Inline Process Density Meter SRD is een inline dichtheidsmeter, ideaal voor het controleren van de dichtheid van kalkmelk in een kalkbluster. De SRD is nauwkeurig en betrouwbaar en kan werken bij een breed temperatuur- en drukbereik.

Figuur 8: Rheonics SRD Inline dichtheids- en viscositeitsmeter

Geschikt voor Lime Slaker Control

De Rheonics Inline Process Density Meter SRD is om de volgende redenen zeer geschikt voor kalkbestrijding:

• Breed temperatuurbereik: De SRD kan werken in een temperatuurbereik van -40 tot 300 °C (-40 tot 572 °F), wat het gehele temperatuurbereik van een kalkblusser bestrijkt.
• Hoge nauwkeurigheid: De SRD heeft een nauwkeurigheid van 0.001 g/cc (waarbij een hogere nauwkeurigheid beschikbaar is), wat voldoende is voor de meeste kalkslaktoepassingen, aangezien het massa-/concentratieveranderingen van minder dan 1% oplost.
• Snelle reactietijd: De SRD heeft een snelle responstijd van minder dan 1 seconde, waardoor realtime aansturing van de kalkslakker mogelijk is.
• Makkelijk te installeren: De SRD is een eenvoudig te installeren dichtheidsmeter, zonder dat er kalibratie- of inbedrijfstellingsstappen nodig zijn. De sensor kan in 5 minuten in de tank of lijn worden geïnstalleerd en van stroom worden voorzien om de meting te starten.
• Eenvoudige integratie met PLC: Ondersteuning voor een breed scala aan industriële protocollen en PLC. Bekijk het bereik van PLC en protocollen gebruikt door SRD die door klanten worden gebruikt om te integreren met hun PLC en IPC naar keuze.
• Gelijktijdige meting van viscositeit en temperatuur: De viscositeit van kalkmest blijkt een goede indicator te zijn voor de kwaliteit van de kalkmest. SRD kan verouderingsgerelateerde afbraak van kalkslurry detecteren [1].

Tabel 2: Vergelijking van verschillende kalkslurries in tanks en de verouderingseigenschappen ervan. [1]

Gebruik makend Rheonics SRD voor Monitoring Alternatieve slurries 

De inline procesdichtheidsmeter, Rheonics SRD, is een veelzijdige tool die gebruikt kan worden voor monitoringoring niet alleen kalkmelk, maar ook alternatieven zoals natriumcarbonaat, natronloog en magnesiumhydroxide. Gezien de verschillende dichtheden en stromingseigenschappen van deze stoffen, is de Rheonics De precisie en verstelbaarheid van SRD maken het een uitstekende keuze voor monitoring hun concentraties in realtime. Dit zorgt ervoor dat de juiste hoeveelheden worden gebruikt, waardoor het optimale pH-niveau of de behandelingsefficiëntie behouden blijft. Bovendien is de integratie van de Rheonics SRD met besturingssystemen maakt automatische aanpassingen mogelijk, waardoor een naadloze werking ontstaat, ongeacht het gebruikte materiaal.

Voordelen van het gebruik Rheonics inline procesdichtheidsmeter SRD

• Online real-time meting van de dichtheid, het proces kan continu worden gecontroleerd en uitgevoerd zonder dat er meetmonsters nodig zijn
• Directe uitvoer vanaf meter dichtheid, soortelijk gewicht, concentratie, °Be (Graden Baumé), °Bx (Graden Brix)
• Efficiënt gebruik van kalkmest, verbetering van de kwaliteit en kostenbesparing
• Betrouwbare, herhaalbare, reproduceerbare en nauwkeurige meter
• Directe meting zonder invloed van bedrijfstemperatuur, aanwezigheid van vaste stoffen in de vloeistof
• Optimaliseer de opbrengst van het productieproces met behulp van kalkmest
• Eenvoudige installatie in proceslijnen, tanks en reactoren zonder externe stroomcel
• Gebruik dezelfde meter om ook het eindproduct te meten, gebruikmakend van de directe output in de gewenste eenheid (°Bx, °Be, SG, concentratie en andere).

Figuur 9: Installatie van SRD-dichtheidsmeter in tank en recirculatieleiding

Voordelen Rheonics gebalanceerde torsieresonator (BTR) gebaseerde dichtheidsmeter ten opzichte van alternatieven

• Directe meting van de dichtheid in plaats van via empirische meetprincipes gebaseerd op absorptie van microgolven of straling (op microgolven en straling gebaseerde methoden stellen de relatieve verandering in absorptie vast en relateren deze aan de dichtheid door middel van vloeistofkalibratie en vereisen periodieke herkalibratie)
• Directe meting in het midden van de stroomlijn in plaats van aan de muur (zoals bij metingen op basis van elektrodes)
• Geen impact van afzettingen op de muren (tegen ernstige gevolgen voor op microgolven gebaseerde technologieën)
• Stroomlijnt het sensorelement met EHEDG- en 3-A-certificeringen, elimineert elke kans op verstopping (in vergelijking met de op stemvorken gebaseerde technologieën)
• Mogelijkheid om te werken met vloeistoffen met zowel lage als hoge viscositeit
• Er is geen noodzaak voor herkalibratie tijdens de inbedrijfstelling of gedurende de levensduur 
• Ingebouwde kalibratieverificatie om te voldoen aan de FDA- en andere kwaliteitscontrolenormen

Tabel 3: Vergelijking van verschillende dichtheidsmeters op basis van verschillende technologieën.

4. Implementatiestrategie

De implementatie van automatische inline monitoringoring en het besturingssysteem kunnen worden onderverdeeld in de volgende stappen:

Selectie van uitrusting: 

De selectie van een geschikte inline-dichtheidsmeter zoals de Rheonics SRD is de eerste stap. Zorg ervoor dat u een model kiest dat past bij de specifieke vereisten van uw proces, zoals de kenmerken van de mest en het gewenste niveau van regelprecisie. Ontdek hier alle SRD-varianten.

Installatie: 

De inline dichtheidsmeter kan direct in de procesleidingen of in een tank worden geïnstalleerd, afhankelijk van de specifieke toepassingsvereisten. Beoordeling Rheonics SRD-installatievereisten. 

Voor proceslijninstallatie:

Rheonics De SRD-dichtheidsmeter kan eenvoudig worden geïntegreerd in een bestaande pijpleiding, dankzij de aanpasbare procesaansluitingen en sensorsondevarianten. 

De belangrijkste installatietypes zijn loodrecht en horizontaal op de buis. De beslissing wordt genomen op basis van de installatiebeperkingen op het gebied van ruimte, functionaliteit, vloeistoftype en andere. Zie de volgende tabel met een vergelijking van de twee voor kalkmelkmest.

Tabel 4: Installatie van inline-leidingen – parallelle en loodrechte vergelijking 

Voor tankinstallatie:

Voor installaties in tanks, vaten of reactoren moet niet alleen het SRD-sensorelement vrij zijn van obstakels, maar moet de sensorsonde ook uit de buurt zijn van bewegende objecten die de eenheid tijdens bedrijf kunnen raken.

Rheonics De meest voorkomende oplossingen voor installatie in tanks zijn het gebruik van de Tank Mount Adapter – TMA-34N, en het gebruik van lange inbrengsondes zoals de SRD-X5. Beide maken een veilige en betrouwbare installatie mogelijk zonder dat de tank hoeft te worden geleegd. De volgende tabel vergelijkt beide opties.

Tabel 5: Inline tankinstallatie – Vergelijking tankmontageadapter en lange inbrengsonde 

Voor meer informatie, bezoek het artikel op a vergelijking tussen inline-installatie in tank en leiding. 

Kalibratie en testen: 

Eenmaal geïnstalleerd moet de dichtheidsmeter worden getest om nauwkeurige metingen te garanderen. Deze stap omvat het verifiëren dat de meterstanden overeenkomen met de bekende mestdichtheid en het indien nodig aanpassen van de meter.

Integratie met besturingssystemen: 

De dichtheidsmeter moet worden geïntegreerd met de besturingssystemen. Dit maakt automatische aanpassingen van de voedingssnelheid mogelijk als reactie op veranderingen in de mestdichtheid.

Door deze implementatiestrategie te volgen, kunt u een succesvolle installatie en werking van een automatische inline-monitor garanderenoring en controlesysteem voor kalkmelk. Dit zal leiden tot verbeterde procescontrole, consistente mestkwaliteit en betere prestaties van het eindproduct.

Beste praktijken voor het onderhoud van de monitororing en besturingssystemen

1. Zorg ervoor dat al het calciumcarbonaat met water heeft gereageerd om een ​​stabiele suspensie te vormen; dit duurt enige tijd. SRD-metingen kunnen aantonen wanneer de dichtheid (en viscositeit) zijn gestabiliseerd, wat volledige stabilisatie betekent.
2. Regelmatige kalibratieverificatie van de inline-dichtheidsmeter, waardoor betrouwbare metingen worden gegarandeerd.
3. Periodiek onderhoud en reiniging van de dichtheidsmeter om vervuiling te voorkomen en een goede werking te garanderen.
4. Routinematige inspectie van de PID-regelaar en andere regelapparatuur om een ​​algeheel geoptimaliseerd systeem te behouden.
5. Een goede opleiding van het personeel dat toezicht houdt op de monitoringoring en controlesystemen om variaties in grondstoffen aan te pakken, potentiële problemen op te lossen en de veiligheid te garanderen.
6. Implementatie van standaard operationele procedures (SOP's) voor monitoring, controle en rapportage om de communicatie te vergemakkelijken en een consistente en efficiënte workflow te behouden.

Door gebruik te maken van een automatische inline monitororing en controlemethode kunnen operators met vertrouwen de kwaliteit van de kalkmelk handhaven en controleren om de gewenste prestaties en veiligheid van het eindproduct te bereiken.

5. Conclusie

Monitoring en het controleren van de kalkmelk is een cruciaal aspect van veel industriële processen. Bij de keuze van de techniek moet rekening worden gehouden met factoren als precisie, systeemgrootte en frequentie van concentratieveranderingen. Voor optimale prestaties en consistente kwaliteit raden wij echter aan een automatische inline-monitor te gebruikenoring en controlemethode. Goed onderhoud en naleving van SOP's zorgen voor betrouwbare resultaten en leveren tegelijkertijd resultaten op. Rheonics inline procesdichtheidsmeter met viscositeitsoutput, SRD is een uitstekende aanvulling op de toolset van operators om de consistentie van hun kalkslurry te bewaken, controleren en optimaliseren, waardoor een hoge ROI wordt bereikt.

Referenties

[1]: Kutlubay, G. (2016) Proces voor het vervaardigen van een daardoor verkregen melk van gebluste limoen van grote fijnheid en melk van kalk van grote fijnheid. WO 2016/037972 A9 

[2]:  Kemppainen, J. (2016) Modellering en validatie van het productieproces van kalkmelk.

[3]: Nationale Limoenvereniging. Eigenschappen van typische commerciële kalkproducten 

[4]: Wereldwijd marktoverzicht van kalkslurry 2019-2025, marktonderzoeksrapport

[5]: S&D Sucden. Suikerprocesstroomcharts

[6]: Wikipedia. Melk van limoenslurry

[7]: Suiker Vereniging 

[8]: Papier Vereniging 

[9]: Vereniging Waterzuivering