Prozessmesstechnik an der Technische Universität Wien | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Prozessmesstechnik an der Technische Universität Wien

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Nenne Chromatografische Verfahren der Prozessanalytik und deren Hauptanwendungsbereiche.

(3 Unterpunkte)

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  • Gaschromatographie: Gase und verdampfbare Flüssigkeiten
  • Flüssigkeitschromatographie: nicht verdampfbare oder sich bei Aufheizung zersetzende Flüssigkeiten
  • Ionenchromatographie: Anionen und Kationen
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Was bedeutet "spezifisch" im Bezug auf ein Messverfahren?

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Das Verfahren misst tatsächlich die relevante Koponente anhand einer stoffspezifischen Eigenschaft (zB. einen Stoff anhand seines Spektrums)

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Beschreibe In line-Analytik etwas genauer.

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Direkt im Produktionsstrom ist eine Sonde integriert, die im Produktionsfluss ohne Probenahme Informationen über Prozess- oder Produkteigenschaften liefert --> direkte Steuerung/Regelung möglich


Vorteile:

* keine Probenahme --> Verfahren deswegen weniger störanfällig

* Kontinuierliche Daten zu jedem Zeitpunkt der Produktion verfügbar


Nachteile:

* Kalibieraufwand groß (da alle Querempfindlichkeiten und Störfaktoren, die sich im Prozess verändern, in die Kalibration mit integriert werden müssen)

* Im Gegensatz zur on line-Analyse kann der Probenstrom vor der eigentlichen Messung nicht filtriert oder auf eine definierte Temperatur gebracht werden (--> Parikel und Temperaturvariation werden bei Messung mit erfasst)

* Instrumentarium und auch die chemische Modellbildung muss wesentlich robuster ausgelegt werden.

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Nenne Physikalisch-chemische Verfahren der Prozessanalytik und deren Hauptamwendungsbereiche.

(11 Unterpunkte)


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  • Streulichtphotometrie: Partikel in Gasen und Flüssigkeiten, Feuchtemessung über Tauspiegel
  • Paramagnetische Suszeptibilität: Sauerstoffanalyse
  • Wärmeleitfähigkeit: (quasi-)binäre Gasgemische
  • Dichte: (quasi-)binäre Gas- und Flüssigkeitsgemische
  • Schallgeschwindigkeit: (quasi-)binäre Gas- und Flüssigkeitsgemische, auch als Ergänzung zur Dichtemessung. Partikelmessung, Strukturänderungen
  • Viskosität: Beurteilung von Flüssigkeiten, besonders Schmelzen (Produktqualität)
  • Brechungsindex: (quasi-)binäre Flüssigkeitsgemische
  • Kapazität: Klimafeuchte, Feuchte von unpolaren Flüssigkeiten
  • Massenbelegung (Schwingquarz): Spuren-Feuchtebestimmungen in Gasen
  • Chemolumineszenz Flammenphotometrie: NO, SO2, O3 im Spurenbereich gasförmige Schwefelverbindungen
  • Ionisationsmehtoden (Flammen-, Photoionisation): Kohlenwasserstoffe
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Beschreibe On line-Analytik etwas genauer.

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Die Probenahme erfolgt kontinuierlich, automatisiert über einen Bypass. Sie kann sofort analysiert werden und es findet ein kontinuierlicher Datenaustausch zwischen Analysator und Steuer/Regelsystem statt.


Vorteile:

* schnell und ohne händische Probenahme möglich

* Feed.back-Kontrolle und Feed-forward-Kontrolle zeitnah möglich

* hoch spezifischer Analysator


Nachteile:

* kostenintensiv

* Troubleshooting mit Personal muss vorgesehen werden

* Kalibration relativ aufwändig/teuer

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Nenne elektrochemische Verfahren der Prozessanalytik und deren Hauptanwendungsbereiche.
(3 Unterpunkte)

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  • Potentiometrie: zB. pH-Messtechnik (Biosensorik)
  • Amperometrie: zB. Gaswarnsensoren (Biosensorik)
  • Elektrische Leitfähigkeit: zB. Konzentrationsbestimmungen von Säuren, Laugen und Salzlösungen. Reinstwasser DOC nach UV-Oxidation
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Ziel der Prozessanalytik?

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"Ziel der Prozessanalytik ist die Bereitstellung von relevanten Informationen und Daten für die Prozessoptimierung, -automatisierung, -steuerung und -regelung zur Gewährleistung einer konstanten Produktqualität in sicherern, umweltverträglichen und kostengünstigen Prozessen."

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Beschreibte At line-Analytik etwas genauer.

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Aus dem Produktionsprozess wird eine Probe entnommen und in Prozessnähe wird eine Schnellprüfung vorgenommen. Die Analysenergebnisse werden zur Steuerung/Regelung des Prozuktionsprozesses verwendet.


Nachteil: noch immer zeitliche Verzögerung, bis auf Steuerung/Regelung Einfluss genommen werden kann.

Messung ist nur eine Momentanaufnahme, zum Zeitpunkt der Probenahme.

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Herausforderungen der Prozessmesstechnik? (Denkanstoß: was soll gewährleistet sein bzw. was sollte nicht auftreten? 10 Unterpunkte)

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  • Messung möglichst in situ (= ohne Probenahme)
  • Repräsentativität der Messung
  • Messprinzip unbeeinträchtigt vom Produktionsprozess
  • keine Beeinträchtigung des Produktionsprozesses
  • Schnelligkeit (Zeitauflösung) der Messung
  • ausreichende Selektivität
  • hoher dynamischer Bereich
  • Stabilität der Kalibration
  • minimale Drift, kein Fouling (zB. störende Ablagerungen an Messeinrichtungen, etc.)
  • Mechanische Robustheit
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Nenne 4 Opionen zur Überwachung und Steuerung von chemischen Prozessen.

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  • Off line-Analytik
  • At line-Analytik
  • On line-Analytik
  • In line-Analytik
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Definition der Prozessanalytik? (Womit befasst sie sich?)

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"Gegenstand der Prozessanalytik sind chemische, physikalische, biologische und mathematische Methoden zur zeitnahen Erfassung kritischer Parameter von chemischen, physikalischen, biologischen und Umweltprozessen."

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Definiere den Begriff "Messen".

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Messen ist das Erfassen und das Darstellen des Wertes einer physikalischen Größe mit Hilfe eines Messgerätes (Instruments).

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Q:

Nenne Chromatografische Verfahren der Prozessanalytik und deren Hauptanwendungsbereiche.

(3 Unterpunkte)

A:
  • Gaschromatographie: Gase und verdampfbare Flüssigkeiten
  • Flüssigkeitschromatographie: nicht verdampfbare oder sich bei Aufheizung zersetzende Flüssigkeiten
  • Ionenchromatographie: Anionen und Kationen
Q:

Was bedeutet "spezifisch" im Bezug auf ein Messverfahren?

A:

Das Verfahren misst tatsächlich die relevante Koponente anhand einer stoffspezifischen Eigenschaft (zB. einen Stoff anhand seines Spektrums)

Q:

Beschreibe In line-Analytik etwas genauer.

A:

Direkt im Produktionsstrom ist eine Sonde integriert, die im Produktionsfluss ohne Probenahme Informationen über Prozess- oder Produkteigenschaften liefert --> direkte Steuerung/Regelung möglich


Vorteile:

* keine Probenahme --> Verfahren deswegen weniger störanfällig

* Kontinuierliche Daten zu jedem Zeitpunkt der Produktion verfügbar


Nachteile:

* Kalibieraufwand groß (da alle Querempfindlichkeiten und Störfaktoren, die sich im Prozess verändern, in die Kalibration mit integriert werden müssen)

* Im Gegensatz zur on line-Analyse kann der Probenstrom vor der eigentlichen Messung nicht filtriert oder auf eine definierte Temperatur gebracht werden (--> Parikel und Temperaturvariation werden bei Messung mit erfasst)

* Instrumentarium und auch die chemische Modellbildung muss wesentlich robuster ausgelegt werden.

Q:

Nenne Physikalisch-chemische Verfahren der Prozessanalytik und deren Hauptamwendungsbereiche.

(11 Unterpunkte)


A:
  • Streulichtphotometrie: Partikel in Gasen und Flüssigkeiten, Feuchtemessung über Tauspiegel
  • Paramagnetische Suszeptibilität: Sauerstoffanalyse
  • Wärmeleitfähigkeit: (quasi-)binäre Gasgemische
  • Dichte: (quasi-)binäre Gas- und Flüssigkeitsgemische
  • Schallgeschwindigkeit: (quasi-)binäre Gas- und Flüssigkeitsgemische, auch als Ergänzung zur Dichtemessung. Partikelmessung, Strukturänderungen
  • Viskosität: Beurteilung von Flüssigkeiten, besonders Schmelzen (Produktqualität)
  • Brechungsindex: (quasi-)binäre Flüssigkeitsgemische
  • Kapazität: Klimafeuchte, Feuchte von unpolaren Flüssigkeiten
  • Massenbelegung (Schwingquarz): Spuren-Feuchtebestimmungen in Gasen
  • Chemolumineszenz Flammenphotometrie: NO, SO2, O3 im Spurenbereich gasförmige Schwefelverbindungen
  • Ionisationsmehtoden (Flammen-, Photoionisation): Kohlenwasserstoffe
Q:

Beschreibe On line-Analytik etwas genauer.

A:

Die Probenahme erfolgt kontinuierlich, automatisiert über einen Bypass. Sie kann sofort analysiert werden und es findet ein kontinuierlicher Datenaustausch zwischen Analysator und Steuer/Regelsystem statt.


Vorteile:

* schnell und ohne händische Probenahme möglich

* Feed.back-Kontrolle und Feed-forward-Kontrolle zeitnah möglich

* hoch spezifischer Analysator


Nachteile:

* kostenintensiv

* Troubleshooting mit Personal muss vorgesehen werden

* Kalibration relativ aufwändig/teuer

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Q:

Nenne elektrochemische Verfahren der Prozessanalytik und deren Hauptanwendungsbereiche.
(3 Unterpunkte)

A:
  • Potentiometrie: zB. pH-Messtechnik (Biosensorik)
  • Amperometrie: zB. Gaswarnsensoren (Biosensorik)
  • Elektrische Leitfähigkeit: zB. Konzentrationsbestimmungen von Säuren, Laugen und Salzlösungen. Reinstwasser DOC nach UV-Oxidation
Q:

Ziel der Prozessanalytik?

A:

"Ziel der Prozessanalytik ist die Bereitstellung von relevanten Informationen und Daten für die Prozessoptimierung, -automatisierung, -steuerung und -regelung zur Gewährleistung einer konstanten Produktqualität in sicherern, umweltverträglichen und kostengünstigen Prozessen."

Q:

Beschreibte At line-Analytik etwas genauer.

A:

Aus dem Produktionsprozess wird eine Probe entnommen und in Prozessnähe wird eine Schnellprüfung vorgenommen. Die Analysenergebnisse werden zur Steuerung/Regelung des Prozuktionsprozesses verwendet.


Nachteil: noch immer zeitliche Verzögerung, bis auf Steuerung/Regelung Einfluss genommen werden kann.

Messung ist nur eine Momentanaufnahme, zum Zeitpunkt der Probenahme.

Q:

Herausforderungen der Prozessmesstechnik? (Denkanstoß: was soll gewährleistet sein bzw. was sollte nicht auftreten? 10 Unterpunkte)

A:
  • Messung möglichst in situ (= ohne Probenahme)
  • Repräsentativität der Messung
  • Messprinzip unbeeinträchtigt vom Produktionsprozess
  • keine Beeinträchtigung des Produktionsprozesses
  • Schnelligkeit (Zeitauflösung) der Messung
  • ausreichende Selektivität
  • hoher dynamischer Bereich
  • Stabilität der Kalibration
  • minimale Drift, kein Fouling (zB. störende Ablagerungen an Messeinrichtungen, etc.)
  • Mechanische Robustheit
Q:

Nenne 4 Opionen zur Überwachung und Steuerung von chemischen Prozessen.

A:
  • Off line-Analytik
  • At line-Analytik
  • On line-Analytik
  • In line-Analytik
Q:

Definition der Prozessanalytik? (Womit befasst sie sich?)

A:

"Gegenstand der Prozessanalytik sind chemische, physikalische, biologische und mathematische Methoden zur zeitnahen Erfassung kritischer Parameter von chemischen, physikalischen, biologischen und Umweltprozessen."

Q:

Definiere den Begriff "Messen".

A:

Messen ist das Erfassen und das Darstellen des Wertes einer physikalischen Größe mit Hilfe eines Messgerätes (Instruments).

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