Schwefelsäure ist eine der technisch wichtigsten Chemikalien überhaupt und zählt zu den meist produzierten Grundstoffen. In unterschiedlichen Konzentrationen wird die Chemikalie in vielen Industriesegmenten eingesetzt. Ihre Produktionsmenge gilt – neben der von Chlor – als ein Indikator für die industrielle Entwicklung und den Leistungsstand eines Landes. Die Jahresproduktion liegt weltweit bei etwa 200 Mio. t und in Deutschland bei rund 5 Mio. t. Der größte Teil davon wird für die Herstellung von Düngemitteln verbraucht. Als Batteriesäure ist 37-prozentige Schwefelsäure ein wesentlicher Teil des Bleiakkumulators, der beispielsweise in der Automobilindustrie als Starterbatterie verwendet wird. In chemischen Laboratorien zählt Schwefelsäure zu den meist genutzten Grundstoffen und wird unter anderem zur Einstellung des pH-Werts oder als Katalysator genutzt.
Bei den unterschiedlichen Anwendungen wird Schwefelsäure in verschiedenen Konzentrationen benötigt. Dazu wird das 96-prozentige Grundprodukt mit Wasser verdünnt. Das Verdünnen der Schwefelsäure ist mit einer stark exothermen Reaktion verbunden: Abhängig von der Ausgangskonzentration treten Temperaturen bis circa 140 °C auf. Bei der Konzeption einer Mischanlage ist dies zu berücksichtigen. Die Temperaturen müssen zur Sicherheit des Bedienpersonals und der anliegenden Anlagenteile durch eine Kühlstrecke gezielt abgeführt werden. Wegen der hohen Produktionsmengen stehen die Genauigkeit und damit Wirtschaftlichkeit von Mischanlagen ebenfalls im Fokus der Hersteller. Die Anforderungen an die Anlagen liegen bei +/-1 Prozent auf Dichte und Menge.
In einer solchen Mischanlage fördern zwei Dosiereinheiten von sera die konzentrierte Schwefelsäure und das Verdünnungswasser. Die Fördermengen der Pumpen werden abhängig von der gewünschten Endkonzentration geregelt. Dazu erfasst eine Dichtemessung die Ausgangskonzentration der Chemikalie. Die Anlagensteuerung ermittelt auf dieser Basis die Grundeinstellung für die Leistung der Dosiereinheiten. Wasser und Schwefelsäure werden in einem Reaktor mit integriertem Kühlkreislauf zusammengeführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Reaktionswärme unmittelbar an der Stelle ihrer Entstehung abgeführt wird.
Herstellprozess optimieren
Nach erfolgter Reaktion wird eine Charge mit bis zu 5.000 l in einem Chargenbehälter zwischengelagert. Beim Befüllen des Behälters wird die Konzentration automatisch gemessen. Davon abhängig werden die Förderleistungen der beiden Dosiereinheiten nachgeregelt. Zusätzlich werden bei der Herstellung der unterschiedlichen Lösungen die Produktionsmengen mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser erfasst. Am Ende des Prozesses werden die Produktchargen gelagert bzw. abgefüllt. Dazu stehen drei Lagertanks mit je 30 m3 Volumen für die Konzentrationen 37, 50 und 70 Prozent zur Verfügung. Schwefelsäure in anderen Konzentrationen wird direkt in Liefergebinde gefüllt.
Herzstück der Anlage ist die Steuerung auf Basis einer SPS S7-1200. Alle für die Herstellung der unterschiedlichen Lösungen wichtigen Parameter werden erfasst und über ein Bedienpanel visualisiert. Rezepturgesteuert wird die Produktion gestartet. Abhängig von den Konzentrationen werden die Dosiereinheiten geregelt. An den wichtigsten Punkten werden im Reaktor und Kühlkreislauf die Temperaturen erfasst und die Leistung der Kühlwasserpumpen justiert. Zur Anbindung an die übergeordnete Prozesssteuerung gibt es eine Ethernet-Schnittstelle. Für spätere Kontrollen werden Chargen- und Materialnummer, Konzentration und Produktionsmenge protokolliert.
Ergebnis der aufwändigen Anlagen- und Steuerungstechnik ist neben der kompletten Automatisierung die Verbesserung der Anlagengenauigkeit von ursprünglich +/- 3 auf nun etwa +/- 0,1 Prozent. Somit erfüllt die Neuanlage die Kundenanforderung von +/-1 Prozent. Weitere Vorteile der Mischanlage sind:
mehr Sicherheit für das Bedienpersonal und die angrenzende Anlagentechnik durch direktes Abführen der Reaktionswärme an der Entstehungsstelle
speziell auf den Anwendungsfall ausgelegte Lösung
wirtschaftliche Verdünnung der Chemikalie nach Bedarf (es wird nur so viel angesetzt, wie für die jeweilige Charge benötigt wird)
mehr Flexibilität in der Produktion durch eine an den Prozess angepasste Anlagensteuerung mit Rezepturverwaltung
Kostenreduzierung durch hohe Anlagengenauigkeit im Produktionsprozess
hochwertige Anlagen- und Dosiertechnik, schlüsselfertig aus einer Hand.
