DE-102024003622-A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren von Prozessflüssigkeiten

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Optimieren von Prozessflüssigkeiten in industriellen oder medizin-technischen Prozessen, wobei die Prozessflüssigkeit (1) in einer Prozessflüssigkeits-Analyseinrichtung (3) analysiert wird, wobei die Fehlerhaftigkeit bei der Prozessflüssigkeitsanalyse weitgehend ausgeschlossen wird und so Produktionsstillstandzeiten vermieden werden sollen, indem dass die Prozessflüssigkeits-Analyseeinrichtung (3) mit einer Prozessflüssigkeitsleitung (4) zumindest während der Analyse der Prozessflüssigkeit (1) strömungsverbunden ist.

Inventors

• Gourab Halder
• Jürgen Stilgenbauer

Assignees

• Predicom Solutions GmbH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (20)

1. Verfahren zum Optimieren von Prozessflüssigkeiten in industriellen oder medizin-technischen Prozessen, wobei die Prozessflüssigkeit (1) analysiert wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Prozessflüssigkeit (1) zumindest während der Analyse in eine mit einer Prozessflüssigkeitsleitung (4) strömungsverbundene Prozessflüssigkeits-Analyseeinrichtung (3) gelangt und während des Durchströmens der Prozessflüssigkeits-Analyseeinrichtung (3) analysiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Prozessflüssigkeit (1) inline oder über einen Bypass in die Prozessflüssigkeits-Analyseeinrichtung (3) gelangt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Prozessflüssigkeits-Analyse kontinuierlich während des laufenden Prozesses in Echtzeit, insbesondere in bestimmten Zeitintervallen, erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Prozessflüssigkeits-Analyse a) elektrochemische Messungen, insbesondere betreffend den pH-Wert, die elektrische Leitfähigkeit, das Redoxpotential, und /oder b) physikalische Messungen, insbesondere die Temperatur, und /oder c) spektrale Messungen, insbesondere die Lichtdurchlässigkeit, und / oder d) visuelle Messungen, insbesondere vergrößerte Bilder von Schwebeteilchen, umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die bei den Messungen ermittelten Daten (R 1 , R 1 +R 3 , R 2 ) an einen Computer (34) übermittelt werden und dass das Über- oder Unterschreiten eines festgelegten Standards durch die übermittelten Daten zur Auslösung von Warnsignalen, insbesondere Frühwarnsignalen, führt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Daten sensorisch gewonnen werden, wobei insbesondere elektrochemische, physikalische und spektrale Sensoren (11 bis 14), Foto-Sensoren (33) sowie hyperspektrale Lichtquellen (15, 24) zum Einsatz kommen.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Daten verschiedener Analysen aus einem bestimmten Zeitintervall stammen und vorzugsweise kontinuierlich aufeinanderfolgend gesammelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass der Computer mindestens ein Computerprogramm aufweist, welches Algorithmen, insbesondere statistische Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmen (35, 36), umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet , dass aus den durch die Messungen ermittelten Daten ein hyperdimensionaler Datensatz (37) erstellt wird, der mittels des Computerprogramms verarbeitet wird, wobei die Qualität der Prozessflüssigkeit (1) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass die erste Analyse der Prozessflüssigkeit (1) zu Erstellung eines Standards, insbesondere in Form von Referenzdatensätzen (38, 39), dient.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet , dass der hyperdimensionale Datensatz (37) in einen ersten statistischen Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmus (35) und in einen zweiten statistischen Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmus (36) eingespeist wird, um die Referenzdatensätze (38, 39) zu erstellen, und dass nachfolgend erstellte hyperdimensionale Datensätze (37) analog behandelt werden, aber zusätzlich mit den Referenzdatensätzen (38, 39), verglichen werden.
12. Verfahren nach einem der Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass mittels des ersten statistischen Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmus (35) der Partikeltyp (40) erkannt wird, wobei vorzugsweise die Partikelform (41) und das Beugungsmuster (42) der Partikel klassifiziert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet , dass die Ergebnisse aus dem Durchlauf des hyperdimensionalen Datensatzes (37) durch den ersten statistischen Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmus (35) mit dem Referenzdatensatz (38) aus der ersten Analyse verglichen werden und dass bei Feststellung einer statistisch akzeptablen Daten-Übereinstimmung (44) der Partikeltyp (40) als identifiziert (45) klassifiziert wird, während der Partikeltyp (40) bei Nicht-Feststellung einer Daten-Übereinstimmung (44) als unbekannt (46) klassifiziert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass bei der Feststellung einer Daten-Übereinstimmung (44) die Partikelanzahl (51) des identifizierten Partikeltyps (40) festgestellt wird und daraus eine Korrosions-Prognose (52) abgeleitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 , dadurch gekennzeichnet , dass mittels des zweiten statistischen Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmus (36) die elektrochemischen und physikalischen Eigenschaften (43) der Prozessflüssigkeit (1) und damit der Zustand der Prozessflüssigkeit (1) erkannt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet , dass die Ergebnisse aus dem Durchlauf des hyperdimensionalen Datensatzes (37) durch den zweiten statistischen Klassifizierungs- und Erkennungsalgorithmus (36) mit dem Referenzdatensatz (39) aus der ersten Analyse verglichen werden und dass bei Feststellung einer statistisch akzeptablen Daten-Übereinstimmung (44) die Prozessflüssigkeit (1) als identifiziert (45) klassifiziert wird, während die Prozessflüssigkeit (1) bei Nicht-Feststellung einer Daten-Übereinstimmung (44) als unbekannt (46) oder als neue (47) Prozessflüssigkeit (1) klassifiziert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet , dass bei der Feststellung einer Daten-Übereinstimmung (44) der Grad (48) der Daten-Übereinstimmung (44) ermittelt wird und daraus eine Prognose für künftige Qualitätsabweichungen der Prozessflüssigkeit (1), insbesondere deren Verschlechterung in Form einer Qualitätsabweichungsrate (49) abgeleitet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet , dass hyperdimensionale Datensätze (37) der Prozessflüssigkeit (1), die nicht innerhalb der prognostizierten künftigen Qualitätsabweichungen der Prozessflüssigkeit (1), insbesondere nicht innerhalb der Qualitätsabweichungsrate (49), liegen, als eine die Prozesssicherheit gefährdende Anomalie (50) klassifiziert werden.
19. Vorrichtung zum Optimieren von Prozessflüssigkeiten (1) in industriellen oder medizin-technischen Prozessen (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 , mit einer Prozessflüssigkeits-Analyseinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet , dass die Prozessflüssigkeits-Analyseeinrichtung (3) mit einer Prozessflüssigkeitsleitung (4) zumindest während der Analyse der Prozessflüssigkeit (1) strömungsverbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet , dass die Prozessflüssigkeits-Analyseeinrichtung (3) innerhalb der Prozessflüssigkeitsleitung (4) angeordnet ist oder zumindest teilweise in das Innere der Prozessflüssigkeitsleitung (4) ragt und zumindest während der Analyse von der Prozessflüssigkeit (1) durchströmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren von Prozessflüssigkeiten in industriellen oder medizin-technischen Prozessen, wobei die Prozessflüssigkeit analysiert wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Optimieren von Prozessflüssigkeiten in industriellen oder medizin-technischen Prozessen, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann und eine Probeflüssigkeits-Analyseeinrichtung umfasst. Bei allen wichtigen industriellen Prozessen kommt eine Prozessflüssigkeit für verschiedene Zwecke zum Einsatz. Zum Beispiel ist die Verwendung von Kühlmitteln in Heizkreisläufen oder von Frostschutzmitteln in Kühlkreisläufen in jeder Industrie, die Stromgeneratoren verwendet, unverzichtbar. Produktionsanlagen, die Kühltürme oder Dampfkessel verwenden, benötigen ebenfalls den Zusatz verschiedener Chemikalien zu ihrem Prozesswasser. Chemikalien wie Korrosionsschutzmittel, Kalkschutzmittel, Additive, Biozide usw. sind je nach Anwendung Bestandteile einer Prozessflüssigkeit. Im Allgemeinen kann jede Prozessflüssigkeit als eine Kombination verschiedener organischer und anorganischer chemischer Familien beschrieben werden, die mit Wasser gemischt werden, abhängig von spezifischen Anwendungen und Materialverträglichkeit. Die Qualität aller in der Anwendung befindlichen Prozessflüssigkeiten verschlechtert sich mit der Zeit, da es zu Reaktionen mit anderen Chemikalien oder Metallen und zu Reaktionen auf hohe und / oder niedrige Temperaturen kommt. Insbesondere chemische Reaktionen, wie bspw. die Oxidation, führt zur Zerstörung der chemischen Grundbestandteile von Prozessflüssigkeiten. Die qualitativen Änderungen der Prozessflüssigkeiten variieren stark und hängen von vielen Anwendungen und Materialfaktoren ab, die nicht einfach als Faustregel definiert werden können. Daher werden Prozessflüssigkeiten regelmäßig manuell überprüft und ausgetauscht, um die Leistungsgarantie aufrechtzuerhalten und um katastrophale Ausfälle zu vermeiden. Dies führt jedoch zu Engpässen bei der Verfügbarkeit von hochqualifiziertem Personal und zu menschlichen Fehlern. Jedes Jahr entstehen weltweit Schäden in Höhe von mehreren Millionen Dollar an den Anlagen und Produktionszeitverluste, die auf die Änderungen der Qualität der Prozessflüssigkeiten zurückzuführen sind. Gerade die Zugabe externer chemischer Reagenzien oder eine Zustandsänderung kann für eine Industrieanlage und den gesamten Prozess extrem nachteilig oder gar gefährlich sein. Änderungen an der Zusammensetzung der Prozessflüssigkeit können zum Ausfall an Metallteilen von Motoren oder Ventilen führen, die infolge der Änderung bspw. einer erhöhten Korrosion unterliegen. Weitere industrielle Beispiele betreffen die Nahrungsmittelherstellung oder die Kosmetik-Industrie, wobei auch hier Prozessflüssigkeiten eine Rolle spielen, die Geruchs- oder Geschmackskomponenten entweder nicht beeinträchtigen sollen oder auch verstärken oder abmindern sollen. Bei medizin-technischen Prozessen, wie Blutwäsche, Dialyse, oder in der Pharmazie ist der Einsatz von Prozessflüssigkeiten ebenfalls bekannt. Es besteht bei allen Prozessen der Wunsch nach Überwachung und Kontrolle der Prozessflüssigkeit, um qualitativ hochwertige Verfahrensprodukte zu erhalten und / oder um die Produktionsanlagen oder sonstige technische Einrichtungen frei von Schäden zu halten. Die Prozessflüssigkeit sollte weitgehend veränderungsfrei in der qualitativen Zusammensetzung und in dem Zustand bleiben wie sie für den Prozess und für die Anlage eingestellt wurde. Grundsätzlich sind verschiedene Analysemethoden bekannt, um eine Substanz auf ihre Zusammensetzung zu untersuchen. Aus der Praxis ist es im Hinblick auf industrielle und medizin-technische Anwendungen bekannt, zum Nachweis bestimmter Familien oder Gruppen chemischer Verbindungen Messungen auf der Grundlage der Absorptions-Spektrometrie durchzuführen. Dabei sind in der Regel spezielle Schritte zur Reinigung der Probe und zur Zugabe chemischer Reagenzien für die selektive Messung der Familie und der Konzentration chemischer Verbindungen erforderlich. Aus der Druckschrift DE 10 2018 204 739 A1 ist die Verwendung von Membran- und Absorptions-Spektrometrie zur Berechnung der Konzentration von Ionen in einer Flüssigkeit bekannt. Die Druckschrift EP 3 729 958 A1 erörtert Methoden, die auf der Massenspektrometrie basieren und dort dem Nachweis der Anwesenheit bestimmter Moleküle dienen. Ein Flüssigkeitsanalysesystem auf der Grundlage eines Spektrometers, bei dem die Spektraldaten aus der Ferne verarbeitet werden, um verschiedene Eigenschaften organischer Substanzen zu analysieren, ist aus der Druckschrift US 8 446 582 B2 bekannt. Die Druckschrift US 2021/0115344 A1 befasst sich mit der Verwendung der Fluoreszenzanregungs-Emissions-Spektrometrie mit Lösungsmittelzusatz zur Probe, um aromatische Verbindungen in Flüssigkeiten zu quantifizieren, die beim Hydrocracken entstehen. Bei dem vorgenannten Stand der Technik ist es nachteilig,