Mettler Toledo InPro 4850i Manuel utilisateur
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INGOLD Note d‘application Leading Process Analytics Une mesure précise et fiable du pH dans le procédé chlore-alcali Le contrôle précis du pH est d‘une extrême importance tout au long du procédé chlore-alcali par électrolyse à membrane pour des raisons de rendement, d‘une part, et d‘intégrité de l‘équipement, d‘autre part. Les températures élevées et la présence d‘oxydants rendent généralement la mesure du pH problématique, car elles ont un impact sur les performances des électrodes de pH. La nouvelle électrode de pH InPro 4850i utilise une électrode de référence dotée d‘une membrane en verre pNa. Ainsi, la fiabilité des mesures est considérablement améliorée car l‘électrode n‘est pas affectée par les conditions du procédé chlore-alcali. Historique Le chlore est un des éléments structuraux les plus importants en chimie, utilisé dans un grand nombre de procédés de fabrication. La production de chlore à partir du procédé chlorealcali s‘effectue au moyen de l‘électrolyse de la saumure (une solution de chlorure de sodium saturée). Bien que trois procédés de fabrication existent, à savoir, l‘électrolyse à mercure, l‘électrolyse à diaphragme et l‘électrolyse à membrane, ce dernier est actuellement préféré pour des questions environnementales et de consommation énergétique. Il sera amené à remplacer les deux autres techniques. Procédé Dans le procédé de l‘électrolyse à membrane, la saumure saturée pénètre dans une cellule d‘électrolyse où les ions chlorure, au niveau de l‘anode, sont oxydés au gaz chloré, qui est récupéré en haut de la cellule. Les ions sodium de la saumure sont diffusés au travers d‘une membrane échangeuse d‘ions et passent au niveau de la cathode de la cellule. Mesure du pH précise et fiable À ce stade, l‘eau de la solution est hydrolysée et forme de l‘hydrogène et des ions hydroxyde. Les ions sodium et hydroxyde se combinent pour former de la soude caustique. L‘hydrogène et la soude caustique sont vendus comme sous-produits. La saumure appauvrie, issue du compartiment de l‘anode, est à nouveau saturée avec de la saumure fraîche et circule une nouvelle fois vers la cellule d‘électrolyse. Les membranes échangeuses d‘ions, coûteuses, sont généralement conçues avec des polymères perfluorés. Bien que les deux côtés des membranes soient exposés à un environnement agressif sur le plan chimique, elles peuvent durer plusieurs années avec un traitement correct. La valeur du pH est extrêmement importante tout au long du procédé chlore-alcali, en particulier dans la cellule de l‘électrolyse. Au niveau de l‘anode, la réaction a lieu dans des conditions acides en raison de l‘ajout d‘acide chlorhydrique. Bien que le rendement soit supérieur avec un pH très faible (< 3), cela a un effet défavorable sur la durée de vie de la membrane, ce qui entraîne son remplacement régulier, qui est coûteux. La formation de chlorate (ClO3–) au cours du procédé est indésirable et inévitable. Celui-ci réduit la solubilité du sel et a un impact négatif sur le rendement du chlore. Au-delà du pH 4, la formation de chlorate augmente considérablement. Pour préserver un certain équilibre entre la production de chlore et la vie de la membrane, le pH de l‘anolyte est normalement contrôlé dans une plage de 3 à 4. Les impuretés de la saumure ont un effet négatif sur l‘électrolyse et les performances de la membrane. C‘est pourquoi, avant de pénétrer dans la cellule, la saumure passe par un procédé de purification complet où les composants indésirables sont élimi- nés via une filtration par précipitation. La précipitation des impuretés comme les sulfates, les carbonates et les hydroxydes de calcium, le baryum, le magnésium et autres métaux est rendue possible par l‘ajout de divers sels de précipitation et par l‘augmentation minutieuse du pH dans une plage de 10 à 12. Après la filtration, la saumure traverse un échangeur d‘ions pour subir un polissage qui supprime d‘autres impuretés. La saumure appauvrie qui sort de la cellule à membrane contient du chlore et du chlorate dissous, qui doivent également être éliminés. Au cours du traitement de déchloration, le pH est réduit à 2 ou moins, ce qui permet au chlore restant de devenir gazeux et d‘être extrait. Le chlorate contenu dans la saumure peut être transformé en chlore dans des conditions acides ou bien sa présence est réduite au moyen d‘un pH élevé. Le procédé chlore-alcali est très exigeant pour les électrodes de pH conventionnelles. Il les expose à des températures élevées, ainsi qu‘à l‘obstruction et à la contamination par divers composés. C‘est particulièrement le cas au niveau de l‘anode de la cellule d‘électrolyse. Ici, le chlore diffuse via le diaphragme de l‘électrode et attaque le système de référence. Cela entraîne une mesure du pH incorrecte et raccourcit la durée de vie de l‘électrode. Jusqu‘à présent, les électrodes de pH les plus fiables pour le procédé chlore-alcali étaient celles dotées d‘un électrolyte de référence pressurisé. La surpression évite que le chlore ne diffuse dans l‘électrolyte et ne contamine la référence. De telles électrodes nécessitent l‘installation d‘accessoires spéciaux, comme un boîtier pressurisable, et exigent un nettoyage et un étalonnage réguliers afin de maintenir le niveau de précision de la mesure. 1 Nouvelle électrode de pH à double membrane InPro 4850i : 1 Membrane en verre pH 2 Membrane en verre sodium 2 2 METTLER TOLEDO Note d’application Mesure du pH précise et fiable Mesure de pH fiable avec référence pNa L‘InPro 4850i de METTLER TOLEDO est une électrode de pH à double membrane, conçue pour permettre une mesure précise, à long terme, dans les procédés chlore-alcali. La principale différence de technologie de mesure entre l‘InPro 4850i et les électrodes de pH conventionnelles réside dans la présence d‘un système de référence au sodium (pNa). L‘électrode comporte une membrane en verre sensible au sodium, qui est chargée par les ions sodium de la saumure. La concentration de sodium dans la saumure sert de référence. Le système de référence pNa est étanche ; l‘absence de diaphragme évite que des oxydants ne pénètrent dans l‘électrode et n‘attaquent le système de référence. L‘électrode est également dotée d‘une membrane de pH en verre hautement résistante aux alcalins pour la mesure du pH. La combinaison de la mesure du pH et de la référence pNa est une des raisons qui font de l‘InPro 4850i la solution idéale pour les procédés chlore-alcali. D‘autres électrodes de pH/pNa sont disponibles, mais elles souffrent de ces problèmes. Une double impédance élevée est générée, car à la fois l‘électrode de mesure et l‘électrode de référence utilisent des membranes en verre. Ce signal est extrêmement sensible aux interférences électriques et rend la mesure du pH très instable. Même le fait d‘approcher ou de toucher l‘électrode ou le câble peut suffire à provoquer une modification du signal de mesure. En outre, l‘impédance élevée réduit la distance entre l‘électrode et le transmetteur. L‘InPro 4850i offre une solution unique à ce problème : il émet un signal numérique. Un microprocesseur intégré dans la tête de l‘électrode numérise les données mesurées et les échanges avec le transmetteur qui y est connecté. Non seulement le signal de mesure numérique est plus précis qu‘un signal analogique, mais les problèmes d‘impédance sont totalement éliminés. En outre, l‘humidité, la longueur du câble et les interférences électriques de l‘équipement situé à proximité n‘ont pas d‘incidence sur le signal. 3 METTLER TOLEDO Note d’application Grâce à une référence au sodium sans diaphragme (exactitude de la mesure), associée à la transmission numérique (intégrité du signal), l‘électrode de pH à double membrane InPro 4850i offre une précision et une longévité exceptionnelles avec des étalonnages plus espacés dans le temps. Technologie ISM L‘électrode InPro 4850i est dotée de la technologie Intelligent Sensor Management (ISM) de METTLER TOLEDO. La technologie ISM simplifie la manipulation des sondes, améliore leur fiabilité et diminue les coûts de maintenance. Certaines des caractéristiques de la technologie ISM sont présentées ci-après. Diagnostics prédictifs Le microprocesseur situé dans la tête des sondes ISM contrôlent constamment les conditions du procédé et l‘état de l‘électrode. À l‘aide des données actuelles et passées, stockées dans l’historique, la sonde propose divers outils de diagnostic utiles, qui s‘affichent sur le transmetteur : •Indicateur de durée de vie dynamique (DLI) Le DLI évalue en temps réel la durée de vie restante de l‘électrode. Ainsi, lorsqu‘une dé faillance de l‘électrode est imminente, vous pouvez procéder à un remplacement avant que la sécurité du procédé ne soit affectée. • Minuteur d‘étalonnage adaptatif (ACT) Il prévoit le temps avant qu’un prochain Time to Maintenance étalonnage ne soit nécessaire, en fonction des conditions du procédé et de l‘état de Adaptive Calibration Timer l‘électrode. DLI AC TTM ACT CA Dynamic Lifetime Indicator DLI Dynamic Lifetime Indicator Ces outils permettent de réaliser la maintenance ou le remplacement, à l’endroit et au moment opportuns, au lieu de s‘en tenir Time to Maintenance à un planning fixe difficile à respecter. TTM CAL Calibration History Adaptiv Calibrat Max. °C Days of o M Max. Tem Mesure du pH précise et fiable Fonctionnalité « Plug and Measure » L‘InPro 4850i peut être pré-étalonnée à l‘aide de deux solutions tampons de pH de METTLER TOLEDO avec des concentrations en sodium fixes. Le pré-étalonnage est accompli à l‘aide d‘un transmetteur équipé de la technologie ISM ou du logiciel iSense Asset Suite* exécuté sur un ordinateur de bureau/portable standard. Il peut être réalisé dans un endroit pratique, à l‘écart du procédé, et les sondes étalonnées peuvent être stockées jusqu‘à leur utilisation. Conclusion L‘électrode de pH à double membrane InPro 4850i permet enfin d‘effectuer des mesures de pH à la fois précises et reproductibles, tout en augmentant la durée de vie de l‘électrode. En combinant notamment un système de référence hermétiquement isolé à un signal numérisé grâce à l‘ISM, l‘InPro 4850i offre des performances de mesure inégalées, une maintenance peu fréquente et une longévité exceptionnelle. * En cours Lorsqu‘une sonde pré-étalonnée est connectée à un transmetteur ISM, celle-ci est reconnue instantanément et le transmetteur se configure correctement. La fonctionnalité « Plug and Measure » permet d‘installer en un clin d‘œil une sonde qui sera prête à effectuer des mesures en moins d‘une minute. La capacité de production est donc considérablement accrue, puisque de longues interruptions sont évitées et les opérateurs peuvent se concentrer sur des tâches plus essentielles. Pour plus d‘informations, consultez la page suivante : 4www.mt.com/InPro4850i iSense : un logiciel performant pour les sondes ISM iSense Asset Suite est un logiciel convivial qui permet de vérifier et d‘étalonner des électrodes de pH et des sondes à oxygène ISM en atelier de maintenance, dans des conditions de laboratoire. Mettler-Toledo Analyse Industrielle 30 Bd de Douaumont 75017 PARIS Tél. +33 1 47 37 06 00 © 09/2011 www.mt.com/pro Pour plus d‘informations ">

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