Was ist der Wassertaupunkt und warum ist er für die Industrie wichtig?

Die NPL definiert den Taupunkt als:'Die Temperatur, bei der sich beim Abkühlen eines Gases Tau oder Kondensation bildet. Handelt es sich bei dem Kondensat um Eis, wird dies als Frostpunkt bezeichnet.'

Der Taupunkt ist ein gebräuchlicher Parameter in der Meteorologie, daher der Name "Taupunkt", aber in diesem Artikel werden wir uns ansehen, warum er für eine Vielzahl von industriellen Prozessen wichtig ist. (Wenn Sie sich über meteorologische Anwendungen für Taupunktmessungen informieren möchten, finden Sie hier eine kurze Erklärung des UK Met Office.)

Im Gegensatz zu anderen Prozessvariablen wie Temperatur, Druck und Durchfluss hat die Feuchtigkeit zwei einzigartige Eigenschaften:

  • Sie ist schwer genau zu messen, da die Feuchtigkeit direkt von Temperatur und Druck beeinflusst wird
  • Prozessfeuchtigkeit ist häufig eine Verunreinigung und kann Prozesse und Anlagen stark beeinträchtigen und die Produktqualität mindern.

Hygrometrie ist die Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Gasen, und ein Hygrometer erfasst, misst und gibt die relative oder absolute Feuchtigkeit im Gas aus oder zeigt sie an. Neben der Bezeichnung "Hygrometer" kann es auch als:

  • Feuchtigkeitsmessgerät
  • Feuchtesensor
  • Taupunktmessgerät
  • Taupunktwächter
  • Feuchtedetektor, etc.

Was sind die Unterschiede zwischen Luftfeuchtigkeit, Taupunkt und relativer Luftfeuchtigkeit?

Luftfeuchtigkeit ist einfach Feuchtigkeit, die in einem Gas gelöst ist. In der Luft um uns herum ist immer ein gewisser Feuchtigkeitsgehalt vorhanden, aber bei industriellen Prozessen muss der Feuchtigkeitsgehalt oft kontrolliert werden.

Relative Luftfeuchtigkeit ist ein Maß für die Luftfeuchtigkeit in Bezug auf ihren Sättigungspunkt. Wie beim Lösen von Feststoffen in einer Flüssigkeit kann auch ein Gas nur eine bestimmte Menge an gelöster Feuchtigkeit aufnehmen, bevor es wieder in die flüssige Phase kondensiert. Der Sättigungspunkt hängt von der Temperatur des Gases und dem Druck ab, wobei bei höheren Temperaturen und niedrigerem Druck mehr Feuchtigkeit im Gas als Luftfeuchtigkeit gehalten werden kann. Wird die Temperatur gesenkt oder der Druck erhöht, ändert sich der Sättigungspunkt und der %rh-Wert steigt ebenfalls.

Der %rh ist ein Maß dafür, wie nahe der Sättigungspunkt der Feuchtigkeit im Gas ist.

taupunkttemperatur
Die Auswirkungen der Temperatur auf die relative Feuchte.

Der Feuchtigkeitsgehalt ist ebenfalls ein wichtiger Parameter für viele Prozesse. Anders als die relative Luftfeuchtigkeit oder der Taupunkt ändert sich der Feuchtigkeitsgehalt nicht mit dem Druck oder der Temperatur: Er ist ein Maß für die tatsächlichen Wassermoleküle in einem Gas.

Er wird in Teilen pro Million Volumenprozent (PPMV) angegeben.

Der Taupunkt ist ein weiteres variables Maß für die Luftfeuchtigkeit. Anstatt die Fähigkeit des Gases zu betrachten, Feuchtigkeit zu halten, misst der Taupunkt die Temperatur, bei der flüssige Feuchtigkeit zu kondensieren beginnt. Wie bei der relativen Luftfeuchtigkeit hängt auch die Taupunkttemperatur vom Druck des gemessenen Gases ab.

Angegeben wird er als °C-Taupunkt, °C-Frostpunkt oder °Ctd

taupunkttemperatur
Die Auswirkungen einer Verdoppelung des Systemdrucks auf die Taupunkttemperatur

Jeder dieser Parameter bietet den Betreibern einen etwas anderen Nutzen. Da der Taupunkt ein Maß für die Temperatur ist, bei der flüssige Feuchtigkeit kondensiert, ist er vor allem bei Anwendungen von Vorteil, bei denen die Betreiber die Kondensation von Feuchtigkeit vermeiden müssen - zum Beispiel in Rohrleitungen, in denen die Umgebungstemperaturen unter den Gefrierpunkt fallen können. Wenn die Taupunkttemperatur des Gases unter der niedrigsten möglichen Umgebungstemperatur liegt, kondensiert keine flüssige Feuchtigkeit und es besteht keine Gefahr von Verstopfungen durch Eis.

Der Taupunkt ist auch ein gängiger Parameter zur Überwachung der Leistung von Industrietrocknern und kann auch in Qualitätsvorschriften vorgeschrieben sein.

Wie kann man den Taupunkt in einem industriellen Prozess am besten messen?

Es gibt viele Möglichkeiten für Betreiber, den Taupunkt in industriellen Prozessen zu messen - die endgültige Wahl hängt von der spezifischen Anwendung und oft auch vom Budget ab:

  • Taupunkt-Transmitter sind klein und kostengünstig und eignen sich für eine breite Palette von sicheren und gefährlichen Anwendungen.
  • Tragbare Taupunkt-Hygrometer eignen sich am besten für Test- und Prüfzwecke. Sie können verwendet werden, um die Messwerte von Online-Feuchtigkeitsmessgeräten zu überprüfen und auch, um Stichproben an verschiedenen Stellen eines Prozesses zu machen, zum Beispiel um die Lage von Lecks zu identifizieren.
  • Prozessfeuchtebestimmer sind oft, aber nicht immer, für Gefahrenbereiche zugelassene Systeme, die eine Probenaufbereitung und einen Feuchtebestimmer umfassen. Sie sind oft für den Einsatz in Raffinerien oder Erdgasverarbeitungsanlagen konzipiert.
  • Chilled-Mirror-Hygrometer messen die tatsächliche Bildung von Kondensat auf einer temperaturgeregelten Oberfläche. Sie bieten eine hervorragende Genauigkeit mit sehr geringer Drift - obwohl sie häufig als Laborreferenz verwendet werden, eignen sich viele Modelle auch für die Überwachung industrieller Prozesse wie der Halbleiterherstellung oder metallurgischer Prozesse.
  • Was sind die Vorteile der Taupunktmessung in einem Prozess?

    Feuchtigkeit kann praktisch in jede Oberfläche eindringen, Testergebnisse unbrauchbar machen, zu schlechter Produktqualität führen, Korrosion in Rohrleitungen verursachen, zu Eisbildung bei niedrigen Temperaturen führen, vorzeitigen Verschleiß und Geräteausfall verursachen sowie mit anderen Chemikalien und Gasen reagieren.

    Die Überwachung des Taupunktes in einem Prozessgas bietet folgende Vorteile:

    Prozesssicherheit und Schutz der Anlagen

    Überschüssige Feuchtigkeit in Rohrleitungen kann zu Korrosion führen und die Unversehrtheit der Ausrüstung beeinträchtigen sowie zu möglichen Lecks oder sogar Explosionen. Bei Kälte kann sich Eis bilden und die Leitungen blockieren. Die Kontrolle der Feuchtigkeit verringert den Bedarf an außerplanmäßiger Wartung und schützt das Personal.

    Qualität

    Feuchtigkeit wirkt sich auf viele Endprodukte nachteilig aus. In der Metallurgie muss der Feuchtigkeitsgehalt in einem Ofen sorgfältig kontrolliert werden, um schwache Produkte zu vermeiden, während in der pharmazeutischen Produktion Pulver trocken gehalten werden müssen, um Verklumpungen zu vermeiden. In Raffinerien ist ein niedriger Feuchtigkeitsgehalt erforderlich, um unerwünschte chemische Reaktionen zu vermeiden.

    Energieeinsparung

    Der größte Kostenfaktor bei vielen Prozessen ist die für die Trockner benötigte Wärme. Die Überwachung der Leistung von Trocknern stellt sicher, dass der Zyklus gestoppt werden kann, sobald der Trocknungsvorgang abgeschlossen ist.

    Einhaltung von Vorschriften

    Viele globale Industriegremien vereinbaren internationale Qualitätsstandards, zu denen oft auch Feuchtigkeits- oder Taupunktwerte gehören. Ein Beispiel hierfür sind die EASEE-Gasstandards für die Erdgasqualität.

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