تضمین کیفیت در تولید بیودیزل

اهمیت کنترل pH در فرایند

ترانس‌استریفیکاسیون در عمل این واکنش است: یک تری‌گلیسیرید (روغن کلزا) به‌همراه سه مولکول متانول و در حضور یک کاتالیزور بازی (معمولاً NaOH یا KOH یا متوکسید سدیم/پتاسیم) به سه مولکول استر متیلیک (همان FAME یا بیودیزل) و گلیسرول تبدیل می‌شود.

نکته‌ی کلیدی این است که کاتالیزور بازی است. اگر اسیدهای چرب آزاد (FFA) در خوراک زیاد باشند یا pH به‌خوبی کنترل نشود، به‌جای استر، صابون تشکیل می‌شود (واکنش ساپونیفیکاسیون). صابون دو مشکل ایجاد می‌کند: امولسیون پایدار میان فاز بیودیزل و آب شست‌وشو که جداسازی فازها را مختل می‌کند، و افت راندمان. به همین دلیل در برگه آمده که «pH ثابت از تشکیل امولسیون جلوگیری می‌کند».

مرحله‌ی خنثی‌سازی با اسید سولفوریک هم باید دقیق باشد: باقی‌مانده‌ی باز باید دقیقاً تا نقطه‌ی هدف خنثی شود؛ نه کمتر (که باز باقی می‌ماند و باعث خوردگی و ناپایداری می‌شود) و نه بیشتر (که اسید اضافه وارد می‌شود). جالب است که اگر کاتالیزور KOH باشد، محصول جانبی این خنثی‌سازی سولفات پتاسیم (K₂SO₄) است که یک کود کشاورزی ارزشمند به‌شمار می‌رود — همان موردی که در باکس Good to know به آن اشاره شده.

یک الکترود شیشه‌ای pH در واقع یک پیل گالوانیک است: یک غشای شیشه‌ای حساس به یون H⁺ به‌همراه یک الکترود مرجع (معمولاً Ag/AgCl در محلول KCl) که از طریق یک دیافراگم با محیط ارتباط یونی برقرار می‌کند. این محیط از سه جهت اندازه‌گیری را دشوار می‌کند:

• امپدانس بالای حلقه: خود غشای شیشه‌ای ذاتاً مقاومت بسیار بالایی دارد (در حد صدها مگااهم). در محیط کم‌رسانا (به‌دلیل آب کم در بیودیزل)، مسیر یونی از مرجع تا غشا نیز پرمقاومت می‌شود. نتیجه، سیگنالی نویزی و ناپایدار و پاسخی کند است.
• پتانسیل اتصال ناپایدار: دیافراگم برای عملکرد درست به پیوستگی یونی میان الکترولیت مرجع و محیط نیاز دارد. در محیطی که یون کمی دارد این تماس ضعیف می‌شود، پتانسیل مرجع دریفت می‌کند و خطای پتانسیل اتصال (junction potential) بالا می‌رود.
• اثر دما: دمای بالا مقاومت غشا را کاهش می‌دهد (که مطلوب است) اما پیرشدنِ شیشه را تسریع می‌کند و خطاهای قلیایی/اسیدی را بدتر می‌کند. هر نوع شیشه برای یک بازه‌ی دمایی خاص بهینه شده است.

ترکیب «محیط کم‌رسانا + دمای بالا» دقیقاً همان شرایطی است که سنسور pH معمولی را از کار می‌اندازد.

• ذخیره‌ی نمک (Salt Storage) و ابر یونی: یک مخزن نمک در کنار دیافراگم به‌طور پیوسته یون آزاد می‌کند و یک ریزمحیط با قدرت یونی بالا (ion cloud) در اطراف غشا و دیافراگم ایجاد می‌کند. این کار پیوستگی یونی و پتانسیل مرجع را پایدار نگه می‌دارد و امپدانس موضعی اتصال را کاهش می‌دهد — یعنی دقیقاً پادزهر مشکل کم‌رسانایی.
• شیشه‌ی نوع B (B-glass): معمولاً سنسورهای دارای Salt Storage از شیشه‌ی مخصوص دمای پایین استفاده می‌کنند. نوآوری Endress+Hauser این است که Salt Storage را با B-glass (مناسب دمای بالاتر) ترکیب کرده تا سنسور هم‌زمان با محیط کم‌رسانا و دمای بالای فاز شست‌وشو و خنثی‌سازی سازگار باشد.
• تله‌ی یونی (Ion Trap): یون‌های مزاحم و مسموم‌کننده‌ای که می‌توانند به‌سمت الکترود مرجع مهاجرت کرده و آن را مسموم کنند، گرفته می‌شوند. در نتیجه عمر مرجع و کل سنسور افزایش می‌یابد و هزینه‌ی نگه‌داری کاهش پیدا می‌کند.

• اتصال القایی و بدون تماس فلزی: ارتباط میان سنسور و کابل به‌صورت القایی و بدون کنتاکت فلزی برقرار می‌شود؛ بنابراین محل اتصال در برابر رطوبت و خوردگی مقاوم است که برای محیط آب و روغن ایده‌آل است.
• دیجیتال‌سازی در خودِ سرِ سنسور: سیگنال در همان سرِ سنسور دیجیتال می‌شود؛ بنابراین آن سیگنالِ پرامپدانس و حساسِ pH مجبور نیست در طول کابلِ بلند حرکت کند و نویز بگیرد. این بزرگ‌ترین مزیت Memosens برای اندازه‌گیری pH است.
• ذخیره‌ی کالیبراسیون و داده‌ها داخل سنسور: اطلاعات کالیبراسیون و ساعات کارکرد داخل خودِ سنسور ذخیره می‌شود؛ بنابراین می‌توان سنسور را در آزمایشگاه از پیش کالیبره کرد و سرِ فرایند تنها به‌صورت plug-and-play تعویض کرد، با کمترین زمان توقف (downtime).

این برگه عملاً یک «در بازکن» برای کارخانه‌های بیودیزل، اولئوشیمی و فرآوری روغن خوراکی است. فروش هرگز فقط یک سنسور نیست؛ یک مجموعه‌ی Memosens است: سنسور CPS11E به‌همراه کابل Memosens و ترانسمیتر Liquiline (مانند CM442 یا CM444). همین منطقِ «Salt Storage برای محیط کم‌رسانا» را می‌توان به کاربردهای دیگری مانند آب خالص/کندانسیت و برخی محیط‌های آلی نیز کراس‌سل کرد.

درباره‌ی کد محصول CPS11E-***BTS: بخش CPS11E همان پلتفرم سنسور شیشه‌ای دیجیتال Memosens است و ستاره‌ها گزینه‌های پیکربندی هستند (نوع مرجع، اتصال فرایندی و غیره)؛ پسوند به نسخه‌ی مخصوص این کاربرد (B-glass + Salt Storage + Ion Trap) اشاره دارد. برای استناد دقیق در RFQ یا پیشنهاد فنی، بهتر است بازه‌ی دقیق دما، جنس بدنه و معنی کامل دیجیت‌های کد از دیتاشیت رسمی Endress+Hauser استخراج شود.

منبع: نسخه اصلی دانلود کن