Utilisation de la débitmètrie massique pour améliorer le traitement de l’eau et préserver la santé publique

Comment le dosage de l'acide orthophosphorique à l'aide de la technologie du débit massique Coriolis peut entraîner une diminution des coûts de dosage chimique.

James Walton
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La société Anglian Water Services traite l’eau potable selon les normes les plus strictes, la fournit à des millions de foyers et la gère avec soins pour s’assurer qu’elle ne vienne jamais à manquer dans chaque région du Royaume-Uni. Elle a lancé un projet visant à optimiser et accentuer le contrôle du dosage de phosphates dans le réseau public d’alimentation d’eau.

Fonction de l’acide orthophosphorique dans le réseau public d’alimentation d’eau

Les exploitants des réseaux publics d’alimentation d’eau ajoutent généralement des phosphates à l'eau potable en tant qu’inhibiteurs de corrosion pour passiver les surfaces et ainsi éviter le lessivage du plomb et du cuivre dans les tuyauteries. Des phosphates inorganiques (p.ex. acide phosphorique, phosphate de zinc et phosphate de sodium) sont ajoutés à l’eau afin de créer une couche d’orthophosphate qui forme un revêtement de protection insoluble à l’intérieur des conduites d’eau et des circuits de plomberie domestique. Cette couche agit comme un inhibiteur, qui empêche les éléments de corrosion présents dans l'eau de dissoudre certains métaux dans le réseau d’eau potable. En conséquence, les taux de plomb et de cuivre dans l’eau restent bas et dans les limites des normes visant à protéger la santé publique.

Quel était le procédé d’origine ?

Dans le procédé d’origine, un analyseur en ligne était placé en aval de l’injection pour mesurer la concentration d’acide orthophosphorique dans le débit principal. Les résultats des mesures étaient comparés à la concentration requise et utilisés pour ajuster le taux d’acide orthophosphorique dans le flux principal en réglant la vitesse de la pompe de dosage. Avec ce processus, Anglian Water Services peut maîtriser les taux de concentration de cuivre et de plomb dans l’eau dans les limites fixées pour la protection de la santé publique. Néanmoins, le procédé était perfectible, ce qui va être évoqué dans cet article de blog.

Système initial de dosage d'acide phosphorique

Système initial de dosage d’acide phosphorique

Quelles sont les limites du procédé d’origine ?

Le dispositif de la boucle de régulation sur l’injection du réactif par la mesure de la concentration des phosphates n’est pas le meilleur. Sa réaction pour ajuster l’injection n’est pas assez rapide par rapport aux variations du débit principal. Nous devions nous assurer que nous dosions bien une concentration répondant aux exigences légales, en supposant que la station traitait un débit maximum. Des coûts secondaires sont à ajouter au dispositif du fait de la nécessité d’une redondance sur l’analyseur de mesure de concentration, afin de garantir la continuité de la mesure des taux d’acide orthophosphorique, ce qui impose la présence d’un second analyseur.

Objectifs du projet

  1. Réduire la concentration de phosphates.
  2. Réduire le coût de la mise en conformité avec les normes environnementales légales pour l’entreprise.
  3. Retirer l’analyseur aval et celui de secours pour la redondance de l’analyse en continu et l’enregistrement des données.

Deux technologies de capteurs de débit ont été évaluées pour améliorer le disposif : la mesure de pression différentielle et la débitmétrie massique Coriolis. Le débitmètre à pression différentielle est le plus économique et permet de mesurer le débit volumique d’acide orthophosphorique; le régulateur reçoit un signal analogique du débit principal et injecte un débit d’acide proportionnel au débit principal d’eau. Le débitmètre massique Coriolis donne une mesure de débit massique direct, plus précise et reproductible qu’une mesure de débit volumétrique pour cette application mais elle est également plus onéreuse. Avec cette technique de mesure, le régulateur reçoit aussi un signal analogique du débit principal et injecte un débit d’acide proportionnel au débit principal d’eau.

Couplage du débitmètre Coriolis mini CORI-FLOW avec pompe Tuthill

Le choix du principe de mesure s’est articulé autour du temps nécessaire au retour sur investissement. Cependant, durant la démonstration du débitmètre massique Coriolis, nous avons appris quelque chose de nouveau qui allait changer l’orientation de la prise de décision. Le débitmètre massique Coriolis peut mesurer aussi la densité du fluide et la transmettre sur une sortie de mesure enregistrable.

Pourquoi est-ce important ?

L’acide phosphorique est vendu en concentrations diluées, généralement en solution à 80%. Ce que nous avons découvert, c’est qu’il existe des écarts dans la concentration réelle au point d’utilisation.

À ce stade, nous savions déjà que la pression différentielle ou la technologie Coriolis pouvait nous aider à améliorer le processus de suivi et d’enregistrement. À présent, nous avions la chance de passer au niveau supérieur en donnant un paramètre non disponible auparavant mais très important, et de l’utiliser pour ajuster réellement la proportion d’acide à injecter.

Le paramètre de densité supplémentaire, disponible avec le débitmètre massique Coriolis, a été décisif pour le choix technique. À présent, le dosage peut être contrôlé proportionnellement au flux principal et à la densité réelle (qualité) de l’acide phosphorique utilisé.

Nouveau système de dosage d'acide phosphorique Nouveau système de dosage d’acide phosphorique

Quels sont les avantages donnés par l’utilisation de la débitmètrie massique ?

Alors que les cinq premières installations avec cette technologie vont être lancées, voici les points clés retenus :

  1. La concentration stable de l'acide orthophosphorique dans le réseau public d’alimentation d’eau.
  2. Le maintien des engagements vis-à-vis de la règlementation de l’industrie de l’eau pour l’hygiène et la santé publique.
  3. La diminution significative de la quantité d’acide phosphorique injecté dans l’environnement
  4. Des réductions de coûts d’exploitation sur 2 points: l’élimination des analyseurs en aval et la réduction de la consommation d’acide phosphorique.

Aujourd’hui, l’entreprise Anglian Water Services adhère à un principe «Love Every Drop » (aimer chaque goutte). Cette approche est une vision de la manière dont une entreprise de services publics doit fonctionner. Cette vision induit que l’état développe les conditions pour améliorer la protection et la résistance de l’environnement, ce qui permet d’avoir une croissance durable, capable de supporter les contraintes du changement climatique. Ainsi, la création de solutions économiquement abordables et fiables, répond aux besoins des clients utilisateurs, des collectivités et de l’environnement. Nous voulons que nos populations et nos collectivités locales aient des solutions pérennes aussi. L’acide phosphorique est lié au concept de « limites planétaires », selon Rockström et al. 2009. La société Anglian Water Services est en mesure de réduire la consommation d’acide phosphorique dans ses processus, sans sacrifier pour autant la qualité de l’eau. Ceci est bien en phase avec leurs principes de bonne gestion de leurs activités et de développement durable.

Suite à cette expérience, les spécialistes du traitement de l'eau chez Bronkhorst seront plus qu’heureux de vous aider à relever vos défis en matière de traitement de l'eau. Envoyez-nous vos questions : nous contacter

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Comment les débitmètres peuvent-ils donner plus de couleurs à votre produit vaisselle ?

Les instruments Coriolis Bronkhorst avec contrôleur PID intégré peuvent être une solution pour doser les colorants en les combinant à une pompe

Ron Tietge
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La vaisselle est souvent une corvée... et qui n’a jamais souhaité qu’elle disparaisse comme par magie ? Si vous n’avez pas encore de lave-vaisselle, vous savez de quoi il s’agit. Pourtant, les fabricants font de leur mieux pour que le produit vaisselle ne manque pas de couleurs. Vous avez probablement remarqué l’énorme variété de détergents au supermarché... il n’y a que l'embarras du choix ! Les régulateurs de débit massique jouent un rôle important lors du processus de production de ces détergents. Je vais vous expliquer pourquoi...

Donner une couleur aux détergents

Lorsque rien n’y est ajouté, le détergent est soit incolore soit de couleur blanche. Pour changer son aspect, une petite quantité de colorant y est ajoutée et cela donne la couleur que vous voyez dans la bouteille ; le plus souvent, celle-ci est verte, jaune ou rouge. Le colorant n’ajoute rien aux propriétés nettoyantes du détergent mais il le rend plus attrayant et permet aux acheteurs de distinguer les marques.

Pour le fabricant, il est extrêmement important que le produit fini soit toujours de la même couleur. Comme la couleur fait partie de la marque, l’acheteur ne doit voir aucune différence de couleur entre les bouteilles d’une même marque.

Comment doser ces colorants de manière appropriée ? La solution peut être un contrôle de la pompe.

Utilisation des débitmètres massiques Coriolis pour obtenir un dosage précis

Le dosage des colorants peut être effectué au moyen d’une pompe, mais une pompe ne contrôle que le volume, ce qui n’est pas toujours la méthode la plus précise. Pour ces types d’applications, la précision, et plus encore la reproductibilité, sont cruciales dans le processus de production.

Les applications utilisant des colorants doivent satisfaire à certaines exigences importantes, notamment :

  • La précision : les colorants utilisés sont hautement concentrés et doivent être appliqués à des doses extrêmement faibles. De plus, étant donné que ces colorants sont relativement coûteux, il est hautement souhaitable que le dosage soit aussi précis que possible.
  • La reproductibilité : chaque bouteille de détergent doit être de la même couleur, c’est-à-dire que le dosage des colorants doit toujours être le même.

L’utilisation d’une pompe combinée à un régulateur de débit massique Coriolis est une meilleure solution puisque cela vous permet de contrôler la pompe et, par conséquent, d'effectuer le dosage de manière beaucoup plus précise et traçable.

Mini-coriflow et pompe Tuthill

Contrôle de la pompe

Cette méthode particulière, consistant à combiner une pompe et un régulateur de débit massique Coriolis, permet à la pompe de contrôler la dose de débit massique au lieu de simplement contrôler le volume. Étant donné que le débit massique réel ne dépend pas des propriétés liquides du colorant, la précision obtenue sera inégalée.

Un régulateur PID permet de contrôler la vitesse de la pompe. Cela peut être effectué soit au moyen d’un régulateur PID externe (bien que cela soit susceptible d’entraîner une lenteur de la réponse et du contrôle) soit avec un instrument Coriolis doté d'un régulateur PID intégré (un contrôle de signal séparé permettant alors de contrôler la vitesse de la pompe).

Référez-vous à mon article de blog pour de plus amples informations sur le contrôle de la pompe et son utilisation pour optimiser la couleur du détergent.

Régulateur de débit massique Coriolis avec régulateur PID intégré

Bronkhorst propose dans son portefeuille un instrument Coriolis avec régulateur PID intégré. L’utilisation d’un instrument Coriolis avec régulateur PID intégré présente l’avantage de créer ce qu’on appelle le « système en circuit fermé ». En cas de changement de la contre-pression, le débit est immédiatement corrigé par une accélération ou un ralentissement presque instantané du fonctionnement de la pompe, ce qui assure le maintien de la précision requise.

Cette méthode de contrôle stable présente un autre avantage puisque la pompe fonctionne alors à une vitesse modérée, ce qui diminue le taux d’usure et prolonge la durée de fonctionnement, permettant ainsi de réduire les temps d'arrêt du matériel de production. Le dosage du débit massique au lieu du débit volumétrique permet d’obtenir un haut niveau de précision pour tous vos liquides.

Temps de réponse du débitmètre Coriolis Bronkhorst

Exemple du temps de réponse d’un instrument Bronkhorst Coriolis (série mini CORI-FLOW) utilisé avec une pompe. (rouge = point de consigne, vert = sortie, jaune = signal de contrôle rapide de la pompe)

Applications

Vous pouvez aussi rencontrer des difficultés pour doser les colorants lors du processus de production des shampoings, savons, assouplissants, crèmes à raser et dentifrices. Dans un article précédent, j’avais fait part de mes réflexions sur la façon dont contrôler une pompe à l'aide d'un régulateur de débit massique peut optimiser la couleur du détergent.

  • Regardez notre vidéo sur le débitmètre massique mini Coriolis CORI-FLOW. Cette vidéo explique comment ajuster rapidement et précisément le débit à l'aide de l'utilisation combinée d'un débitmètre massique Coriolis et d'une pompe à engrenages.

Amélioration des performances d’une pompe de dosage

En quoi un débitmètre Coriolis peut-il être utile lorsque nous avons une pompe de dosage ? Bronkhorst donne les raisons dans cet article

James Walton
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Cette semaine, je souhaite aborder le sujet des pompes et, plus particulièrement, des pompes de dosage. Nombre de nos clients veulent associer des débitmètres à leurs pompes et, par conséquent, nous recevons très fréquemment les mêmes questions.

Pourquoi avons-nous besoin d'un débitmètre Coriolis si nous utilisons une pompe de dosage ?

En général et dans la plupart des cas que nous pouvons observer, les pompes de dosage sont réputées précises parce qu'en théorie, le déplacement connu de la tête de pompe déplace un volume connu pendant une durée connue et donne un volume connu. En pratique cependant, cela n'atteindra jamais un haut niveau de précision, et des écarts de 10 à 15 % sont considérés comme normaux. De telles inexactitudes sont dues aux nombreux changements de conditions du procédé :

  1. La température
  2. La pression
  3. Les occlusions d'air
  4. L'usure des composants

Chacun de ces facteurs peut être la cause d'imprécisions au niveau du volume déplacé par les mouvements de la tête de pompe et, si vous multipliez chacun de ces facteurs, vous augmentez le risque d'erreurs importantes entrainant des imprécisions et des incohérences.

Vous pouvez vous référer à notre article précédent : La tendance en faveur de la haute précision est-elle justifiée ?

Comment faire pour améliorer la précision ?

Option 1) En ajoutant un débitmètre entre la pompe et le procédé

En ajoutant un débitmètre entre la pompe de dosage et le procédé, vous pourrez vous appuyer sur les mesures du débitmètre massique pour régler la vitesse de la pompe. En règle générale, on a un signal de sortie analogique 4...20mA ou équivalent, du débitmètre vers un régulateur PID distinct qui compare le signal du débit réel au débit souhaité. Le régulateur électronique peut alors ajuster la vitesse de la pompe de dosage afin d'obtenir la dose/le débit recherché.

Utiliser cette solution permet d'atténuer les problèmes liés à la simple utilisation d’une pompe de dosage (sans débitmètre massique), mais en introduit de nouveaux:

  • La lenteur du signal de débit en raison du filtrage
  • La lenteur de la réponse de la pompe due au relais de commande supplémentaire
  • La complexité accrue due aux composants supplémentaires
  • Stabiliser le débit peut prendre du temps
  • Le coût supplémentaire du débitmètre et du régulateur PID

Option 2) Mesure de débit massique direct avec régulateur PID intégré

Une autre solution possible consiste à utiliser un appareil de mesure de débit massique direct avec contrôle PID intégré permettant de piloter la pompe afin d'obtenir la dose ou le débit souhaité.

Avec cette solution, vous n'avez pas besoin d'inclure la pompe de dosage au système de commande, il suffit de régler la valeur du débitmètre massique pour qu'il amène la pompe à délivrer la dose/le débit souhaité. Cette solution vous apporte plusieurs avantages:

  • La régulation directe du débit massique et/ou de la quantité injectée (batch).
  • La précision de l'alimentation qui atténue les problèmes de pompe habituels
  • La fonctionnalité d'alarme en cas de faible dose/débit
  • L'entretien préventif en fonction des performances de la pompe dans le temps
  • Des mesures de dose/de débit cohérentes basées sur des chiffres réels et non présumés

Débitmètre Mini Coriflow dans un système de dosage

Ces avantages peuvent profiter à de nombreux secteurs:

Dès lors qu'un liquide versé dans un récipient nécessite un contrôle qualité et que celui-ci est effectué sur un faible pourcentage de récipients pour assurer la conformité générale. Si vous utilisez un débitmètre massique pour réguler les doses, vous pouvez contrôler 100 % de la qualité de vos produits sans augmenter la main d'œuvre nécessaire.

Si vous avez besoin de doser des additifs, des produits chimiques haute performance, ou de mélanger des liquides, la capacité à réguler et à connaître la valeur du débit de l'additif peut représenter un avantage énorme pour le résultat de l'application.

détergent

Si vous avez aimé ce post, je vous invite à approfondir le sujet sur notre chaîne YouTube et notre site web, dont vous trouverez les liens ci-dessous.

Découvre sur notre blog comment le contrôle de la pompe offre des solutions uniques de dosage précis pour les produits chimiques ménagers tels que les détergents et les produits de nettoyage.

Un petit aperçu de la technologie CORI-FILL pour des dosages par batch rapides et précis, avec cette vidéo.

Contrôler une pompe à l'aide d'un régulateur de débit massique peut optimiser la couleur du détergent

Découvrez comment le contrôle d' une pompe à l'aide d'un débitmètre massique Coriolis permet de doser des colorants liquides de manière appropriée.

Ron Tietge
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Les régulateurs de débit massique avec le contrôle d’une pompe offrent des solutions uniques de dosage précis pour les produits chimiques ménagers tels que les détergents et les produits de nettoyage.

Utiliser le contrôle de la pompe pour doser les colorants non dilués

Les grandes entreprises de produits ménagers du monde entier utilisent des colorants liquides pour ajouter de la couleur à leurs détergents, à leurs produits de lavage et de nettoyage. Les colorants sont très concentrés et, souvent, une petite quantité suffit pour donner la bonne couleur au produit fini.

Les deux exigences les plus importantes sont par conséquent :

  • La reproductibilité : l'uniformité de la couleur du produit final est d'une importance capitale, car chaque flacon doit être de la même couleur. Le dosage de la couleur doit donc être d'une régularité invariable.
  • L'exactitude : les colorants ayant tendance à ne pas être bon marché, un dosage précis du colorant est fortement souhaitable.

Comment doser ces colorants liquides de manière appropriée ?

La première solution qui vient à l'esprit consiste à utiliser une pompe pour doser le colorant. Cette manière de doser n'est cependant pas très précise, du moins pas pour cette application. Associer une pompe à un régulateur de débit massique Coriolis vous permettra de contrôler la pompe et par conséquent, le dosage, de manière beaucoup plus précise.

Débitmètre Coriolis et pompe

Comment fonctionne le contrôle de la pompe ?

Le débit généré par une pompe est un débit volumétrique, avec toutes les caractéristiques que cela implique. La précision dépendra fortement des propriétés du fluide, et le débit dépendra de la température et de la pression. En outre, la plupart des pompes ne peuvent pas gérer une fluctuation de la contre-pression, car cela entraîne une instabilité et d'importantes déviations du débit.

Une méthode pour améliorer l'exactitude consiste à mesurer le débit de la pompe avec un débitmètre massique Coriolis, puisque ces instruments mesurent le véritable débit massique (en kg/h, g/h, etc.). La sortie du débitmètre est souvent reliée à un régulateur PID qui corrige la fréquence de rotation (tr/min) de la pompe. L'un des inconvénients de cette méthode est que le débit d'une pompe n'est pas stable, ce qui oblige à filtrer le signal de sortie, qui subit par conséquent un ralentissement. Parce que ce signal est aussi utilisé comme signal de commande, la réponse et le contrôle seront ralentis.

Utiliser un régulateur de débit massique Coriolis pour contrôler la pompe

Pour éviter cela, vous pouvez utiliser un débitmètre massique Coriolis avec régulateur PID intégré et signal de commande séparé pour contrôler la vitesse de la pompe. Parce que ce signal de commande, contrairement au signal de sortie, ne subit pas l'interférence du filtre, la combinaison du débitmètre et de la pompe peut atteindre une stabilité et une vitesse de contrôle sans équivalent. En cas de changement de la contre-pression, le débit est immédiatement corrigé par une accélération ou un ralentissement presque instantané du fonctionnement de la pompe, ce qui assure le maintien de la précision requise.

Cette méthode de mesure du débit est indépendante des propriétés des fluides, et il n'est donc pas nécessaire de recalibrer ou de faire appel à des facteurs de conversion en cas de changement de liquide.

Contrôle de la pompe à bas débit

Dans notre exemple de dosage de colorants liquides, un régulateur de débit massique Coriolis à débit (ultra) faible permet de doser du colorant non dilué. Il devient dès lors superflu de mélanger le colorant avec de l'eau pour créer un débit suffisamment élevé. Non seulement le colorant non dilué est beaucoup plus concentré et donc, d'une qualité bien meilleure que les mélanges avec de l'eau, mais il est également possible d'économiser l'eau et d'éviter le développement d'algues à l'intérieur de l'équipement.

Vous voulez en savoir plus?

Vous pouvez consulter nos systèmes de dosage liquide sur notre site.