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
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Pour plus d‘informations
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