Přejít k hlavnímu obsahu
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (USA)     
Inline měření viskozity při polymeračních reakcích

Úvod

Výroba polymerů je jednou z nejdůležitějších oblastí aplikované chemie vzhledem ke značnému počtu aplikačních odvětví a obrovskému ekonomickému dopadu. Polymery jsou makromolekuly vyrobené z jednoduchých chemických složek (monomerů) chemickou reakcí nazývanou polymerace. Přecházeli z levných náhrad přírodních produktů k poskytování vysoce kvalitních možností pro různé aplikace. Používají se jako filmové obaly pro pevné části automobilů, televizní skříně, letadlové části, pěny do šálků kávy a izolace chladniček, vlákna pro oděvy a koberce, lepidla, gumy na pneumatiky a hadičky, barvy a další nátěry a mnoho dalších další aplikace.

polymery

Aplikace

Polymerizace je náročné sledovat online. Schopnost stanovit přeměnu v chemických reakcích obecně a zejména polymerizačních reakcí je mimořádně významná v souvislosti s potřebou pečlivě sledovat a řídit procesy a zlepšovat výkonnost stávajících výrobních procesů i nových. Informace o distribucích molekulové hmotnosti a vzorcích koncových skupin jsou často nezbytné pro přesnou kontrolu procesu a produktu.

Ať už polymerace probíhá přidáváním jako řetězovou reakcí nebo kondenzací v postupné reakci, je nezbytné plně porozumět chemii, aby se urychlil výzkum a / nebo rychle uvedly na trh nové polymery. Porozumění kritickým parametrům reakce polymeru může vést k přesné kontrole vícestupňových polymerizací, měření zbytkových monomerů v reálném čase a nakonec ke zlepšení vlastností polymerů v konečném použití.

výzvy

Související s aplikací

Řízení polymerační reakce představuje pro chemického inženýra vážné výzvy, protože tyto reakce jsou obvykle velmi exotermické a často probíhají ve velmi viskózních médiích, která znesnadňují transport tepla a hmoty. Tyto reakce jsou známé tím, že vykazují nelineární chování a v průmyslových reaktorech bylo hlášeno několik případů multiplicity a trvalých oscilací.

Omezení tradičních technik měření viskozity

Reologické chování většiny polymerních materiálů je poměrně složité. Viskozita je závislá jak na smyku, tak na tepelné historii. Viskozita polymeru se často měří off-line. Většina komerčně dostupných viskozimetrů používaných pro online řízení procesu - sledování stupně reakce při polymerační reakci patří do jedné z následujících kategorií: 1. Viskozimetry založené na průtokech poháněných tlakem (např. Kapilární viskozimetry), 2. Rotační, 3. Padající píst / koule a 4. Vibrační trubice. Skleněné kapilární viskozimetry, které se tradičně používají pro měření viskozity, jsou extrémně pracné a časově náročné - skleněná kapilára vyžaduje mezi testy čištění. Většina převládajících viskozimetrických nástrojů postrádá vysokou opakovatelnost, takže jsou pro aplikaci nevhodné.

Polymerační reakce byla dříve studována řadou off-line analytických metod, včetně gravimetrické analýzy, NMR, GC, UV-Vis a dilatometrie. Jak reakce pokračuje, zvyšující se viskozita činí vzorkování off-line stále problematičtějším, a proto se tato dřívější zkoumání zaměřovala na počáteční fáze polymerační reakce.

Klasické mechanické a elektromechanické viskozimetry určené primárně pro laboratorní měření se obtížně integrují do kontrolního a monitorovacího prostředí. Současná metodika testování v laboratořích mimo lokalitu není optimální a nákladná kvůli logistickým výzvám v lodní dopravě a vysokým fixním nákladům. Složité změny probíhající uvnitř často nelze určit z rutinního vzorku, protože data představovaná takovým vzorkem jednoduše odráží snímek stavu v době odebrání vzorku a konvenční vybavení může být ovlivněno smykovou rychlostí, teplotou a dalšími proměnné.

Proč je při polymeraci důležité nepřetržité online sledování viskozity?

Přesné inženýrství makromolekulárních materiálů vyžaduje pečlivé sledování reakčních podmínek a postupu polymerace, ať už jde o oblast radikálové polymerace v průmyslovém měřítku nebo o řízenou polymeraci v malém měřítku. Dobře regulované polymerační reakce poskytují molekuly, které jsou dobře charakterizovány s ohledem na složení, molekulovou hmotnost, distribuci molekulové hmotnosti, strukturální a fyzikální vlastnosti. K dosažení tohoto cíle je nutné pochopit a pečlivě kontrolovat mnoho chemických a reakčních parametrů spojených se syntetickým procesem a zajistit, aby syntetizovaný polymer byl „vhodný pro daný účel“ v zamýšleném použití. Online automatizované monitorování je neocenitelným nástrojem pro řízení reakcí, zejména pokud jsou procesy prováděny vícestupňovým způsobem. Polymerizační reakce jsou ze své podstaty vysoce exotermické, rychlé a citlivé na malé nečistoty (stopová množství vody). Dále, v jedné reakci často prochází několik řádů viskozity.

Data v reálném čase lze získat online analýzou výrobních procesů polymerů, což umožňuje rychlé kinetické testování a následně účinnou optimalizaci reakce. Kombinace - kontinuálního zpracování toku a online monitorování - představuje ideální nástroj v jakékoli chemické syntéze. Umožňuje nepřetržitou „nepřetržitou“ analýzu reakční směsi za jakýchkoli daných reakčních podmínek. Tímto způsobem je k dispozici rychlý a efektivní screening a skutečná vysoce výkonná optimalizace reakcí.

ACOMP (Automatic Continuous Online Monitoring of Polymerization) reakcí lze použít jako analytickou metodu ve výzkumu a vývoji, jako nástroj pro optimalizaci reakcí na laboratorní a poloprovozní úrovni a případně pro zpětnovazební řízení reaktorů v plném rozsahu. Použití in situ je analýza v reálném čase lepším prostředkem ke studiu této polymerace, protože zlepšuje přesnost měření, eliminuje čas a potíže spojené s off-line vzorkováním a co je nejdůležitější, poskytuje úplnější pochopení kinetiky reakce a termodynamiky.

Vnitřní viskozita je důležitým nástrojem v oblasti výzkumu polymerů a proteinů a je nezbytnou součástí ACOMP z následujících klíčových bodů:

  • Je to prostředek k pochopení molekulární struktury a interakce v roztoku.
  • Měření vnitřní viskozity je považováno za spolehlivější než rozptyl světla, protože může měřit nižší molekulové hmotnosti.
  • Vnitřní viskozita (IV) je měřítkem molekulové hmotnosti polymerů, a proto odráží bod tání materiálu, krystalinitu a pevnost v tahu.
  • IV se používá jako součást specifikace k výběru správného stupně PET pro konkrétní aplikaci a měří se v různých bodech dodavatelského řetězce. Materiál je testován ve všech fázích od laboratoří výzkumu a vývoje, které vyvíjejí nové polymery a chemické společnosti, které odebírají vzorky ze svých polymeračních věží, až po zpracovatele, kteří chtějí kontrolovat jejich proces a kvalitu hotových výrobků.

Existuje několik motivačních výhod z nákladových, environmentálních a logistických perspektiv pro on-line monitorování viskozity v reálném čase v procesu výroby polymerů. Informace o viskozitě v reálném čase se ukázaly jako cenné, aby poskytly vhled do klíčových informací o kinetických, mechanických a chemických strukturách, a zároveň odstranily potíže spojené s offline měřením polymerizačních reakcí. Klíčové body jsou následující:

Ekonomické a logistické výhody, snížené výrobní náklady: On-line analýza viskozity by snížila počet vzorků odeslaných do laboratoří mimo lokalitu a související náklady. Průběžné výstupy z analýz na místě by také snížily náklady na dopravu / náklady a chyby při výběru vzorků.

Vylepšené řízení procesů pomocí lepší analýzy:

  • Analýza širokého spektra polymerací včetně homogenních (např. Volných radikálů a kondenzace) a heterogenních (např. Emulze a mikroemulze)
  • Zkoumání růstu řetězce, zesítění a vytvrzení
  • Pochopení mechanistické úlohy katalyzátorů při polymeraci; stanovení aktivních druhů katalyzátoru a kinetiky
  • Monitorujte a aktivně upravujte reakční podmínky podle potřeby, abyste zajistili shodu se zamýšlenými specifikacemi konečného produktu
  • Měření zbytkových hladin monomerů a zajištění, že splňují požadavky na produkt a regulaci.
  • Sledování reakce během celé polymerace. Offline drapáková analýza vzorku je omezena na zkoumání raných stádií kvůli zvyšující se viskozitě a obtížím spojeným s odstraňováním vzorku.
  • Umožňuje přesnější měření zbytkového monomeru v pozdějších fázích polymerační reakce, protože je obtížné získat veškerý vzorek z extraktoru pro off-line analýzu.
  • Protože mezi diskrétními vzorky není žádné zpoždění, je dosaženo úplnější reprezentace kinetiky. To umožňuje lepší měření reakční kinetiky a schopnosti předpovídat a řídit reakční kinetiku v reálném čase.
  • Poskytuje mnohem více analytických datových bodů v průběhu polymerace, poskytuje reprezentativnější měření a přesné kinetické a termodynamické výpočty.

Vylepšená kvalita produktu a menší plýtvání: Porozumění chemii reakcí zahrnuje faktory, jako je kinetika reakce, rychlosti přeměny monomerů a poměry reaktivity, vztah a vliv reakčních parametrů na molekulovou hmotnost a distribuci, důkladné pochopení polymerizačního mechanismu v iniciační, propagační a terminační fázi a zajištění toho, že celková polymerní struktura splňuje potřebu cílové aplikace. Schopnost charakterizovat přesnou reakční kinetiku a přesnou kontrolu pomáhá při dosažení správných vlastností polymeru a snížení plýtvání.

Snížená spotřeba energie: Optimální využití zdrojů a elektřiny v reaktorech s přísnou kontrolou procesů

Zvýšená bezpečnost pracovníků: K vysoké popularitě metody bez rozpouštědel přispívají i další faktory, jako jsou požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost při práci s rozpouštědly, ohled na životní prostředí a nutnost provádění těchto zkoušek odborným personálem (které musí být prováděny v laboratoři).

Rychlejší doba odezvy: Analýza viskozity na místě (a hustoty) by snížila / eliminovala zpoždění mezi vzorkováním a přijetím odpovědi z laboratoře.

Životní prostředí: Využití zdrojů může být maximalizováno prostřednictvím on-line monitorovacích systémů, což má za následek snížení plýtvání, které je dobré pro životní prostředí. Zvýšená udržitelnost snížením emisí.

Řešení společnosti Rheonics

Pro výrobu polymerů je kritické automatické měření viskozity v reálném čase. Rheonics nabízí následující řešení založená na vyváženém torzním rezonátoru pro řízení a optimalizaci procesu v procesu polymerace:

  1. V souladu Viskozita Měření: Rheonics ' SRV je širokospektrální zařízení pro měření viskozity in-line s vestavěným měřením teploty tekutiny a je schopné detekovat změny viskozity v jakémkoli procesním proudu v reálném čase.
  2. V souladu Viskozita a hustota Měření: Rheonics ' SRD je in-line simultánní přístroj na měření hustoty a viskozity s vestavěným měřením teploty tekutiny. Pokud je pro vaši činnost důležité měření hustoty, SRD je nejlepším senzorem, který vyhoví vašim potřebám, s provozními schopnostmi podobnými SRV a přesným měřením hustoty.

Automatizované in-line měření viskozity pomocí SRV nebo SRD eliminuje odchylky v odběru vzorků a laboratorních technikách, které se používají pro měření viskozity tradičními metodami. Čidlo je umístěno in-line, takže nepřetržitě měří viskozitu (a hustotu v případě SRD). Použití SRV / SRD s ACOMP může zlepšit produktivitu a zvýšit ziskové marže. Oba senzory mají kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci OEM a dodatečnou montáž. Nevyžadují žádnou údržbu ani nové konfigurace. Oba senzory nabízejí přesné, opakovatelné výsledky bez ohledu na to, jak a kde jsou namontovány, bez nutnosti použití speciálních komor, gumových těsnění nebo mechanické ochrany. Bez použití spotřebního materiálu se SRV a SRD velmi snadno ovládají.

Kompaktní tvarový faktor, žádné pohyblivé části a nevyžaduje žádnou údržbu

SRV a SRD společnosti Rheonics mají velmi malý tvarový faktor pro jednoduchou instalaci OEM a dodatečnou montáž. Umožňují snadnou integraci do jakéhokoli procesu. Snadno se čistí a nevyžadují žádnou údržbu ani nové konfigurace. Mají malý půdorys umožňující instalaci Inline do kterékoli výrobní linky, čímž se vyhýbají požadavkům na další prostor nebo adaptér.

Vysoká stabilita a necitlivost na montážní podmínky: Je možná jakákoli konfigurace

Rheonics SRV a SRD používají jedinečný patentovaný koaxiální rezonátor, ve kterém dva konce senzorů se kroucují v opačných směrech, čímž se eliminují reakční momenty na jejich montáži, a proto jsou zcela necitlivé na montážní podmínky a průtoky. Tyto senzory snadno zvládnou pravidelné přemístění. Senzorový prvek sedí přímo v tekutině bez nutnosti použití zvláštního krytu nebo ochranné klece.

Okamžité přesné odečty podmínek procesu - kompletní přehled systému a prediktivní kontrola

Software společnosti Rheonics je výkonný, intuitivní a snadno použitelný. Viskozita v reálném čase může být monitorována na počítači. Více senzorů je spravováno z jediné palubní desky rozložené po celé továrně. Žádný účinek pulsace tlaku z čerpání na provoz senzoru nebo přesnost měření. Neovlivněno rázy, vibracemi nebo průtokovými podmínkami.

Snadná instalace bez nutnosti opětovných konfigurací / rekalibrací

Vyměňujte senzory bez výměny nebo přeprogramování elektroniky, výměny senzorů i elektroniky bez jakýchkoli aktualizací firmwaru nebo změn kalibračních koeficientů. Snadná montáž. Šrouby do závitu ¾ ”NPT v lícovém vedení inkoustu. Žádné komory, těsnění O-kroužkem nebo těsnění. Snadno vyjímatelné pro čištění nebo kontrolu. SRV k dispozici s přírubovým a svěrným připojením pro snadnou montáž a demontáž.

Nízká spotřeba energie

Napájení 24 V DC s odběrem proudu menším než 0.1 A během normálního provozu

Rychlá doba odezvy a teplota kompenzují viskozitu

Díky velmi rychlé a robustní elektronice v kombinaci s komplexními výpočetními modely se zařízení Rheonics řadí mezi nejrychlejší a nejpřesnější v oboru. SRV a SRD poskytují měření v reálném čase, přesnou viskozitu (a hustotu pro SRD) každou sekundu a nejsou ovlivněny kolísáním průtoku!

Široké operační schopnosti

Nástroje společnosti Rheonics jsou konstruovány pro měření v nejnáročnějších podmínkách. SRV má nejširší operační rozsah na trhu pro inline procesní viskozimetr:

  • Rozsah tlaku až 5000 psi
  • Rozsah teplot od -40 do 200 ° C
  • Rozsah viskozity: 0.5 cP až 50,000 XNUMX cP

SRD: Jeden nástroj, trojitá funkce - Viskozita, teplota a hustota

SRD společnosti Rheonics je jedinečný produkt, který nahrazuje tři různé přístroje pro měření viskozity, hustoty a teploty. Eliminuje potíže se společným umístěním tří různých nástrojů a poskytuje extrémně přesná a opakovatelná měření v nejnáročnějších podmínkách.

Vyčistěte na místě (CIP)

SRV (a SRD) monitoruje čištění linek monitorováním viskozity (a hustoty) rozpouštědla během fáze čištění. Senzor detekuje jakékoli malé zbytky, což operátorovi umožňuje rozhodnout, kdy je linka pro daný účel čistá. Alternativně SRV poskytuje informace automatizovanému čistícímu systému, aby zajistil úplné a opakovatelné čištění mezi cykly, na rozdíl od skleněných kapilár.

Špičkový design a technologie senzorů

Sofistikovaná, patentovaná elektronika 3. generace řídí tyto senzory a vyhodnocuje jejich odezvu. SRV a SRD jsou k dispozici s průmyslovými standardními procesními připojeními, jako je ¾ ”NPT a 1” Tri-clamp, což operátorům umožňuje nahradit existující teplotní senzor v jejich procesní lince za SRV / SRD, což kromě přesného měření poskytuje vysoce cenné a akční informace o procesní tekutině, jako je viskozita. teploty pomocí zabudovaného Pt1000 (k dispozici DIN EN 60751 třída AA, A, B).

Elektronika postavená podle vašich potřeb

Snímací elektronika, která je k dispozici v krytu převodníku odolném proti výbuchu i v malém provedení na DIN lištu, umožňuje snadnou integraci do procesních potrubí a do skříní strojů.

 

Snadná integrace

Mnoho analogových a digitálních komunikačních metod implementovaných v senzorové elektronice umožňuje snadné a snadné připojení k průmyslovým PLC a řídicím systémům. Je velmi výhodné integrovat senzory do ACOMP.

 

Shoda s ATEX a IECEx

Rheonics nabízí jiskrově bezpečné senzory certifikované ATEX a IECEx pro použití v nebezpečném prostředí. Tyto senzory splňují základní požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost související s návrhem a konstrukcí zařízení a ochranných systémů určených pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu.

Certifikace jiskrově bezpečné a odolné proti výbuchu, které vlastní Rheonics, také umožňují přizpůsobení stávajícího senzoru, což našim zákazníkům umožňuje vyhnout se časům a nákladům spojeným s identifikací a testováním alternativy. Vlastní senzory mohou být poskytovány pro aplikace, které vyžadují jednu jednotku až tisíce jednotek; s dodací lhůtou týdnů versus měsíce.

Rheonika SRV & SRD jsou certifikovány ATEX i IECEx.

ATEX (2014/34 / EU) Certifikováno

Senzory pro jiskrovou bezpečnost certifikované společností ATEX společnosti Rheonics vyhovují směrnici ATEX 2014/34 / EU a jsou certifikovány pro jiskrovou bezpečnost do Ex ia. Směrnice ATEX specifikuje minimální a základní požadavky týkající se zdraví a bezpečnosti na ochranu zaměstnanců zaměstnaných v nebezpečných atmosférách.

Senzory ATEX certifikované společností Rheonics jsou uznávány pro použití v Evropě i na mezinárodní úrovni. Všechny certifikované součásti ATEX jsou označeny značkou „CE“, což znamená shodu.

Certifikováno podle IECEx

Vnitřně bezpečné senzory společnosti Rheonics jsou certifikovány IECEx, Mezinárodní elektrotechnickou komisí pro certifikaci norem týkajících se zařízení pro použití ve výbušném prostředí.

Jedná se o mezinárodní certifikaci, která zajišťuje bezpečnost při používání v nebezpečných oblastech. Senzory Rheonics jsou certifikovány pro vnitřní bezpečnost do Ex i.

Implementace

Nainstalujte snímač přímo do procesního proudu, abyste mohli provádět měření viskozity a hustoty v reálném čase. Není potřeba žádné obtokové potrubí: snímač může být ponořen do potrubí, průtok a vibrace neovlivňují stabilitu a přesnost měření. Optimalizujte proces rozhodování poskytováním opakovaných, po sobě jdoucích a konzistentních testů na tekutině.

Výběr nástrojů Rheonics

Společnost Rheonics navrhuje, vyrábí a prodává inovativní systémy snímání a monitorování tekutin. In-line viskozimetry společnosti Rheonics, postavené ve Švýcarsku, mají citlivost vyžadovanou aplikací a spolehlivost potřebnou k přežití v drsném operačním prostředí. Stabilní výsledky - i za nepříznivých podmínek proudění. Žádný účinek poklesu tlaku nebo průtoku. Stejně tak se hodí pro měření kvality v laboratoři.

Navrhované produkty pro aplikaci

• Široký rozsah viskozity - sledujte celý proces
• Opakovatelná měření v newtonských i nenewtonských tekutinách, jednofázových i vícefázových tekutinách
• Celokovová konstrukce (nerezová ocel 316L)
• Vestavěné měření teploty tekutin
• Kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci do stávajících výrobních linek
• Snadné čištění, není nutná žádná údržba ani nová konfigurace

• Jediný přístroj pro měření hustoty, viskozity a teploty procesu
• Opakovatelná měření v newtonských i nenewtonských tekutinách, jednofázových i vícefázových tekutinách
• Celokovová konstrukce (nerezová ocel 316L)
• Vestavěné měření teploty tekutin
• Kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci do stávajících potrubí
• Snadné čištění, není nutná žádná údržba ani nová konfigurace

Vyhledávání