Quali soluzioni offrono i produttori per la misurazione integrata dell'umidità e la determinazione del punto finale durante l'essiccazione nel miscelatore?
Per la misura integrata dell'umidità e la determinazione del punto finale nell'essiccazione nel miscelatore sono disponibili diversi metodi di misura. Nella pratica il punto finale di essiccazione non viene di norma determinato da un unico segnale, ma dalla combinazione di umidità, temperatura del prodotto, pressione, andamento del vapore o del condensato, potenza dell'organo miscelante e misure di riferimento validate.
La spettroscopia NIR è un metodo rapido e senza contatto per la misura dell'umidità. Il sensore misura, attraverso un oblò o un punto di misura integrato a filo, la riflessione del prodotto miscelato nel campo del vicino infrarosso. Con una calibrazione idonea, il NIR può rilevare l'umidità in tempo reale e fornire inoltre indicazioni su ulteriori proprietà del prodotto. Poiché il NIR rileva soprattutto la zona visibile del letto di prodotto, sono decisivi un movimento di miscelazione rappresentativo, una finestra di misura pulita e una calibrazione specifica per il prodotto.
I metodi basati su microonde rilevano le proprietà dielettriche del prodotto miscelato. Possono rilevare, a seconda del tipo di installazione e del prodotto, un volume di prodotto maggiore rispetto ai metodi ottici e dipendono meno dal colore o dall'aspetto superficiale. Tuttavia anche ricetta, densità apparente, temperatura e distribuzione del materiale influenzano il segnale. Anche in questo caso è quindi necessaria una calibrazione con il prodotto originale e campioni di riferimento idonei.
I sensori capacitivi sono una soluzione robusta e relativamente economica per il monitoraggio dell'andamento dell'umidità. I loro valori di misura dipendono tuttavia in modo più marcato da ricetta, temperatura, densità e struttura delle particelle. I metodi conduttivi sono sensati solo per prodotti sufficientemente conduttivi dal punto di vista elettrico e non sono quindi adatti a molte polveri secche.
Coppia e potenza assorbita dell'organo miscelante integrano la misura diretta dell'umidità. Durante l'essiccazione possono indicare variazioni del comportamento di scorrimento, dell'adesività, della compattazione, dell'agglomerazione o delle adesioni alla parete. Non misurano direttamente l'umidità, ma forniscono informazioni preziose sulla stabilità del processo, sull'apporto di energia e sulla protezione dell'impianto.
Il punto finale più diretto è un valore limite di umidità residua validato. Il processo di essiccazione termina automaticamente quando il sensore di umidità raggiunge il valore obiettivo definito. Questo valore obiettivo è sempre specifico per il prodotto. Dipende per esempio dalla stabilità in stoccaggio, dalla scorrevolezza, dalla lavorazione successiva o dai requisiti normativi. Un valore obiettivo generale come lo 0,5% di umidità residua non è quindi trasferibile a tutti i prodotti.
La temperatura del prodotto fornisce ulteriori indicazioni sull'andamento dell'essiccazione. Finché evaporano quantità rilevanti di un componente volatile, una parte del calore fornito viene impiegata come entalpia di evaporazione. Con una potenza di riscaldamento costante, un aumento della temperatura può indicare un contenuto di umidità in diminuzione. Questo segnale dipende tuttavia dal fluido di riscaldamento, dal vuoto, dalla trasmissione del calore e dalle proprietà del prodotto e non dovrebbe essere utilizzato come unico criterio per il punto finale.
Negli essiccatori-miscelatori sottovuoto, pressione di processo, temperatura del prodotto, andamento del vapore e quantità di condensato completano il monitoraggio. Se la quantità di vapore condensabile scende a un livello basso a un determinato livello di temperatura e pressione, ciò può indicare uno stato di essiccazione avanzato. La determinazione del punto finale più affidabile nasce dalla combinazione di questi dati di processo con un'umidità residua confermata analiticamente.
I sensori vengono integrati il più possibile a filo nella parete del recipiente oppure montati tramite raccordi igienici. Ciò consente di limitare spazi morti, danni meccanici e adesioni. Le finestre di misura ottiche possono richiedere, con prodotti polverosi, appiccicosi o soggetti a condensazione, un risciacquo, un raschiatore o un metodo di pulizia idoneo. Nei miscelatori di grandi dimensioni possono essere utili più punti di misura, purché rilevino zone rappresentative del letto di prodotto in movimento.
I dati di misura vengono elaborati nel PLC e possono essere trasferiti a sistemi di conduzione e di produzione sovraordinati. Ciò consente la registrazione dell'andamento, la registrazione di lotto, i limiti di allarme e il riconoscimento automatico del punto finale. Negli ambiti regolamentati sono inoltre importanti l'integrità dei dati, l'audit trail, i diritti utente e la calibrazione tracciabile dei sistemi di misura.
Così amixon® determina il punto finale di essiccazione
amixon® combina più segnali di processo per i processi di miscelazione, granulazione ed essiccazione. Al centro vi sono la temperatura del prodotto, l'andamento della pressione, l'umidità, la potenza dell'organo miscelante nonché, nei processi sottovuoto, l'andamento del vapore e del condensato. Solo la combinazione specifica per il prodotto di queste grandezze di misura consente una determinazione del punto finale solida e riproducibile.
Negli essiccatori-miscelatori sottovuoto e nei reattori delle serie VMT e AMT, la temperatura del prodotto e la pressione di sistema vengono monitorate in continuo. In aggiunta possono essere valutati la quantità di condensato, il flusso di vapore e l'andamento della potenza dell'azionamento. Se la quantità di vapore evacuato diminuisce sensibilmente a un determinato livello di temperatura e pressione, ciò indica uno stato di essiccazione in avanzamento. Un punto finale sicuro non viene tuttavia dedotto solo dalla pressione o dalla temperatura, ma viene messo in sicurezza mediante la combinazione con il valore obiettivo di umidità definito ed eventualmente con un campione di riferimento analitico.
A seconda del prodotto, la misura dell'umidità può avvenire tramite sensoristica NIR, a microonde o capacitiva. I sensori NIR rilevano senza contatto l'andamento dell'umidità nella zona visibile del prodotto. I metodi a microonde e capacitivi possono essere un'alternativa sensata quando le finestre di misura ottiche sono limitate da polvere, adesioni o proprietà del prodotto. Tutti i metodi richiedono una calibrazione con il prodotto originale e un punto di misura che fornisca dati rappresentativi per il rispettivo movimento del prodotto.
Anche coppia e potenza assorbita dell'organo miscelante possono integrare in modo utile il processo. Mostrano variazioni del comportamento di scorrimento, dell'adesività, delle adesioni o della compattazione. Durante l'essiccazione non misurano direttamente l'umidità residua, ma possono servire come segnale aggiuntivo per lo stato del prodotto, la stabilità del processo e la protezione dell'impianto.
Un campionatore integrato integra la sensoristica in linea con controlli mirati del prodotto. L'analisi di laboratorio funge da riferimento per la calibrazione e la validazione dei segnali di processo. Così è possibile collegare tra loro andamento dell'umidità, temperatura, pressione, potenza dell'organo miscelante e umidità residua determinata analiticamente.
Sensoristica specifica per il progetto
Gli apparecchi amixon® vengono progettati sulla base della User Requirement Specification. Sensoristica, punti di misura, livello di automazione, funzioni del PLC e la documentazione di lotto desiderata vengono definiti nel progetto. La progettazione tiene conto di temperatura, pressione, vuoto, abrasione, tendenza all'adesione, hygienic design ed eventuali requisiti ATEX.
I programmi di miscelazione ed essiccazione possono essere memorizzati nel PLC. Il trasferimento dei dati a sistemi SCADA, MES o ERP avviene tramite le interfacce concordate. Scanner di codici a barre possono integrare la documentazione relativa al lotto. Nelle applicazioni regolamentate è possibile considerare i requisiti relativi a integrità dei dati, diritti utente, audit trail e documentazione elettronica di lotto.
Determinazione del punto finale nel centro prove
Nel centro prove amixon® si determina con il prodotto originale quale combinazione di umidità, temperatura del prodotto, andamento della pressione, quantità di condensato, potenza dell'organo miscelante e tempo di miscelazione indichi il punto finale di essiccazione nel modo più affidabile. I dati così ottenuti costituiscono la base per la progettazione della sensoristica, per il programma di essiccazione e per il successivo impianto di produzione.