Jakie rozwiązania oferują producenci w zakresie zintegrowanego pomiaru wilgotności i wyznaczania punktu końcowego przy suszeniu w mieszalniku?
Do zintegrowanego pomiaru wilgotności i określania punktu końcowego przy suszeniu w mieszalniku dostępnych jest kilka metod pomiarowych. W praktyce punkt końcowy suszenia zwykle nie jest określany na podstawie jednego sygnału, lecz przez kombinację wilgotności, temperatury produktu, ciśnienia, przebiegu oparów lub kondensatu, mocy mieszadła i zwalidowanych pomiarów referencyjnych.
Spektroskopia NIR jest szybką, bezdotykową metodą pomiaru wilgotności. Czujnik mierzy poprzez wziernik lub licującą, zintegrowaną punkt pomiarowy odbicie mieszaniny w zakresie bliskiej podczerwieni. Przy odpowiedniej kalibracji NIR może rejestrować wilgotność w czasie rzeczywistym i dodatkowo dawać wskazówki dotyczące innych właściwości produktu. Ponieważ NIR obejmuje przede wszystkim widoczny obszar złoża produktu, decydujące znaczenie mają reprezentatywny ruch mieszania, czyste okno pomiarowe i kalibracja odniesiona do produktu.
Metody oparte na mikrofalach rejestrują właściwości dielektryczne mieszaniny. Mogą – w zależności od sposobu zabudowy i produktu – obejmować większą objętość produktu niż metody optyczne i są mniej zależne od koloru czy optyki powierzchni. Receptura, gęstość nasypowa, temperatura i rozmieszczenie materiału również wpływają jednak na sygnał. Dlatego również tutaj wymagana jest kalibracja z oryginalnym produktem i odpowiednimi próbkami referencyjnymi.
Czujniki pojemnościowe są solidnym i stosunkowo ekonomicznym rozwiązaniem do monitorowania trendu wilgotności. Ich wartości pomiarowe zależą jednak silniej od receptury, temperatury, gęstości i struktury cząstek. Metody kondukcyjne są sensowne tylko dla produktów wystarczająco przewodzących elektrycznie i dlatego nie nadają się do wielu suchych proszków.
Moment obrotowy i pobór mocy mieszadła uzupełniają bezpośredni pomiar wilgotności. Podczas suszenia mogą wskazywać zmiany zachowania przepływu, lepkości, zagęszczenia, aglomeracji lub przywierania do ścian. Nie mierzą one wilgotności bezpośrednio, ale dostarczają cennych informacji o stabilności procesu, wprowadzaniu energii i ochronie instalacji.
Najbardziej bezpośrednim punktem końcowym jest zwalidowana wartość graniczna wilgotności resztkowej. Proces suszenia kończy się automatycznie, gdy czujnik wilgotności osiągnie określoną wartość docelową. Ta wartość docelowa jest zawsze specyficzna dla produktu. Zależy ona na przykład od stabilności magazynowej, sypkości, dalszego przetwarzania lub wymagań regulacyjnych. Ogólna wartość docelowa, taka jak 0,5% wilgotności resztkowej, nie jest więc przenoszalna na wszystkie produkty.
Temperatura produktu dostarcza dodatkowych wskazówek dotyczących przebiegu suszenia. Dopóki odparowują istotne ilości lotnego składnika, część doprowadzonego ciepła jest zużywana jako entalpia parowania. Przy stałej mocy grzewczej wzrost temperatury może wskazywać na malejącą zawartość wilgoci. Sygnał ten zależy jednak od medium grzewczego, próżni, przenoszenia ciepła i właściwości produktu i nie powinien być stosowany jako jedyne kryterium punktu końcowego.
W próżniowych suszarko-mieszalnikach monitorowanie uzupełniają: ciśnienie procesowe, temperatura produktu, przebieg oparów i ilość kondensatu. Jeśli ilość skraplających się oparów przy określonym poziomie temperatury i ciśnienia spada do niskiego poziomu, może to wskazywać na zaawansowany stan suszenia. Najbardziej wiarygodne określenie punktu końcowego powstaje z połączenia tych danych procesowych z analitycznie potwierdzoną wilgotnością resztkową.
Czujniki są integrowane możliwie licująco w ścianie zbiornika lub montowane poprzez higieniczne króćce. Pozwala to ograniczyć strefy martwe, uszkodzenia mechaniczne i przywieranie. Okna pomiarowe optyczne mogą przy pylących, klejących się lub kondensujących produktach wymagać spłukiwania, zgarniacza lub odpowiedniej metody czyszczenia. Przy dużych mieszalnikach sensowne może być kilka punktów pomiarowych, o ile obejmują one reprezentatywne obszary poruszającego się złoża produktu.
Dane pomiarowe są przetwarzane w sterowniku PLC i mogą być przekazywane do nadrzędnych systemów sterowania i produkcji. Umożliwia to rejestrację trendów, protokołowanie wsadowe, granice alarmowe i automatyczne wykrywanie punktu końcowego. W obszarach regulowanych istotne są dodatkowo integralność danych, ścieżka audytu, uprawnienia użytkowników i możliwa do prześledzenia kalibracja systemów pomiarowych.
Tak amixon® określa punkt końcowy suszenia
amixon® łączy dla procesów mieszania, granulacji i suszenia kilka sygnałów procesowych. W centrum uwagi znajdują się: temperatura produktu, przebieg ciśnienia, wilgotność, moc mieszadła oraz – przy procesach próżniowych – przebieg oparów i kondensatu. Dopiero połączenie tych wielkości pomiarowych, odniesione do produktu, umożliwia wiarygodne i odtwarzalne określenie punktu końcowego.
W próżniowych suszarko-mieszalnikach i reaktorach serii VMT i AMT temperatura produktu i ciśnienie w układzie są monitorowane w sposób ciągły. Uzupełniająco można oceniać ilość kondensatu, strumień oparów i przebieg mocy napędu. Jeśli ilość odprowadzanych oparów przy określonym poziomie temperatury i ciśnienia wyraźnie spada, wskazuje to na postępujący stan suszenia. Bezpieczny punkt końcowy nie jest jednak wyprowadzany wyłącznie z ciśnienia lub temperatury, lecz zabezpieczany przez połączenie z określoną wartością docelową wilgotności i w razie potrzeby analityczną próbką referencyjną.
Pomiar wilgotności może, w zależności od produktu, odbywać się za pomocą sensoryki NIR, mikrofalowej lub pojemnościowej. Czujniki NIR rejestrują bezdotykowo przebieg wilgotności w widocznym obszarze produktu. Metody mikrofalowe i pojemnościowe mogą być sensowną alternatywą, gdy optyczne okna pomiarowe są ograniczone przez pył, przywieranie lub właściwości produktu. Wszystkie metody wymagają kalibracji z oryginalnym produktem oraz punktu pomiarowego, który dostarcza reprezentatywnych danych dla danego ruchu produktu.
Również moment obrotowy i pobór mocy mieszadła mogą sensownie uzupełniać proces. Pokazują zmiany zachowania przepływu, lepkości, przywierania lub zagęszczenia. Przy suszeniu nie mierzą one bezpośrednio wilgotności resztkowej, ale mogą służyć jako dodatkowy sygnał dotyczący stanu produktu, stabilności procesu i ochrony instalacji.
Zintegrowany próbnik uzupełnia sensorykę inline o celowe kontrole produktu. Analiza laboratoryjna służy przy tym jako punkt odniesienia dla kalibracji i walidacji sygnałów procesowych. Dzięki temu przebieg wilgotności, temperatura, ciśnienie, moc mieszadła i analitycznie określona wilgotność resztkowa mogą zostać ze sobą powiązane.
Czujniki specyficzne dla projektu
Aparaty amixon® są projektowane na podstawie specyfikacji wymagań użytkownika. Czujniki, punkty pomiarowe, głębokość automatyzacji, funkcje sterownika PLC oraz pożądany zakres dokumentacji wsadowej są ustalane w projekcie. Projekt uwzględnia przy tym temperaturę, ciśnienie, próżnię, ścieranie, skłonność do przywierania, projektowanie higieniczne oraz w razie potrzeby wymagania ATEX.
Programy mieszania i suszenia mogą być zapisane w sterowniku PLC. Przekazywanie danych do systemów SCADA, MES lub ERP odbywa się poprzez uzgodnione interfejsy. Skanery kodów kreskowych mogą uzupełniać dokumentację odniesioną do wsadu. W zastosowaniach regulowanych można uwzględnić wymagania dotyczące integralności danych, uprawnień użytkowników, ścieżki audytu i elektronicznej dokumentacji wsadowej.
Ustalanie punktu końcowego w centrum prób
W centrum prób amixon® ustala się z oryginalnym produktem, która kombinacja wilgotności, temperatury produktu, przebiegu ciśnienia, ilości kondensatu, mocy mieszadła i czasu mieszania najbardziej wiarygodnie wskazuje punkt końcowy suszenia. Uzyskane w ten sposób dane stanowią podstawę doboru czujników, programu suszenia oraz późniejszej instalacji produkcyjnej.