Какие датчики процесса для крутящего момента, температуры и влажности полезны для распознавания конечных точек грануляции в проточном смесителе?
Распознавание конечной точки грануляции в проточном смесителе наиболее надёжно достигается сочетанием сенсорики крутящего момента, температуры и влажности. Каждая величина описывает разный аспект состояния процесса, и их не следует рассматривать изолированно.
Крутящий момент / потребляемая мощность
Измерение крутящего момента вала или мощности привода является важнейшим прямым индикатором прогресса грануляции. По мере роста количества связующей жидкости и роста зерна возрастают когезия, вязкость и сопротивление течению влажного материала. Передаваемый крутящий момент растёт и образует характерную кривую. Плато или определённое пороговое значение этой кривой на практике часто отмечает оптимальное состояние грануляции. Переход от смачивания к фазе роста и уплотнения проявляется в заметном росте крутящего момента с последующей стабилизацией. Измерение может выполняться через измерительные валы крутящего момента, тензодатчики или косвенно через ток двигателя и потребляемую мощность и подходит для трендового анализа и статистического контроля процесса. В непрерывных процессах грануляции интерпретация сложнее, чем в периодическом режиме, поскольку нужно оценивать стационарные рабочие состояния и потоки материала; здесь применяются трендовый анализ и модели программных датчиков.
Температура
Температура продукта описывает термическую и энергетическую ситуацию в смесительной камере. Трение и сдвиговые силы в уплотнённом слое гранул создают теплоту трения, смачивание и процессы испарения дополнительно влияют на ход температуры. Рост температуры часто коррелирует с повышенной механической нагрузкой и уплотнением; падение температуры может указывать на усиленное испарение или переувлажнение. Измерение обычно выполняется термометрами сопротивления в контакте с продуктом или бесконтактно ИК-датчиками на выпуске или смотровых окнах. Температура даёт ранние указания на переграгуляцию, переувлажнение или термическую перегрузку и важна для термолабильных действующих веществ для предотвращения деградации. Как индикатор конечной точки она, как правило, применяется дополнительно к крутящему моменту и влажности, а не как единственная целевая величина.
Влажность
Инлайн-фиксация содержания воды обеспечивает вещественное состояние. Влажность управляет капиллярными и адгезионными силами, степенью смачивания, ростом зерна и механической стабильностью гранул и решающе важна для последующих этапов, таких как сушка, таблетирование и хранимость. Типичными методами являются ближняя инфракрасная спектроскопия как быстрый, бесконтактный инлайн-метод с потенциалом регулирования в реальном времени, требующий хемометрической калибровки, а также СВЧ-резонансная сенсорика для объёмного измерения влажности с низкой чувствительностью к загрязнению. Ёмкостные датчики недороги и легко интегрируются, но сильнее зависят от матрицы и часто менее точны. Сенсорика влажности позволяет определить целевой диапазон, в котором достигается желаемая структура гранул и свойство текучести, и служит референтным сигналом для валидации механических и термических измеряемых величин, а также для регулирования подачи связующего.
Целесообразное сочетание и расширения
Ни одна из названных измеряемых величин сама по себе не достаточна для надёжного распознавания конечной точки грануляции в проточном смесителе. На практике применяется многомерное слияние сигналов датчиков: крутящий момент или мощность описывает механическое состояние, температура — термическое и энергетическое состояние, влажность — вещественное состояние. В современных концепциях PAT эти сигналы объединяются в многомерных моделях, чтобы воспроизводимо распознавать конечные точки, выстраивать замкнутые стратегии регулирования, компенсировать колебания сырья и снижать брак. Опционально можно интегрировать измерение акустической эмиссии или оптические методы анализа размера частиц, чтобы напрямую связать морфологию гранул с сигналами процесса.
Так amixon® оснащает проточный смеситель RMG технологической сенсорикой
Сенсорика как поставка извне — интеграция как компетенция amixon®
amixon® не разрабатывает и не изготавливает собственные датчики. Однако аппараты могут быть оснащены множеством подходящих измерительных систем для контроля процесса, для автоматизации, а также для обеспечения безопасности труда и продукта. Какие принципы измерения, конструкции датчиков и марки применяются, определяется всегда применительно к конкретной задаче.
amixon® берёт на себя технологическую и конструктивную интеграцию сенсорики в проточный смеситель RMG. Совместно с эксплуатирующим предприятием и его поставщиком измерительной техники определяются выбор, место установки, гигиеническое исполнение, обработка сигнала, а также подключение к вышестоящей системе управления установкой. Решающим является то, какая измеряемая величина в реальных условиях процесса надёжно коррелирует с желаемым качеством гранулята.
Особенно показательными могут быть оптические методы онлайн-измерения. Они позволяют непрерывно регистрировать размер частиц и при необходимости также их форму. Полученные данные можно использовать для контроля процесса грануляции и — если это предусмотрено технологическим решением — для его целенаправленного регулирования. Важнейшими регулирующими величинами являются, в частности:
- количество подачи или массовый расход гранулирующей жидкости,
- частота вращения смесительного инструмента,
- массовый расход твёрдого вещества,
- удельное внесение энергии, а также
- при необходимости температура продукта.
Крутящий момент, потребляемая мощность, температура и влажность также дают ценные указания на текущее состояние процесса. Они позволяют увидеть изменения смачивания, образования агломератов, консистенции продукта или склонности к налипанию. Достаточно ли одной измеряемой величины или требуется совместная оценка нескольких сигналов, зависит от рецептуры, качества сырья и ведения процесса.
Понимание процесса возникает в испытательном центре
Для конкретной рецептуры amixon® может исследовать в испытательном центре с оригинальным продуктом, какие измеряемые величины наиболее надёжно отражают желаемое состояние грануляции. Для этого регистрируются существенные технологические данные и сопоставляются с аналитически определёнными показателями качества полученного гранулята. Результаты прослеживаемо документируются в отчёте об испытании. Эти исследования создают обоснованную базу для расчёта и последующего пуска производственной установки. Они помогают заблаговременно оценить взаимосвязи между рецептурой, качеством сырья, исходной влажностью, подачей жидкости, внесением энергии, окружной скоростью смесительного инструмента, временем пребывания и точностью дозирования. Так можно определить подходящие рабочие окна и задать технологические параметры для стабильной, воспроизводимой грануляции.
Проточный смеситель RMG: опыт, сервис и запасные части
Проточный смеситель RMG очень хорошо зарекомендовал себя для отдельных классов продуктов и для задач непрерывного смешивания и агломерации. amixon® изготавливает соответствующие аппараты по запросу, поддерживает при работах по обслуживанию и обеспечивает долгосрочную поставку запасных частей.
Однако дальнейшая разработка этой особой системы смешивания и гранулирования с 2010 года более не является приоритетом работы amixon® по развитию. Сегодняшний фокус лежит на прецизионных смесителях для порошков, твёрдых веществ и пастообразных продуктов с вертикально или наклонно расположенными смесительными валами. Эти системы особенно подходят для применений с высокими требованиями к качеству смешивания, остаточной выгрузке, щадящей обработке продукта, вакуумным процессам, термической обработке, а также к гигиеническому дизайну и containment.