Какие решения предлагают производители для встроенного измерения влажности и определения конечной точки сушки в смесителе?
Для интегрированного измерения влажности и определения конечной точки при сушке в смесителе доступно несколько методов измерения. На практике конечную точку сушки, как правило, определяют не по одному сигналу, а по сочетанию влажности, температуры продукта, давления, хода выделения брюдена или конденсата, мощности привода и валидированных референтных измерений.
NIR-спектроскопия — быстрый бесконтактный метод измерения влажности. Датчик измеряет через смотровое стекло или встроенную заподлицо точку измерения отражение смешиваемого материала в ближнем инфракрасном диапазоне. При подходящей калибровке NIR может фиксировать влажность в реальном времени и дополнительно давать указания на другие свойства продукта. Поскольку NIR фиксирует прежде всего видимую область слоя продукта, решающее значение имеют репрезентативное движение смеси, чистое измерительное окно и калибровка, привязанная к продукту.
Методы на основе микроволн фиксируют диэлектрические свойства смешиваемого материала. Они могут — в зависимости от способа установки и продукта — охватывать больший объём продукта, чем оптические методы, и меньше зависят от цвета или оптики поверхности. Однако на сигнал также влияют рецептура, насыпная плотность, температура и распределение материала. Поэтому и здесь требуется калибровка на оригинальном продукте с подходящими референтными пробами.
Ёмкостные датчики — надёжное и сравнительно экономичное решение для трендового мониторинга влажности. Однако их показания сильнее зависят от рецептуры, температуры, плотности и структуры частиц. Кондуктивные методы целесообразны только для продуктов с достаточной электропроводностью и поэтому не подходят для многих сухих порошков.
Крутящий момент и потребляемая мощность мешалки дополняют прямое измерение влажности. Во время сушки они могут указывать на изменения текучести, липкости, уплотнения, агломерации или налипания на стенки. Они не измеряют влажность напрямую, но дают ценную информацию о стабильности процесса, внесении энергии и защите установки.
Наиболее прямая конечная точка — валидированное предельное значение остаточной влажности. Процесс сушки автоматически завершается, когда датчик влажности достигает заданного целевого значения. Это целевое значение всегда специфично для продукта. Оно определяется, например, стабильностью при хранении, сыпучестью, дальнейшей переработкой или регуляторными требованиями. Общее целевое значение, например 0,5% остаточной влажности, поэтому не переносимо на все продукты.
Температура продукта даёт дополнительные указания на ход сушки. Пока испаряются существенные количества летучего компонента, часть подводимого тепла расходуется как энтальпия испарения. При постоянной мощности нагрева рост температуры может указывать на снижение содержания влаги. Однако этот сигнал зависит от теплоносителя, вакуума, теплопередачи и свойств продукта, и его не следует использовать как единственный критерий конечной точки.
У вакуумных смесителей-сушилок давление процесса, температура продукта, ход выделения брюдена и количество конденсата дополняют мониторинг. Если количество конденсируемого брюдена при заданном уровне температуры и давления снижается до низкого уровня, это может указывать на продвинутое состояние сушки. Наиболее надёжное определение конечной точки возникает из сочетания этих технологических данных с аналитически подтверждённой остаточной влажностью.
Датчики по возможности встраиваются заподлицо в стенку ёмкости или через гигиеничные патрубки. Так можно ограничить застойные зоны, механические повреждения и налипания. Оптические измерительные окна при пылящих, липких или конденсирующих продуктах могут нуждаться в продувке, скребке или подходящем методе очистки. У крупных смесителей может быть целесообразно несколько точек измерения, если они фиксируют репрезентативные области движущегося слоя продукта.
Данные измерений обрабатываются в СПС и могут передаваться в вышестоящие управляющие и производственные системы. Это обеспечивает трендовую запись, протоколирование загрузок, аварийные пределы и автоматическое распознавание конечной точки. В регулируемых областях дополнительно важны целостность данных, аудиторский след, права пользователей и прослеживаемая калибровка измерительных систем.
Так amixon® определяет конечную точку сушки
amixon® сочетает для процессов смешивания, грануляции и сушки несколько технологических сигналов. В центре внимания — температура продукта, ход давления, влажность, мощность мешалки, а также — при вакуумных процессах — ход выделения брюдена и конденсата. Только привязанное к продукту сочетание этих измеряемых величин обеспечивает надёжное и воспроизводимое определение конечной точки.
У вакуумных смесителей-сушилок и реакторов серий VMT и AMT непрерывно контролируются температура продукта и давление в системе. Дополнительно можно оценивать количество конденсата, поток брюдена и ход мощности привода. Если количество отводимого брюдена при заданном уровне температуры и давления заметно снижается, это указывает на продвигающееся состояние сушки. Однако надёжная конечная точка выводится не только из давления или температуры, а подтверждается сочетанием с заданным целевым значением влажности и при необходимости аналитической референтной пробой.
Измерение влажности в зависимости от продукта может выполняться сенсорикой NIR, микроволновой или ёмкостной сенсорикой. Датчики NIR бесконтактно фиксируют ход влажности в видимой области продукта. Микроволновые и ёмкостные методы могут быть целесообразной альтернативой, когда оптические измерительные окна ограничены пылью, налипанием или свойствами продукта. Все методы требуют калибровки на оригинальном продукте и точки измерения, дающей репрезентативные данные для соответствующего движения продукта.
Крутящий момент и потребляемая мощность мешалки также могут разумно дополнять процесс. Они показывают изменения текучести, липкости, налипания или уплотнения. При сушке они не измеряют остаточную влажность напрямую, но могут служить дополнительным сигналом состояния продукта, стабильности процесса и защиты установки.
Встроенный пробоотборник дополняет инлайн-сенсорику целенаправленным контролем продукта. Лабораторный анализ при этом служит референсом для калибровки и валидации технологических сигналов. Так можно связать между собой ход влажности, температуру, давление, мощность мешалки и аналитически определённую остаточную влажность.
Сенсорика под конкретный проект
Аппараты amixon® рассчитываются на основе технического задания эксплуатирующей организации (URS). Сенсорика, точки измерения, глубина автоматизации, функции СПС и требуемая документация загрузок определяются в рамках проекта. При этом расчёт учитывает температуру, давление, вакуум, истирание, склонность к налипанию, гигиенический дизайн и при необходимости требования ATEX.
Программы смешивания и сушки можно закладывать в СПС. Передача данных в системы SCADA, MES или ERP осуществляется через согласованные интерфейсы. Сканеры штрихкодов могут дополнять документацию по загрузкам. В регулируемых применениях можно учитывать требования к целостности данных, правам пользователей, аудиторскому следу и электронной документации загрузок.
Определение конечной точки в испытательном центре
В испытательном центре amixon® на оригинальном продукте определяется, какое сочетание влажности, температуры продукта, хода давления, количества конденсата, мощности мешалки и времени смешивания наиболее надёжно указывает на конечную точку сушки. Полученные таким образом данные образуют основу для расчёта сенсорики, программы сушки и последующей производственной установки.