Produkcja polimerów jest jednym z najważniejszych obszarów chemii stosowanej ze względu na znaczną liczbę zastosowań w przemyśle i ogromny wpływ ekonomiczny. Polimery to makrocząsteczki wytwarzane z prostych składników chemicznych (monomerów) w reakcji chemicznej zwanej polimeryzacją. Od tanich produktów zastępujących produkty naturalne, po wysokiej jakości opcje do różnych zastosowań. Stosuje się je jako folie do formowania stałych formowanych części do karoserii samochodowych, szafek telewizyjnych, części lotniczych, pianek do filiżanek kawy i izolacji lodówki, włókien do odzieży i dywanów, klejów, gumy do opon i dętek, farb i innych powłok oraz wielu innych inne aplikacje.

Polimeryzacje są trudne do monitorowania online. Zdolność do określenia konwersji w reakcjach chemicznych w ogóle, a zwłaszcza w reakcjach polimeryzacji, jest niezwykle istotna w związku z potrzebą ścisłego monitorowania i kontrolowania procesów oraz poprawy wydajności istniejących procesów produkcyjnych, jak również nowych. Informacje o rozkładach masy cząsteczkowej i wzorcach grup końcowych są często niezbędne do dokładnej kontroli procesu i produktu.

Niezależnie od tego, czy polimeryzacja zachodzi poprzez addycję jako reakcję łańcuchową, czy kondensację w reakcji etapowej, konieczne jest pełne zrozumienie chemii w celu przyspieszenia badań i / lub szybkiego wprowadzenia na rynek nowych polimerów. Zrozumienie krytycznych parametrów reakcji polimerów może prowadzić do precyzyjnej kontroli wieloetapowej polimeryzacji, pomiarów resztkowych monomerów w czasie rzeczywistym, a ostatecznie do lepszych właściwości końcowych polimerów.

Związane z aplikacją

Kontrola reakcji polimeryzacji stanowi poważne wyzwanie dla inżyniera chemicznego, ponieważ reakcje te są zwykle wysoce egzotermiczne i często przebiegają w bardzo lepkich mediach, które utrudniają transport ciepła i masy. Reakcje te są znane z tego, że wykazują nieliniowe zachowanie, aw reaktorach na skalę przemysłową odnotowano kilka przypadków wielokrotności i utrzymujących się oscylacji.

Ograniczenia tradycyjnych technik pomiaru lepkości

Właściwości reologiczne większości materiałów polimerowych są dość złożone. Lepkość zależy zarówno od ścinania, jak i od historii termicznej. Często lepkość polimeru mierzy się w trybie off-line. Większość dostępnych na rynku wiskozymetrów używanych do kontroli procesu online – monitorowania stopnia reakcji polimeryzacji – należy do jednej z następujących kategorii: 1. Wiskozymetry oparte na przepływach ciśnieniowych (np. wiskozymetry kapilarne), 2. Rotacyjne, 3. Z opadającym tłokiem/kulą oraz 4. Wibrujące rurki. Szklane wiskozymetry kapilarne, tradycyjnie stosowane do pomiaru lepkości, są niezwykle pracochłonne i czasochłonne – szklane kapilary wymagają czyszczenia między testami. Większość popularnych narzędzi wiskozymetrycznych nie zapewnia wysokiej powtarzalności, co czyni je nieodpowiednimi do tego zastosowania.

Reakcję polimeryzacji badano wcześniej za pomocą szeregu metod analitycznych off-line, w tym analizy grawimetrycznej, NMR, GC, UV-Vis i dylatometrii. W miarę postępu reakcji rosnąca lepkość sprawia, że ​​pobieranie próbek w trybie off-line staje się coraz bardziej problematyczne i dlatego te wcześniejsze badania koncentrowały się na początkowych etapach reakcji polimeryzacji.

Konwencjonalne wiskozymetry mechaniczne i elektromechaniczne, przeznaczone głównie do pomiarów laboratoryjnych, są trudne do zintegrowania ze środowiskiem kontroli i monitorowania. Obecna metodologia badań w laboratoriach zewnętrznych nie jest optymalna i kosztowna ze względu na wyzwania logistyczne związane z transportem i wysokie koszty stałe. Złożonych zmian zachodzących wewnątrz często nie da się określić na podstawie rutynowej próbki, ponieważ dane reprezentowane przez taką próbkę odzwierciedlają jedynie stan w momencie pobrania próbki, a na konwencjonalne urządzenia mogą wpływać szybkość ścinania, temperatura i inne zmienne.

Precyzyjna inżynieria materiałów makrocząsteczkowych wymaga ścisłego monitorowania warunków reakcji i postępu polimeryzacji, zarówno w obszarze polimeryzacji rodnikowej na skalę przemysłową, jak i kontrolowanej polimeryzacji na małą skalę. Dobrze regulowane reakcje polimeryzacji prowadzą do powstania cząsteczek o dobrze scharakteryzowanych składzie, masie cząsteczkowej, rozkładzie masy cząsteczkowej, właściwościach strukturalnych i fizycznych. Aby to osiągnąć, konieczne jest zrozumienie i staranna kontrola wielu parametrów chemicznych i reakcji związanych z procesem syntezy oraz zapewnienie, że syntetyzowany polimer jest „odpowiedni do celu” zgodnie z przeznaczeniem. Zautomatyzowany monitoring online jest nieocenionym narzędziem do sterowania reakcjami, zwłaszcza gdy procesy są prowadzone w sposób wieloetapowy. Reakcje polimeryzacji są z natury silnie egzotermiczne, szybkie i wrażliwe na niewielkie zanieczyszczenia (śladowe ilości wody). Co więcej, w ramach jednej reakcji często przechodzą one przez lepkość o kilka rzędów wielkości.

Dane w czasie rzeczywistym można uzyskać dzięki analizie online procesów produkcji polimerów, co umożliwia szybkie przesiewanie kinetyczne i, w konsekwencji, efektywną optymalizację reakcji. Połączenie obu tych metod – ciągłego przetwarzania przepływowego i monitorowania online – stanowi idealne narzędzie w każdej syntezie chemicznej. Umożliwia ono ciągłą, nieprzerwaną analizę mieszaniny reakcyjnej w dowolnych warunkach reakcji. W ten sposób możliwe staje się szybkie i wydajne przesiewanie oraz rzeczywista, wysokowydajna optymalizacja reakcji.

System ACOMP (Automatic Continuous Online Monitoring of Polymerization) reakcji może być wykorzystywany jako metoda analityczna w badaniach i rozwoju, jako narzędzie optymalizacji reakcji na poziomie laboratorium laboratoryjnego i instalacji pilotażowej, a ostatecznie do sterowania reaktorami pełnoskalowymi ze sprzężeniem zwrotnym. Wykorzystanie analizy in situ w czasie rzeczywistym stanowi lepszy sposób badania tej polimeryzacji, ponieważ poprawia dokładność pomiaru, eliminuje czas i trudności związane z pobieraniem próbek offline, a co najważniejsze, pozwala na pełniejsze zrozumienie kinetyki i termodynamiki reakcji.

Lepkość wewnętrzna jest ważnym narzędziem w dziedzinie badań nad polimerami i białkami i jest istotnym składnikiem ACOMP z powodu następujących kluczowych punktów:

• Jest to sposób na zrozumienie struktury molekularnej i interakcji w roztworze.
• Pomiar lepkości istotnej jest uważany za bardziej niezawodny niż rozpraszanie światła, ponieważ może mierzyć niższe masy cząsteczkowe.
• Lepkość istotna (IV) jest miarą masy cząsteczkowej polimerów i dlatego odzwierciedla temperaturę topnienia materiału, krystaliczność i wytrzymałość na rozciąganie.
• IV jest używany jako część specyfikacji do wyboru odpowiedniego gatunku PET do konkretnego zastosowania i jest mierzony w różnych punktach łańcucha dostaw. Materiał jest testowany na wszystkich etapach, począwszy od laboratoriów badawczo-rozwojowych, które opracowują nowe polimery i firmy chemiczne pobierające próbki ze swoich wież polimeryzacyjnych po przetwórców, którzy chcą kontrolować swój proces i jakość gotowych produktów.

Monitorowanie lepkości on-line w czasie rzeczywistym w procesie produkcji polimerów niesie ze sobą szereg korzyści, m.in. z perspektywy kosztów, środowiska i logistyki. Informacje o lepkości w czasie rzeczywistym okazały się cenne, ponieważ dostarczają wglądu w kluczowe informacje kinetyczne, mechanistyczne i dotyczące struktury chemicznej, eliminując jednocześnie trudności związane z pomiarami reakcji polimeryzacji offline. Kluczowe punkty to:

Korzyści ekonomiczne i logistyczne, niższe koszty produkcji: Analiza lepkości on-line zmniejszyłaby liczbę próbek wysyłanych do laboratoriów zewnętrznych i związane z tym koszty. Ciągłe wyniki analiz przeprowadzanych na miejscu zmniejszyłyby również koszty pracy / koszty wysyłki i błąd pobierania próbek.

Lepsza kontrola procesu dzięki lepszej analizie:

• Analiza szerokiego zakresu polimeryzacji, w tym jednorodnej (np. Wolne rodniki i kondensacja) i heterogenicznej (np. Emulsja i mikroemulsja)
• Badanie wzrostu łańcucha, sieciowania i utwardzania
• Zrozumienie mechanistycznej roli katalizatorów w polimeryzacji; określić aktywne katalizatory i kinetykę
• Monitoruj i proaktywnie dostosowuj warunki reakcji zgodnie z wymaganiami, aby zapewnić zgodność z zamierzonymi specyfikacjami produktu końcowego
• Pomiar resztkowych poziomów monomerów i upewnienie się, że spełniają one wymagania dotyczące produktu i przepisów.
• Monitorowanie reakcji przez cały proces polimeryzacji. Analiza próbek offline jest ograniczona do badania wczesnych etapów ze względu na rosnącą lepkość i trudności związane z pobieraniem próbki.
• Umożliwia dokładniejszy pomiar resztkowego monomeru na późniejszych etapach reakcji polimeryzacji ze względu na trudności z wyciągnięciem całej próbki z ekstraktora próbek do analizy off-line.
• Ponieważ nie ma opóźnienia między dyskretnymi próbkami, osiągnięto pełniejszą reprezentację kinetyki. Umożliwia to lepszy pomiar kinetyki reakcji oraz możliwość przewidywania i kontrolowania kinetyki reakcji w czasie rzeczywistym.
• Zapewnia znacznie więcej punktów danych analitycznych w trakcie polimeryzacji, dając bardziej reprezentatywne pomiary i dokładne obliczenia kinetyczne i termodynamiczne.

Lepsza jakość produktu i mniejsze straty: Zrozumienie chemii reakcji obejmuje czynniki, w tym kinetykę reakcji, współczynniki konwersji monomeru i współczynniki reaktywności, związek i wpływ parametrów reakcji na masę cząsteczkową i rozkład, dokładne zrozumienie mechanizmu polimeryzacji w fazach inicjacji, propagacji i terminacji oraz zapewnienie, że ogólna struktura polimeru spełnia docelową potrzebę zastosowania. Zdolność do scharakteryzowania dokładnej kinetyki reakcji i dokładnej kontroli pomaga osiągnąć właściwe właściwości polimeru i zmniejszyć straty.

Zmniejszone zużycie energii: Optymalne wykorzystanie zasobów i energii elektrycznej w reaktorach przy ścisłej kontroli procesów

Zwiększone bezpieczeństwo pracowników: Inne czynniki, takie jak wymagania w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa przy pracy z rozpuszczalnikami, dbałość o środowisko oraz potrzeba specjalistycznego personelu do przeprowadzenia tych testów (które muszą być przeprowadzone w laboratorium) zwiększają popularność metody bezrozpuszczalnikowej.

Krótszy czas reakcji: Analiza lepkości (i gęstości) in situ zmniejszyłaby / wyeliminowała opóźnienie między pobraniem próbki a otrzymaniem odpowiedzi z laboratorium.

Środowisko: Wykorzystanie zasobów można zmaksymalizować dzięki systemom monitorowania on-line, co przekłada się na zmniejszenie strat, co jest korzystne dla środowiska. Większa zrównoważoność dzięki redukcji emisji.

Zautomatyzowany pomiar lepkości na linii w czasie rzeczywistym ma kluczowe znaczenie w produkcji polimerów. Rheonics oferuje następujące rozwiązania oparte na zrównoważonym rezonatorze skrętnym do kontroli i optymalizacji procesu polimeryzacji:

1. In-line Lepkość pomiary: Rheonics" SRV jest szerokopasmowym, wbudowanym urządzeniem do pomiaru lepkości z wbudowanym pomiarem temperatury płynu i jest w stanie wykrywać zmiany lepkości w dowolnym strumieniu procesu w czasie rzeczywistym.
2. In-line Lepkość i gęstość pomiary: Rheonics" SRD jest równoległym przyrządem do pomiaru gęstości i lepkości z wbudowanym pomiarem temperatury płynu. Jeśli pomiar gęstości jest ważny dla twoich operacji, SRD jest najlepszym czujnikiem, który zaspokoi twoje potrzeby, z możliwościami operacyjnymi podobnymi do SRV wraz z dokładnymi pomiarami gęstości.

Zautomatyzowany pomiar lepkości w linii za pomocą SRV lub SRD eliminuje różnice w pobieraniu próbek i technikach laboratoryjnych, które są stosowane do pomiaru lepkości tradycyjnymi metodami. Czujnik jest umieszczony w linii, dzięki czemu stale mierzy lepkość (i gęstość w przypadku SRD). Zastosowanie SRV / SRD z ACOMP może poprawić wydajność i zwiększyć marże. Oba czujniki mają kompaktową obudowę, co ułatwia instalację OEM i modernizację. Nie wymagają konserwacji ani ponownej konfiguracji. Oba czujniki oferują dokładne, powtarzalne wyniki bez względu na to, jak i gdzie są zamontowane, bez potrzeby stosowania specjalnych komór, gumowych uszczelek lub ochrony mechanicznej. Bez użycia materiałów eksploatacyjnych, SRV i SRD są niezwykle łatwe w obsłudze.

Kompaktowy kształt, brak ruchomych części i nie wymaga konserwacji

Rheonics' SRV i SRD mają bardzo małe wymiary, co ułatwia instalację OEM i modernizację. Umożliwiają łatwą integrację z dowolnym strumieniem procesu. Są łatwe w czyszczeniu i nie wymagają konserwacji ani ponownej konfiguracji. Mają niewielką powierzchnię, co pozwala na instalację Inline w dowolnej linii technologicznej, bez konieczności stosowania dodatkowej przestrzeni lub adaptera.

Wysoka stabilność i niewrażliwość na warunki montażu: Możliwa dowolna konfiguracja

Rheonics SRV i SRD wykorzystują unikalny, opatentowany rezonator współosiowy, w którym dwa końce czujników skręcają się w przeciwnych kierunkach, eliminując momenty reakcji podczas ich montażu, a tym samym czyniąc je całkowicie niewrażliwymi na warunki montażu i natężenia przepływu. Czujniki te z łatwością radzą sobie z regularną przeprowadzką. Element czujnika znajduje się bezpośrednio w płynie, bez konieczności stosowania specjalnej obudowy lub klatki ochronnej.

Natychmiastowe dokładne odczyty warunków procesu - Pełny przegląd systemu i sterowanie predykcyjne

RheonicsOprogramowanie jest potężne, intuicyjne i wygodne w obsłudze. Lepkość można monitorować w czasie rzeczywistym na komputerze. Zarządzanie wieloma czujnikami odbywa się z jednego pulpitu nawigacyjnego rozmieszczonego po całej hali produkcyjnej. Brak wpływu pulsacji ciśnienia podczas pompowania na działanie czujnika i dokładność pomiaru. Odporny na wstrząsy, wibracje i warunki przepływu.

Łatwa instalacja i brak konieczności ponownej konfiguracji / ponownej kalibracji

Wymień czujniki bez wymiany lub przeprogramowania elektroniki, doraźne wymiany zarówno czujnika, jak i elektroniki, bez aktualizacji oprogramowania sprzętowego lub zmian współczynnika kalibracji. Łatwy montaż. Wkręca się w gwint ¾” NPT w złączce przewodu atramentowego. Żadnych komór, O-ring uszczelki lub uszczelki. Łatwe do usunięcia w celu czyszczenia lub kontroli. SRV dostępny z kołnierzem i tri-clamp złącze ułatwiające montaż i demontaż.

Niskie zużycie energii

Zasilacz 24 V DC o poborze prądu mniejszym niż 0.1 A podczas normalnej pracy

Krótki czas reakcji i lepkość kompensowana temperaturą

Ultraszybka i solidna elektronika w połączeniu z kompleksowymi modelami obliczeniowymi sprawia, że Rheonics urządzenia jedne z najszybszych i najdokładniejszych w branży. SRV i SRD umożliwiają dokładne pomiary lepkości (i gęstości w przypadku SRD) w czasie rzeczywistym co sekundę i nie mają na nie wpływu zmiany natężenia przepływu!

Szerokie możliwości operacyjne

RheonicsPrzyrządy są zbudowane tak, aby wykonywać pomiary w najtrudniejszych warunkach. SRV ma najszerszy zakres operacyjny na rynku wiskozymetrów procesowych inline:

• Zakres ciśnienia do 5000 psi
• Zakres temperatur od -40 do 200 ° C
• Zakres lepkości: 0.5 cP do 50,000 XNUMX cP

SRD: Pojedynczy instrument, potrójna funkcja - Lepkość, temperatura i gęstość

Rheonics' SRD to unikalny produkt, który zastępuje trzy różne przyrządy do pomiarów lepkości, gęstości i temperatury. Eliminuje trudności związane ze zlokalizowaniem trzech różnych instrumentów i zapewnia niezwykle dokładne i powtarzalne pomiary w najtrudniejszych warunkach.

Czyszczenie na miejscu (CIP)

System SRV (i SRD) monitoruje proces czyszczenia linii poprzez monitorowanie lepkości (i gęstości) rozpuszczalnika podczas fazy czyszczenia. Czujnik wykrywa wszelkie drobne pozostałości, umożliwiając operatorowi podjęcie decyzji, kiedy linia jest odpowiednio czysta. Alternatywnie, system SRV przekazuje informacje do automatycznego systemu czyszczącego, aby zapewnić pełne i powtarzalne czyszczenie między cyklami, w przeciwieństwie do szklanych kapilar.

Doskonała konstrukcja i technologia czujnika

Zaawansowana, opatentowana elektronika trzeciej generacji steruje tymi czujnikami i ocenia ich reakcję. SRV i SRD są dostępne ze standardowymi przyłączami procesowymi, takimi jak ¾” NPT i 3” Tri-clamp umożliwiając operatorom wymianę istniejącego czujnika temperatury w linii technologicznej na SRV/SRD, dostarczając bardzo cennych i przydatnych informacji o płynie procesowym, takich jak lepkość, oprócz dokładnego pomiaru temperatury za pomocą wbudowanego czujnika Pt1000 (dostępna klasa AA, A, B DIN EN 60751) .

Elektronika zbudowana tak, aby pasowała do Twoich potrzeb

Dostępne w obudowie przetwornika w wykonaniu przeciwwybuchowym i niewielkim obudowie na szynę DIN, elektronika czujnika umożliwia łatwą integrację z rurociągami procesowymi i wewnątrz szaf urządzeń.

Łatwa integracja

Wiele analogowych i cyfrowych metod komunikacji zaimplementowanych w elektronice czujnika sprawia, że ​​podłączenie do przemysłowych sterowników PLC i systemów sterowania jest proste i proste. Bardzo wygodne jest zintegrowanie czujników w ACOMP.

Rheonics oferuje czujniki iskrobezpieczne z certyfikatami ATEX i IECEx do stosowania w środowiskach niebezpiecznych. Czujniki te spełniają zasadnicze wymagania bezpieczeństwa i higieny pracy związane z projektowaniem i konstrukcją urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do stosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Posiadane przez firmę certyfikaty iskrobezpieczności i przeciwwybuchowości Rheonics pozwala także na dostosowanie istniejącego czujnika, pozwalając naszym klientom uniknąć czasu i kosztów związanych z identyfikacją i testowaniem alternatywy. Można dostarczyć czujniki niestandardowe do zastosowań wymagających od jednej jednostki do tysięcy jednostek; z czasem realizacji wynoszącym tygodnie zamiast miesięcy.

Rheonics SRV & SRD posiadają zarówno certyfikat ATEX, jak i IECEx.

Zainstaluj czujnik bezpośrednio w strumieniu procesowym, aby wykonywać pomiary lepkości i gęstości w czasie rzeczywistym. Nie jest wymagana linia obejściowa: czujnik można zanurzyć w linii, szybkość przepływu i wibracje nie wpływają na stabilność i dokładność pomiaru. Zoptymalizuj proces decyzyjny, zapewniając powtarzalne, kolejne i spójne testy płynu.

Rheonics Projektuje, produkuje i wprowadza na rynek innowacyjne systemy pomiaru i monitorowania płynów. Precyzyjne wykonanie w Szwajcarii. RheonicsWiskozymetry in-line charakteryzują się czułością wymaganą w danym zastosowaniu i niezawodnością niezbędną do przetrwania w trudnych warunkach pracy. Stabilne wyniki – nawet w niekorzystnych warunkach przepływu. Brak wpływu spadku ciśnienia lub natężenia przepływu. Równie dobrze nadaje się do pomiarów kontroli jakości w laboratorium.