Flexography is a commonly used form of printing process which utilizes a flexible relief plate. It can be used for printing on almost any type of substrate, including plastic, metallic films, cellophane, and paper.
This printing is usually utilised by the food industry on the non-porous substrates required for various types of food packaging (it is also well suited for printing large areas of solid colour).
The basic principle of each printing technique is the same: to deliver the ink skilfully onto the substrate while ensuring the correct properties according to the process requirements.
The printing market is facing a rapid growth driven primarily by packaging and labels, as online delivery is more and more used.
Crucial ink viscosity
In the pressroom, ink viscosity is critical.
Measuring viscosity is extremely important because knowing the speed and fluidity of the ink helps you know how the ink is going to behave on press and how fast the press will run when using a particular ink.
In virtually all printing applications, correct ink viscosity is key to a good ink quality. Ink viscosity characterizes many aspects of how the ink will transfer to its substrate. Its properties can have several effects on absorption, colour strength and drying.
Highly viscous inks create stickiness and make it difficult to transfer the image to the substrate, while low viscosity makes the ink more mobile and harder to control, resulting in loss of sharpness and a dirty print.
The strong link between temperature and viscosity means that temperature variations have a significant impact on ink quality, it is therefore important to measure both simultaneously has they evolve together.
Real-time in-line viscosity control and monitoring in the printing process is essential to improve performance and reduce costs in flexographic printing process.
Sofraser’s expertise on ink viscosity
The installation of a MIVI on tank or a SOFINK on-line viscometer, either on tank, either on the circulation loop, allows you a precise and continuous follow-up of the ink viscosity, to always have the best possible batch.
MIVI Viscometer
Sofraser’s allows you close monitoring of the ink’s viscosity and temperature in real time and ensures quality in the printing process.
As it is maintenance-free, the sensor doesn’t not to be cleaned. Its sensitivity in low and high viscosities is also an advantage in this application.
SOFINK Viscometer
The implementation of a SOFRASER viscometer on your process also allows an overall ink consumption saving of 5%, generating a fast ROI (return on investment).
The use of an in-line viscosity sensor to measure and control the ink viscosity ensures the consistency, homogeneity and uniformity of the ink deposit by maximizing the printing speed.
Die Kleb- und Dichtstoffindustrie wird durch die begrenzten Rohstoffe und die negativen Auswirkungen synthetischer Verbindungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt herausgefordert, worauf bereits eine Antwort gefunden wurde: eine neue Generation von Kleb- und Dichtstoffen ist jetzt auf Wasserbasis hergestellt, wodurch sie weniger giftig und umweltfreundlicher sind.
Darüber hinaus werden diese Produkte in großem Umfang für die Montage, den Schutz und die Abdichtung von Systemen im Bauwesen, in der Fertigung und bei der Wartung verwendet. Sie sind Schlüsselkomponenten für viele Projekte und haben daher einen großen Einfluss auf die Industrie selbst.
Die wichtigsten Rohstoffe, die für die Herstellung von Klebstoffen verwendet werden, stammen nach wie vor aus Erdöl und petrochemischen Erzeugnissen, deren Preise extrem schwankend und höher denn je sind.
Um einen gleichmäßigen, qualitativ hochwertigen und fehlerfreien Auftrag von Kleb- und Dichtstoffen zu gewährleisten, müssen Viskositätsänderungen während des gesamten Prozessablaufs in Echtzeit überwacht werden. Messungen ausgehend von einer Basislinie, anstatt einfach nur absolute Werte zu messen, und die Anpassung der Viskosität durch Anpassung der Mischungskomponenten und Temperaturkompensation helfen dabei, den Prozess innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu halten.
Bei den meisten Klebstoffen handelt es sich um Nicht-Newtonsche Stoffe, und die Viskositätskontrolle erfolgt vorrangig am Endpunkt, obwohl Viskositätsmessgeräte die gesamte Viskosität überwachen können.
Durch die kontinuierliche Online-Überwachung der Viskosität können Zubereitung und Abgabe effizienter gesteuert werden, was die Fließeigenschaften des Endprodukts erheblich verbessert.
Viskosimeter von Sofraser
Um die Viskosität während des gesamten Prozesses zu überwachen, ist die beste Lösung die Installation eines Sofraser-Viskosimeters, eines MIVI-Sensors mit einem 9720 Multi-Produkt-HMI-Prozessor, da oft mehr als ein Dichtstoff im selben Tank hergestellt wird.
Das MIVI ist mit einem breiten Viskositätsbereich kompatibel und kann von dicken Pasten bis zu leichten Flüssigkeiten messen. Das MIVI erfordert keine besondere Vorbereitung und kann direkt in Ihren Prozesslinien eingesetzt werden. Seine einfache Bedienung und Konfiguration ermöglicht es Ihren Bedienern, es schnell und einfach mit optimaler Effizienz zu nutzen.
Dank der vibrierenden Nadel haben die Viskosimeter von Sofraser einen Selbstreinigungseffekt, was zu einer nahezu wartungsfreien Viskositätsmesseinrichtung führt.
Der Sensor liefert rund um die Uhr sofortige Messungen und ist leicht zu installieren, was zu einer Spitzenproduktion führt.
Als Erfinder der Vibrationstechnik und mit mehr als 50 Jahren Erfahrung sind die Viskosimeter von Sofraser die zuverlässigsten Prozessviskosimeter auf dem Markt.
Gutes Bier ist eine komplexe Angelegenheit. Die Kunden wollen dasselbe Bier trinken, das sie zuvor gekauft haben, weil es ihnen geschmeckt hat. Damit das Bier immer gut und gleich schmeckt, achten die Hersteller unter anderem darauf, die Hefe am Ende der ersten Gärung zu entfernen. Das Entfernen der Hefe am Boden des Tanks ist zwar relativ einfach, aber die Herausforderung besteht darin, das Bier nicht zu verlieren. Aus technischer Sicht besteht die Herausforderung darin, die Schnittstelle zwischen Hefe und Bier im Auslassrohr zu erkennen.
Und um das tun zu können, ist ein Viskosimeter eine Lösung. Für den Nachweis des Übergangs kleiner Hefemengen in das Bier nach der Gärung ist ein Viskosimeter die beste Lösung, um Ihren Prozess präzise zu steuern.
Sie können Hefe im Bier während des Umfüllens der Tanks nachweisen. Das Hauptziel des Sensors ist es, Abfall und Zeit im Prozess zu reduzieren.
Während der Biergärung schwankt die Menge der produzierten Hefe und am Ende setzt sich die Hefe am Boden der Tanks ab. Sie wird dann abgepumpt und dem Recycling zugeführt.
Das ganze Problem besteht darin, den Übergang von der Hefe zum Bier mit maximaler Präzision zu bestimmen.
Für jede Biersorte pumpt die Brauerei eine bestimmte Menge ab. Da die Hefeproduktion von einer Cuvée zur anderen nie stabil ist, sind erhebliche Verluste bei der Bierproduktion zu verzeichnen. Außerdem ist der Zentrifugationsprozess sehr zeitaufwändig und erlaubt nicht die Freisetzung von Proteinen, die für die Filtration mitverantwortlich sind.
Das hochmoderne Viskosimeter von Sofraser
Mit einem Viskosimeter können Sie den Schwellenübergang von der Hefe zum Bier kontrollieren. Durch den Einsatz eines Viskosimeters in Ihrem Prozess können Sie nicht nur ein besseres und gleichmäßigeres Bier herstellen, sondern auch Ihre Abfälle reduzieren und die Produktionskapazität erhöhen.
Das MIVI, der Bestseller von Sofraser, ist sowohl in sanitärer als auch in hygienischer EHEDG-zertifizierter Ausführung erhältlich. Es hat einen geringen Einfluss auf Durchflussschwankungen (Messung bei hoher Scherrate in der 2. Newtonschen Stufe), ist einfach zu installieren und zu bedienen, robust und hat keine Drift. Das MIVI erfordert auch keine Wartung, installieren Sie es und lassen Sie es Ihren Prozess verbessern.
Ein Prozessviskosimeter kann auf verschiedene Weise zu Energieeinsparungen in industriellen Prozessen beitragen:
Durch Optimierung der Prozessbedingungen
Durch die kontinuierliche Überwachung der Viskosität liefert ein Prozessviskosimeter Echtzeitdaten über das Fließverhalten von Flüssigkeiten. Anhand dieser Informationen können die Bediener Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Mischungsverhältnis anpassen, um die gewünschte Viskosität zu erhalten oder zu erreichen. Durch die Optimierung dieser Bedingungen wird sichergestellt, dass der Prozess in einem effizienten Bereich arbeitet und der Energieverbrauch gesenkt wird.
Durch die Reduzierung von Überprozessen
Als Überverfahren bezeichnet man den unnötigen Einsatz von Energie und Ressourcen in einem Prozess. Mit einem Viskosimeter können Bediener den Endpunkt eines Prozesses auf der Grundlage von oder in Korrelation mit Viskositätsmessungen genau bestimmen. Auf diese Weise wird eine Überbearbeitung verhindert, indem sichergestellt wird, dass die gewünschte Viskosität oder Konsistenz erreicht wird, ohne die erforderlichen Spezifikationen zu überschreiten. Durch das Vermeiden unnötiger Verarbeitungsschritte wird der Energieverbrauch minimiert.
Durch ein effizienteres Pumpen und Mischen
Die Viskosität einer Flüssigkeit hat einen erheblichen Einfluss auf die Anforderungen an das Pumpen und Mischen. Mit einem Prozessviskosimeter können die Bediener die Viskosität in Echtzeit überwachen und steuern, so dass sie die Pumpendrehzahlen und Mischparameter entsprechend anpassen können. Durch die Optimierung dieser Vorgänge auf der Grundlage der tatsächlichen Viskositätsmessungen wird der Energieverbrauch gesenkt, indem übermäßiger Pump- oder Mischaufwand vermieden wird.
Die richtige Dimensionierung der Ausrüstung wird ermöglicht
Die Viskosität einer Flüssigkeit wirkt sich auf die Auswahl und Dimensionierung von Anlagen wie Pumpen, Rührwerke und Wärmetauscher aus. Genaue Viskositätsmessungen mit einem Viskosimeter ermöglichen es den Ingenieuren, die Anlagen richtig zu dimensionieren und auszuwählen, die den Viskositätseigenschaften der Flüssigkeit entsprechen. Die richtige Dimensionierung der Anlagen stellt sicher, dass keine Energie an über- oder unterdimensionierte Anlagen verschwendet wird, was zu Energieeinsparungen führt.
Durch das Erkennen von Anomalien und Wartungsproblemen
Viskositätsänderungen können auf potenzielle Probleme mit dem Abbau von Flüssigkeiten, Verunreinigungen oder Fehlfunktionen der Anlagen hinweisen. Durch die kontinuierliche Überwachung der Viskosität mit einem Prozessviskosimeter können Bediener Anomalien frühzeitig erkennen und Korrekturmaßnahmen ergreifen. Die rechtzeitige Behebung dieser Probleme trägt zur Aufrechterhaltung der Prozesseffizienz bei, verhindert Energieverschwendung aufgrund von Prozessabweichungen und beugt kostspieligen Anlagenausfällen vor.
Durch Einstellen der Produktviskosität
Die perfekte Viskosität des Produkts stellt sicher, dass es auf bestmögliche und effiziente Weise verwendet wird. Bei der Sprühtrocknung beispielsweise gewährleistet die richtige Viskosität die optimale Größe der Tröpfchen und damit die Effizienz des Wärme- und Stofftransfers, was zu einer optimalen Trocknungsleistung und Energieeinsparungen führt.
Durch Einsparung von Rohstoffen
Durch die Herstellung des Produkts in genau der gewünschten Viskosität haben die Hersteller eine bessere Kontrolle über das Endprodukt.
Insgesamt hilft ein Prozessviskosimeter dabei, die Prozessbedingungen zu optimieren, Überprozesse zu vermeiden, effizientes Pumpen und Mischen zu ermöglichen, die richtige Dimensionierung der Anlagen zu unterstützen und Anomalien für eine rechtzeitige Wartung zu erkennen. Durch die Umsetzung dieser Maßnahmen kann der Energieverbrauch gesenkt werden, was zu Energieeinsparungen in industriellen Prozessen führt.
Sofraser Viskosimeter
Das MIVI von Sofraser ist die perfekte Lösung zur Energieeinsparung. Bei einer Verbrennungsanwendung kann unser Prozessviskosimeter beispielsweise nachweislich 1 % oder mehr des Kraftstoffverbrauchs einsparen.
MIVI Viskometer
Die Installation eines MIVI in Ihrem Prozess:
– liefert und kontrolliert Ihre Flüssigkeiten genau auf einen bestimmten Sollwert
– gleicht Qualitätsschwankungen aus
– optimiert den Prozess
– reduziert den Wartungsaufwand
Installationen in Verbrennungsanwendungen haben beispielsweise Einsparungen bei der Prozessoptimierung zwischen 1 und 2 % ergeben: Ein Verbrennungsprozess, der 10.000 Tonnen HFO verbrennt, kann mit Einsparungen von 67.000 USD pro Jahr rechnen.
Das Sofraser MIVI-Viskosimeter bietet einen schnellen ROI innerhalb weniger Monate.
Stärkeleim wird vor allem zum Verkleben von Papierprodukten verwendet. Die meisten Wellpappen für die Herstellung von Kartons werden mit Klebstoffen auf Stärkebasis geklebt; Stärkeleime sind leicht erhältlich, kostengünstig und lassen sich einfach aus einer Wasserdispersion auftragen.
a diese Klebstoffe zu einer wärmehärtenden Struktur aushärten, haben sie eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit. Weitere wichtige Vorteile sind die sehr langsame Aushärtungsgeschwindigkeit, die eine lange Montagezeit ermöglicht, sowie die Tatsache, dass sie ungiftig und biologisch abbaubar sind.
Die Kontrolle der Viskosität des Klebstoffs am Ende der Vorbereitung und während der Anwendung ist entscheidend.
Herausforderungen für die Industrie
Bei der Herstellung von Wellpappe müssen die Klebstoffauftragssysteme eine perfekte Zentrierung des auf die Rille aufgetragenen Klebstoffs ermöglichen und die für jeden hergestellten Kartontyp erforderlichen und ausreichenden Klebstoffmengen genau anpassen.
Außerdem ist die Viskosität des Klebstoffs von entscheidender Bedeutung. Ist die Viskosität zu niedrig, führt dies zu Unregelmäßigkeiten und kann Überstände und/oder Grate verursachen.
Darüber hinaus ist das rheologische Verhalten der Stärkeleime komplex. Es ist hauptsächlich pseudo-plastisch und thixotrop, und das nicht-newtonsche Verhalten kann sich zwischen den beiden Produkten quantitativ erheblich unterscheiden. Dies erfordert die Beherrschung der Bedingungen für die Viskositätsmessung.
Die Lösung von Sofraser für die Viskositätskontrolle von Stärkeleim
Dank seiner Flexibilität liefert die Installation eines MIVI-Sensors an der Produktionslinie, im Lagertank oder in der Stärkeleimküche kontinuierliche und stabile Viskositätswerte während des Auftragens des Klebstoffs. Das MIVI-Viskosimeter und die zugehörige Elektronik garantieren einen Nullfehler bei der Viskositätsablage. Dieser Sensor ist wiederholbar und zuverlässig für dauerhafte Effizienz. Es handelt sich um eine einfach zu bedienende und zu installierende Lösung, für die eine Vielzahl von Halterungen und Positionen zur Verfügung stehen. Das Plus? Keine Wartung erforderlich.
In der Kosmetikindustrie und insbesondere bei Haarprodukten wird die Viskosität genau überwacht, um die Konsistenz, Dichte, Formbarkeit und Fließfähigkeit der Produkte zu gewährleisten.
Die Industrie steht vor der Herausforderung, eine hohe Produktqualität mit einem optimierten Ressourcen- und Zeiteinsatz zu verbinden. Aus diesem Grund werden Messgeräte im Prozess eingesetzt, um diesen zu optimieren und die Endqualität des Produkts zu kontrollieren.
Die Messung der Viskosität von Shampoo ist ein wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle. Um die Erwartungen der Kunden zu erfüllen, muss sich die Flüssigkeit leicht auf Haar und Schädel auftragen lassen und dennoch ein “reichhaltiges” Gefühl vermitteln.
Es ist sowohl für den Kunden als auch für den Hersteller von großer Bedeutung, dass das Shampoo ein ausgewogenes Verhältnis zwischen einem reichhaltigen Gefühl und einer guten Anwendung auf der Haut aufweist.
Dicke und Fließeigenschaften stehen in direktem Zusammenhang mit der Viskosität und beeinflussen die Reinigungswirkung, die Wahrnehmung durch den Benutzer, die Schaumbildung, die Produktionsabfüllung, die Verpackung, die Lagerung und die Langzeitstabilität. Die Sicherstellung einer guten Viskosität bei einer Shampoopartie verringert die Risiken während des gesamten Prozesses.
Die Identifizierung kritischer Viskositätsvorgänge und der Ursachen von Viskositätsänderungen verbessert das Management der Inhaltsstoffproduktion und reduziert die Gesamtprozesszeit.
Sofraser’s Viskosimeter-Lösungen
Das MIVI kann zur Messung der Viskosität aller Arten von flüssigen und viskosen Proben verwendet werden und ist mit seiner großen Auswahl an elektronischen Schnittstellen das am besten geeignete Gerät.
MIVI Classic
Dank der Daten des Inline-Viskosimeters in der gesamten Prozesslinie können die Kunden den Mischprozess optimieren und automatisieren. Die Echtzeitanzeige der Daten hilft Ihnen, die Charge so genau wie möglich zu kontrollieren.
Ein Prozessviskosimeter hilft, spart Labormessungen und reduziert die Dosierzeit, was zu einer höheren Produktion führt. Außerdem hilft es Ihnen, unerwartete Ereignisse während des gesamten Chargenprozesses zu ermitteln, so dass Sie eine vollständige Rückverfolgbarkeit der Produktion gewährleisten können.
MIVI Sanitary
Das MIVI wurde für die Bestimmung der Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten entwickelt und ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich, von einer Basisversion über eine Sanitärversion bis hin zu einer hygienischen EHEDG-Version.
Dieses Viskosimeter garantiert die einwandfreie Qualität Ihres Endprodukts unter Berücksichtigung der Hygieneanforderungen und erfüllt somit die neuesten europäischen Normen.
Die 50-jährige Erfahrung von Sofraser und die jahrzehntelange Erfahrung mit Sensoren ermöglichen es unseren Kunden aus aller Welt, ihre Prozesse genau zu überwachen und zu verbessern.
Eines der größten Innovationsfelder für die Industrie ist die Kontrolle des Motoröls.
Motorschmierstoffe sind komplexe und hochtechnische Flüssigkeiten, die eine Vielzahl von Schutz- und Funktionsaufgaben erfüllen – sie bilden einen hydrodynamischen Film zwischen den sich bewegenden Bauteilen und sorgen unter anderem für Wärmeverteilung, Schadstoffsuspension, Säureneutralisierung und Korrosionsschutz.
Um Motorschäden zu vermeiden, muss das Öl gewechselt werden, bevor es seine schützenden Eigenschaften verliert. Gleichzeitig ist ein unnötiger Ölwechsel aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen unerwünscht. Um das Ölwechselintervall optimal planen zu können, muss der aktuelle physikalische und chemische Zustand des Öls überwacht werden. Die Gewährleistung eines qualitativ hochwertigen Öls garantiert Ihrem Motor eine längere Lebensdauer dank einer frühzeitigen Erkennung möglicher Motorausfälle.
Vorteile der Echtzeit-Viskositätsmessung von Motoröl
Die Viskositätsmessung in Echtzeit hat den Vorteil, dass Sie wissen, wie Ihr Öl altert. In der gängigen Praxis wird das Motoröl zu einem konstanten Zeitpunkt oder nach einem bestimmten Kilometerstand gewechselt, wie von den Schmierölherstellern oder OEMs empfohlen. Diese Ölablassmethode basiert nicht auf dem tatsächlichen Zustand des spezifischen Motoröls, das möglicherweise vor oder nach Überschreiten seiner Nutzungsdauer ausgetauscht wird. Zu früh ist Geldverschwendung und zu spät schadet dem Motor.
Idealerweise sollte die Beurteilung des Ölzustands nur auf Parametern beruhen, die direkt im Öl selbst gemessen werden.
Die Online-Überwachung der Viskosität des Motoröls in Echtzeit hat mehrere motivierende Vorteile in Bezug auf Kosten, Umwelt und Maschinensicherheit.
Motoröl
Das Fachwissen von Sofraser
Sofraser verfügt über die Erfahrung und das Wissen und bietet eine breite Palette von Viskosimetern an, die es Ihnen ermöglichen, die beste Lösung für Ihr Unternehmen und Ihr Produkt zu finden. Unsere direkten kinematischen Viskositätsanalysatoren liefern die Informationen in Echtzeit, am selben Produkt und mit einem Sensor. Es ist einfach zu bedienen und zu installieren, und es ist kein zusätzliches Dichtemessgerät erforderlich.
Ebenfalls erhältlich: unsere sofuel OEM-Lösung, die präziseste OEM-Lösung für die Viskositätskontrolle von leichten bis schweren Kraftstoffen.
Lithiumbatterien sind sicher und zuverlässig und haben ein breites Anwendungsspektrum, unter anderem für den Betrieb von Elektrofahrzeugen. Um die Qualität und Zuverlässigkeit des Produkts zu gewährleisten, muss der Herstellungsprozess der Batterie kontrolliert und optimiert werden. Zum globalen Herstellungsprozess gehört auch der Schritt der Elektrodenherstellung, der einen Beschichtungsprozess beinhaltet. Die Viskosität der Komponenten und der Aufschlämmung während des Beschichtungsprozesses ist besonders wichtig und beeinflusst die endgültige Qualität, Effizienz und Konsistenz der Elektrode.
Eine notwendige Kontrolle der Viskosität
Die Viskosität der polymeren Bindemittellösung wirkt sich auf die Leistung der Beschichtung und die Leichtigkeit aus, mit der die Pulver dispergiert werden, sowie auf die zum Mischen erforderliche Leistung und die Geschwindigkeit des Auftragens für eine gleichmäßige Beschichtung.
Die Kontrolle von Dichte und Viskosität zur Optimierung von Batch-Verarbeitungsprozessen gewährleistet Konsistenz, Qualität und erhebliche Materialkosteneinsparungen. Die Kontrolle und Rückverfolgbarkeit des kontinuierlichen Mischprozesses kann durch Online-Überwachung und Dichte- und Viskositätskontrolle verbessert werden. Die durch die Online-Integration unterstützte Automatisierung ermöglicht die Optimierung aller Prozesse in den Produktionslinien, um die Batterieherstellung zu beschleunigen und die wachsende Nachfrage zu befriedigen.
Die höhere Viskosität der Batteriesuspension erhöht den Widerstand gegen Sedimentation im Ruhezustand und sorgt für einen dickeren Elektrodenfilm auf der Beschichtung. Eine höhere Viskosität kann auch dazu führen, dass der Beschichtungsprozess schwieriger zu steuern ist, was zu einer unregelmäßigen Beschichtung und einer variablen Schichtdichte führen kann, was wiederum zu variablen Ionentransferraten und damit zu einer unvorhersehbaren Batterielebensdauer (und unvorhersehbaren Ladezykluszeiten) führt.
EV (electric vehicle) Li-Ion battery concept. Close up view.
Die Verwendung von Viskosimetern
Viskosimeter sind ein wesentlicher Bestandteil der Lösung für zuverlässige Batterien.
Die Elektrodendichte wirkt sich auf die Zyklusleistung und den irreversiblen Kapazitätsverlust von Lithium-Ionen-Batterien aus. Daher muss sie überwacht und innerhalb der entsprechenden Bereiche entsprechend den Anforderungen des Planungsprozesses gesteuert werden. Durch die Kontrolle der Viskosität werden die Batterien und ihre Komponenten sicherer und langlebiger.
MIVI-Prozessviskosimeter bieten eine hochempfindliche Viskositätsmessung, die selbst kleinste Änderungen in der Zusammensetzung des Schlamms erkennt. In Kombination mit der Dichtefunktion ermöglicht es die indirekte Überwachung der Konzentration. Dank seiner sofortigen und kontinuierlichen Messung, kombiniert mit den Ausgängen, die die Messwerte an das DCS des Endbenutzers liefern. Sofraser-Viskosimeter sind eine hervorragende Lösung für die automatische Prozesskontrolle, da sie wartungsfrei und äußerst zuverlässig sind.
Bei der Polymerherstellung ist der Polymerisationsgrad streng vom Umsatz abhängig. Dieser reagiert sehr empfindlich auf Verunreinigungen und molare Ungleichgewichte, insbesondere wenn der Umsatz hoch ist.
Ein Ungleichgewicht der Monomere kann die Bildung langer Polymerproduktion verhindern (was zu einer Stagnation des Molekulargewichts führt) und das Auftreten unerwünschter Sekundärreaktionen fördern (was zu Kettenverzweigung, Gelierung und/oder Kettenabbau führt).
Die Entwicklung und Umsetzung von Verfahren zur Online-Überwachung und Steuerung des Umsatzes und des gewichtsmittleren Molekulargewichts (Mw) sind sehr wünschenswert, um Gelbildung, frühzeitige Mw-Stagnation und den Abbau von Polymerproduktion zu vermeiden.
Online-Prozessmessinstrumente wie die Nahinfrarot-Prozessspektroskopie (NIRS) und die Rheologie, die auch die Messung der Viskosität umfasst, sind ideale Kandidaten für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften von Polymeren.
Guided Wave und Sofraser haben sich zusammengetan, um ein duales Messsystem zu entwickeln, das auf einem einzigen gemeinsamen Flansch installiert werden kann, der direkt an der Seite eines Reaktors zur Echtzeit-Prozesskontrolle der Polymerproduktion angebracht werden kann.
Figure 1. Von Guided Wave und Sofraser entwickelter Doppelsondenflansch. Ermöglicht Echtzeit-Viskositäts- und NIR-Messungen an der gleichen Stelle im Reaktor. Bildnachweis: Guided Wave
Da sowohl eine NIRS-Messung als auch eine dynamische Viskositätsmessung zur Verfügung stehen, können Prozessingenieure fundierte Entscheidungen auf der Grundlage von Echtzeittrends beim Polymeraufbau, der Monomerreduktion und dem gewichtsmittleren Molekulargewicht treffen. Darüber hinaus ermöglicht die Konfiguration mit zwei Sonden, dass beide Messungen unter denselben lokalen Durchfluss- und Probenbedingungen durchgeführt werden können.
Mit anderen Worten: Wären die Viskosimeter- und NIRS-Sonden an getrennten Flanschen und an unterschiedlichen Stellen des Reaktors installiert, könnte die instationäre Strömung im Reaktor zu einer Verzerrung zwischen den beiden Techniken führen.
Überblick über die Polyurethanproduktion und die Rolle von PAT
Polyurethane werden, wie andere ähnliche Stufenpolymerisationen, in der Regel in zweistufigen Verfahren hergestellt.
The first step of Polymerproduktion
Polymere Materialien mit niedrigem durchschnittlichem Molekulargewicht (Präpolymer) werden durch die Reaktion eines Polyols und eines großen Überschusses an Diisocyanat hergestellt, wobei in der Regel ein molares Verhältnis von 2:1 verwendet wird. Mit der NIR-Spektroskopie kann die Anzahl der reaktiven Hydroxylgruppen (OH) am Polyol gemessen werden.
Die OH-Zahl wirkt sich direkt auf die Anzahl der Urethanbindungen aus, was die physikalischen Eigenschaften des endgültigen Polyurethanprodukts stark beeinflusst. Die OH-Zahl ist daher ein wichtiger Parameter, der bei der Polyolherstellung überwacht und kontrolliert werden muss.
Darüber hinaus ist die übliche Labormethode zur Bestimmung der Hydroxylzahl sowohl zeitaufwändig als auch mit dem Einsatz gefährlicher Stoffe verbunden. Eine In-situ-NIR-Transmissionssonde hat einen schnelleren Durchsatz und reduziert die Exposition des Arbeitnehmers gegenüber den gefährlichen Materialien, die für Offline-Tests erforderlich sind.
Der zweite Schritt der Polymerproduktion
Die Polymerkette wird verlängert, indem das Präpolymer mit einem Diol oder Polyol mit niedrigem Molekulargewicht (Kettenverlängerer) umgesetzt wird. Normalerweise ist das Hauptziel die Herstellung von Polymerproduktion mit hohem Molekulargewicht am Ende des zweiten Reaktionsschritts. Um dieses Ziel zu erreichen, sollten einige sekundäre Ziele verfolgt werden.
Erstens sollten der Monomerumsatz und die Monomerzusammensetzung während des ersten Reaktionsschritts genauestens kontrolliert werden. Zweitens sollte die Menge an Polyol, die dem Reaktionsgefäß während des zweiten Schritts zugeführt wird, streng kontrolliert werden.
Diese sekundären Kontrollziele sind erforderlich, um ein Ungleichgewicht der Monomere zu vermeiden, das zur Herstellung von Polymerproduktion mit niedrigem Molekulargewicht und schließlich zum Verlust des Chargenprodukts führen kann.
Schließlich sollte die Entwicklung des gewichtsmittleren Molekulargewichts durch Prozessviskosimetrie und Spektroskopie genau überwacht werden. Die Ergebnisse dieser Prozessüberwachungsinstrumente können dann zur Steuerung der gewichtsmittleren Molekulargewichte und anderer Parameter während des Kettenverlängerungsschritts der Polyurethansynthese verwendet werden.
Gezielte Prozessviskosimetrie und Spektroskopiekontrolle für die Polyurethansynthese
Die unten dargestellte Steuerungslogik kann je nach Bedarf angepasst werden, um die spezifischen Produktanforderungen zu erfüllen. In der ersten Stufe wird die Prozessspektroskopie zur Überwachung des Monomerumsatzes und des gewichtsmittleren Molekulargewichts eingesetzt.
Andere Parameter wie die Konzentration oder das Verhältnis der Diisocyanate, die Konzentration des Wasserüberschusses oder das Verhältnis der Glykolreaktionsprodukte können ebenfalls mit der Prozessspektroskopie gemessen werden.
Figure 2. Das obige Flussdiagramm zeigt, wie die kombinierte Messung von Prozessviskosimetrie und Spektroskopie zur Steuerung der schrittweisen Copolymerisation eingesetzt werden kann. Bildnachweis: Guided Wave
Während des zweiten Reaktionsschritts wird das durchschnittliche Polymermolekulargewicht sowohl durch Prozessspektroskopie als auch durch Viskosimetrie überwacht. Je nach dem Trend des Molekulargewichts wird die Reaktantenzufuhr auf der Grundlage der NIR- und MIVI-Echtzeitdaten angepasst oder dosiert.
Die duale Messung ist ein optimales Mittel, um die Polymerisationsrate auf einen spezifikationsgerechten Endpunkt hin zu steuern.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Präzision, mit der ein NIR-Analysator, wie der NIRO Full Spectrum Analyzer, das durchschnittliche Molekulargewicht messen kann, mit zunehmendem Monomerumsatz abnimmt.
Eine angepasste Lösung
Ein Prozessviskosimeter wie das MIVI wird daher zur genaueren Messung des durchschnittlichen Molekulargewichts während der letzten Phasen der Vernetzung und Kettenverlängerung eingesetzt.
Der Beginn der Gelierung kann sowohl durch Prozessspektroskopie als auch durch Viskosimetrie bestimmt werden. Wenn das NIR feststellt, dass die Monomerumwandlung ohne Änderung des durchschnittlichen Molekulargewichts erfolgt, ist der Beginn der Gelierung wahrscheinlich.
Die Viskosimetrie kann als sekundäre Bestätigung der Gelierung verwendet werden. Wenn die Gelierung eintritt, misst das Viskosimeter eine plötzliche Störung aufgrund der Agglomeration oder Verzweigung der Polymere.
Der Ansatz mit zwei Sonden ermöglicht es dem Verfahrenstechniker, schnell auf die Gelierung zu reagieren und Inhibitoren zuzusetzen, um die Vernetzungsgeschwindigkeit zu verlangsamen. Die Konzentration der Inhibitoren, wie z. B. Salzsäure, kann durch Prozessspektroskopie gemessen werden.
Sobald sich der Reaktionstrend normalisiert hat, kann die Menge des Inhibitors reduziert und die Dosiermenge des Reaktanten, z. B. des 1,4-Butandiols, erhöht werden. Das Prozesssteuerungsschema ermöglicht es dem Verfahrenstechniker, die Reaktion auf die gewünschten Molekulargewichtsverläufe zu steuern und sicherzustellen, dass ein spezifikationsgerechtes Produkt hergestellt wird.
Sobald das Zielmolekulargewicht erreicht ist, kann der Verfahrenstechniker das spezifizierte Polyurethan zur Weiterverarbeitung, z. B. zur Extrusion, weiterleiten.
Schlussfolgerung
Die Herstellung von Massenpolymeren ist an sich ein recht routinemäßiger chemischer Prozess. Das Bestreben, die Produktion zu optimieren und damit die Herstellungskosten zu senken, macht jedoch eine Prozessanalyse in Echtzeit erforderlich.
Die Nahinfrarot-Prozessspektroskopie und die Viskosimetrie, die die Messung der Viskosität einschließt, sind beide ideale Kandidaten für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften von Polymeren.
Entwicklung moderner Prozessüberwachungsinstrumente ermöglicht direkte Echtzeitmessungen der chemischen Reaktionen wie Monomerumwandlung, Molekulargewicht, Säurezahl oder sogar Informationen über Seitenverzweigungen und Gele.
Doppelsonde und das anschließende Prozesskontrollschema können zur Verbesserung der Ausbeute bei der Batch-Copolymerisation eingesetzt werden.
Die von Elementale (Texas, USA) entworfene Sonde wurde in Zusammenarbeit mit Guided Wave und Sofraser entwickelt.
Diese Informationen wurden aus dem von Guided Wave zur Verfügung gestellten Material entnommen, überprüft und angepasst.
Für weitere Informationen zu dieser Quelle besuchen Sie bitte Guided Wave
Dank des Vibrationsprinzips sind die von Sofraser hergestellten Viskosimeter äußerst zuverlässig. Sie sind außerdem von hoher Qualität und haben keine beweglichen Teile oder Verschleißteile, was bedeutet, dass unsere Kunden sie jahre- und manchmal jahrzehntelang wartungsfrei nutzen können, auch im Dauerbetrieb.
Sofraser erhält manchmal Anrufe von Kunden, von denen wir seit 10 Jahren nichts mehr gehört haben, und manchmal auch mehr, um eine Überprüfung oder Dokumentation durchzuführen.
Der praktische Fall
Und das ist die Geschichte eines MIVI, das wir 1999 hergestellt haben und das durch unseren dort ansässigen Händler nach Schweden geschickt wurde. Bei dem Viskosimeter handelt es sich um einen MIVI-Sensor mit medienberührten Teilen aus Edelstahl 316L und eingebautem Temperaturfühler, der in einem sicheren Bereich eingesetzt und mit einem 6002-Prozessor kombiniert wurde. Es ist auch heute noch in Betrieb und wir hörten von ihm nach 15 Jahren Dauerbetrieb.
Die Anwendung für diesen Kunden ist die Überwachung einer Beschichtungslösung für Papier. Die Überwachung der Viskosität und die Nutzung der Informationen zur Anpassung der Prozessbedingungen verhindert unerwartete Ergebnisse wie Rauheit oder Blasenbildung.
Das MIVI war noch in gutem Zustand, benötigte aber eine Reinigung und eine Erweiterung des Messbereichs.
Der Kunde vertraute vor 23 Jahren auf das Know-how; von Sofraser und erzielte dank des MIVI einen schnellen ROI und TCO.
Was sind die Vorteile des Viskosimeter MIVI?
Durch den Einsatz der vibrierenden Nadeln in ihrem Prozess konnten die Verluste drastisch reduziert und die Qualität optimiert werden. Das MIVI ermöglicht die sofortige und effiziente Messung der dynamischen oder kinematischen Viskosität, der Dichte, der Konzentration, der Phasenerkennung usw.
Der MIVI-Sensor wurde nach ökologischen Gesichtspunkten entwickelt und ist daher robust, reparierbar und recycelbar.
