Inline viscositeitsbewaking voor het optimaliseren van afvullijnen in consumentenverzorgingsproducten

---

Inhoudsopgave

• 1. Inleiding
• 2. Vullijnen in consumentenverzorgingsproducten
• 2.1 Belangrijkste toepassingen
• 2.2 Het belang van viscositeit en dichtheid in afvullijnen voor consumentenverzorgingsproducten
• 2.3 Productie-/toepassingsproces
• 3. Rheonics Overzicht van Type-SR inline-sensoren
• 3.1 Hygiënische certificering
• 4. Aanbevolen installatie
• 4.1. Overwegingen bij mechanische installatie
• 4.1.1. Installatievereisten voor SRV en SRD
• 4.1.2. Aanvullende installatievereisten voor SRD
• 4.2. Algemene oplossing door Rheonics
• 5. Procesomstandigheden en beste praktijken
• 6. Referenties

Fabrikanten van verzorgingsproducten vereisen precisie in formulering en verpakking om productconsistentie, consumentenveiligheid en naleving van de regelgeving te garanderen. Afvullijnen spelen een centrale rol in dit proces en staan ​​voor diverse uitdagingen, waaronder het verwerken van producten met een breed scala aan viscositeiten, het voorkomen van schuimvorming of slierten tijdens het doseren en het garanderen van een nauwkeurige netto-inhoud in verschillende verpakkingsformaten.

Viscositeit en dichtheidsvariaties in grondstoffen en eindproducten, temperatuurgevoeligheid en batch-tot-batch stabiliteit tijdens het proces maken de productie complexer. Meestal worden traditionele laboratoriumgebaseerde bemonsteringsmethoden gebruikt, maar deze bieden incidenteel inzicht dat geen realtime veranderingen in vloeistofeigenschappen kan vastleggen. Inline metingen daarentegen bieden continu en realtime inzicht in het proces, wat een snellere controle mogelijk maakt.

Rheonics Sensoren bieden aanzienlijke operationele en economische voordelen voor afvullijnen voor consumentenverzorging. Ze gaan verder dan alleen meetnauwkeurigheid en verbeteren de efficiëntie, betrouwbaarheid en kostenbesparingen:

• Meet nauwkeurig de viscositeit, consistentie, dichtheid, concentratie en temperatuur van verzorgingsproducten voor consumenten.

• Lever betrouwbare prestaties onder hoge druk- en temperatuuromstandigheden.

• CIP-compatibel en EHEDG-gecertificeerd, met hygiënische procesaansluitingen zoals Tri-Clamp, Varinline, en meer.

• Eenvoudige integratie met PLC/DCS-systemen via Profinet, Modbus, Ethernet/IP, 4–20 mA-uitgangen en meer.

• Af-fabriek gekalibreerd en geschikt voor elke vloeistof; geen herkalibratie nodig.

• Verbeter de efficiëntie van de productielijn, verminder productverspilling en afgekeurde batches, wat leidt tot een investering in een compenserende sensor binnen het eerste jaar.

Verzorgingsproducten zoals shampoos, lotions, crèmes, gels en tandpasta's vereisen een nauwkeurige productiecontrole. De afvullijnen voor deze producten vereisen een nauwkeurige controle van reologische eigenschappen zoals viscositeit en dichtheid. Dit garandeert productstabiliteit en consistente dosering tijdens het verpakken en de kwaliteitscontrole.

Deze producten kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdgroepen: vloeistoffen en halfvaste stoffen. Deze kunnen in verschillende soorten verpakkingen worden verpakt, zoals flessen, zakjes, tubes, potten en spuitbussen.

Producten in elke categoriegroep vereisen een specifiek type verpakking, waarvoor verschillende productietechnieken nodig zijn. Deze omvatten:

Stijve containers (flessen, dispensers en potten)

Deze zijn meestal gemaakt van plastic en soms glas en zijn de meest voorkomende uitvoeringen, ontworpen voor dunne vloeistoffen en romige producten (bijv. shampoos, conditioners, vloeibare wasmiddelen, vloeibare zeep, mondwater, crèmes en lotions). Enkele veelgebruikte vulmethoden zijn zwaartekracht, overloop, zuiger, excentrische caviteitspompen of vacuümvullen.

Sachets (flexibele zakjes)

Ook gebruikelijk voor vloeibare en romige producten, maar deze zijn populair in de massamarkt vanwege hun economische en eenvoudige presentatie. Deze vereisen andere vulprocessen, zoals form-fill-seal (FFS) of pouch-vulsystemen met doseerpompen.

Tubes

Veelvoorkomend voor halfvaste producten zoals tandpasta, gels, zalven en crèmes. Tubes zijn meestal gemaakt van plastic of aluminium en worden gevuld met een zuiger of pomp, waarna ze worden afgesloten.

Spuitbussen (Aerosol, Atomisatie presentatie)

Wordt aangetroffen in producten zoals deodorants, scheerschuim, haarlak en sommige huidverzorgingsproducten. Deze vereisen zowel de vloeibare formule als het drijfgas (samengeperst gas of vloeibaar gas).

Viscositeit meet de stromingsweerstand van een vloeistof. Bij het afvullen van consumentenproducten beïnvloedt het hoe producten door de lijn bewegen, hoe nauwkeurig ze worden gedoseerd en hoe schoon ze worden verpakt.

• Vulnauwkeurigheid en doseernauwkeurigheid: Viscositeit bepaalt of een product soepel door de spuitmonden stroomt of dat er problemen ontstaan ​​zoals slierten, druppels of spatten.

• Productstabiliteit en houdbaarheid: Een goede viscositeit zorgt ervoor dat emulsies en suspensies stabiel blijven, waardoor fasescheiding, sedimentatie en textuurdegradatie worden voorkomen.

Dichtheid verwijst naar de massa van een materiaal per volume-eenheid. In toepassingen voor het vullen van consumentenproducten is het direct gerelateerd aan de productconsistentie, de verpakkingsnaleving en de kwaliteit van de formulering.

• Netto-inhoudscontrole: Dichtheid heeft invloed op de verhouding tussen volume en massa, waardoor containers aan de opgegeven gewichts- of volumevereisten voldoen en overvulling of ondervulling wordt voorkomen.

• Consistentie van de formulering: Variaties in dichtheid kunnen wijzen op afwijkingen in de verhoudingen van de grondstoffen, temperatuureffecten of procesinstabiliteiten die de productprestaties kunnen beïnvloeden.

Alle vulprocessen beginnen in een menger of voorbereidingstank, waar het product na productie wordt bereid of opgeslagen om een ​​goede menging en homogenisatie te garanderen. In deze fase helpt het bewaken van de dichtheid en viscositeit om de uniformiteit van het product te garanderen, wat direct van invloed is op de verdere vulkwaliteit en de consistentie van de batch. Van daaruit kan het mengsel naar verschillende vulprocessen worden geleid. Meestal wordt het product eerst naar een buffertank gepompt, waar sensoren langs de transportleiding of op de buffertank zelf kunnen worden geïnstalleerd om het eindproduct te bewaken vóór het vullen.

Voor zwaartekracht- en overloopvulprocessen (Figuur 7)Sensoren kunnen in de buffertank of transportleiding worden geïnstalleerd om de productconditie te bewaken vóór het vullen, zodat het product een goede doorstroming door de vulleidingen behoudt. Dit garandeert herhaalbare batchprestaties en verkleint het risico op mislukte batches als gevolg van inconsistente stroming.

Voor aerosol- en Form-Fill-Seal (FFS) vulprocessen (Figuur 8)Sensoren kunnen stroomopwaarts van de vulopeningen worden geplaatst om te controleren of het product de juiste injectietoestand behoudt. Monitoring in deze fase helpt verstopping van de vulopeningen en over- of ondervulling van het product te voorkomen, waardoor een correcte nettomassavulling in sachets en spuitbussen wordt gegarandeerd.

We komen ook processen tegen waarbij zeer viskeuze vloeistoffen zoals halfvaste stoffen of pasta's betrokken zijn, voorbeelden hiervan zijn tandpasta, gels, zalven en crèmes, waarbij de producten doorgaans in tubes worden verpakt, (Figuur 9)Dit proces lijkt meer op een extrusiesysteem: het product wordt eerst in een trechter geladen en vervolgens door een doseerzuigerpomp in de buis gepompt voordat deze wordt afgesloten. In deze opstelling kan de sensor in de producttoevoerleiding of trechter worden geïnstalleerd om de productconditie te bewaken en een goede doorstroming door de injectiemondstukken te garanderen. Als alternatief kan de sensor in de injectieleiding zelf worden geplaatst; dit is echter alleen praktisch wanneer het product in een continu proces wordt geïnjecteerd in plaats van in korte, eenheidsgebaseerde vulcycli.

Rheonics Sensoren van het type SR (SRV en SRD) bieden continue in-line metingen van viscositeit, dichtheid en temperatuur voor procesbewaking en -controle. De SRV is ontworpen om viscositeit en temperatuur te meten, terwijl de SRD dichtheid aan de meting toevoegt.

Deze sensoren zijn in de fabriek gekalibreerd en hoeven gedurende hun operationele levensduur niet opnieuw te worden gekalibreerd. Klanten kunnen echter wel kalibratie of verificatie vereisen voor instrumenten die in hun sector worden gebruikt als onderdeel van hun kwaliteitscontrole. Optionele heraanpassingen of offsetcorrecties kunnen indien nodig worden uitgevoerd om aan specifieke referentiewaarden te voldoen.

Alle sensoren zijn fabrieksgekalibreerd en kunnen hun hele levensduur meegaan zonder dat herkalibratie nodig is. Sommige industrieën kunnen echter verificatie of kalibratie eisen als onderdeel van hun kwaliteitscontroleprocedures. Ook kunnen heraanpassingen of offsetcorrecties worden toegepast om te voldoen aan specifieke referentienormen. Zie voor meer informatie Kalibratie van de inline-procesviscositeitsmeter (SRV) in het veld en in de fabriek.

Rheonics Sensoren werken met een gepatenteerde technologie, Balanced Torsional Resonator (BTR). Deze technologie biedt duidelijke voordelen ten opzichte van alternatieve technologieën: de sensoren zijn compact, licht van gewicht en bestand tegen externe trillingen.

Rheonics SRV- en SRD-sensoren zijn bewezen oplossingen in afvullijnen voor consumentenverzorgingsproducten. Ze leveren realtime metingen van viscositeit en dichtheid, waardoor producten zoals shampoos, lotions, crèmes, gels en aerosolen consistente vloei-eigenschappen behouden gedurende het hele afvulproces. Continue inline monitoring verbetert de uniformiteit van batch tot batch, minimaliseert productverspilling en verhoogt de algehele efficiëntie en betrouwbaarheid van de afvullijn.

Standaard Rheonics Type-SR-sondes hebben een hygiënisch mechanisch ontwerp, wat hun geschiktheid voor hygiënische toepassingen garandeert. Indien nodig kunnen ze ook worden geleverd met certificeringen van erkende organisaties zoals 3-A en EHEDG.

Voor meer details, bezoek Rheonics hygiënische en sanitaire installatie.

Het is belangrijk om bepaalde installatieaspecten te benadrukken die van toepassing zijn op beide Rheonics sensoren, SRV en SRD. Ongeacht de variant, heeft elke variant hetzelfde resonatorontwerp voor alle varianten, en een correcte installatie hangt af van de juiste positionering van het detectiegebied van de probes (rood gemarkeerde gebieden in Figuur 13). De belangrijkste punten zijn:

• Het gebied moet vrij zijn van afzettingen of obstakels

• Het te onderzoeken gebied moet volledig ondergedompeld zijn in de vloeistof.

Naast de twee bovenstaande hoofdvereisten, gelden er voor de SRD-sensor nog twee extra overwegingen:

• Handhaaf thermische stabiliteit wanneer de vloeistof en de externe omgeving een temperatuurgradiënt hebben van meer dan 15 °C. (Alleen voor SRD, meer informatie hier: Handhaving van de temperatuurbalans van de SRD voor nauwkeurigheid bij hoge dichtheid)

• Lijn de sensorpunt uit met de vloeistofstroomrichting zoals weergegeven in Figuur 14. (Alleen voor SRD, meer informatie hier: SRD-vloeistofuiteindeoriëntatie)

Deze voorwaarden kunnen in het volgende artikel nader worden besproken. Geschikte SRV- en SRD-installaties.

De Rheonics Sensoren van het type SR hebben een modulair en compact ontwerp, waardoor ze in een breed scala aan configuraties kunnen worden geïmplementeerd, afhankelijk van de toepassingsomstandigheden. Bijvoorbeeld:

FET-XXT: Tri-Clamp elleboog T-shirt

Bij toepassingen met zeer viskeuze vloeistoffen of deeltjesgroottes groter dan de micronschaal wordt een ellebooginstallatie aanbevolen. In dergelijke gevallen: Rheonics biedt de FET aan (zie Figuur 15), een hygiënische Tri-Clamp Kniestuk met een verkorte poort die zorgt voor een correcte installatie van de sensor.

De FET is ontworpen voor de SRV-X3 en SRD-X3, korte versie sensoren met Tri-Clamp aansluitingen. Verkrijgbaar in verschillende maten (1.5", 2", 3", 4", enz.) en wordt geleverd met een klem en klemafdichting voor de sonde. Zie voor meer informatie FET-XXT.

HPT-12G: HPHT hygiënische doorstroomcel

Voor hygiënische toepassingen met kleine pijpleidingen of slanginstallaties, Rheonics biedt de HPT-12G aan (zie Figuur 16Deze doorstroomcel is ontworpen voor processen met hoge druk en hoge temperaturen en plaatst de sensor in een elleboogconfiguratie met behulp van een procesaansluiting met schroefdraad.

De HPT-12G is uitsluitend compatibel met de SRV-X1-12G, met een G 1/2" schroefdraadaansluiting. Dit garandeert een betrouwbare hygiënische afdichting met CIP/SIP-compatibiliteit, waardoor het ideaal is voor hygiënische toepassingen. Zie voor meer informatie HPT-12G.

Hygiënische weldolet en ferrule voor Type-SR-sensoren

Een loodrechte installatie op een pijpleiding, tankwand of -bodem is een van de meest voorkomende configuraties. Dit wordt meestal bereikt met gelaste poorten. Voor hygiënische toepassingen, Rheonics biedt toegewijde oplossingen voor zowel Tri-Clamp en G 1/2" procesaansluitingen. In deze gevallen zorgt een kortere ferrule voor een goede onderdompeling van het sensorelement in vergelijking met een standaard ferrule (zie Figuur 17).

De WFT-15T (zie Figuur 18) is een hygiënische Tri-Clamp weldolet ontworpen voor sensoren met Tri-Clamp procesaansluitingen. Het zorgt voor een betrouwbare, hygiënische afdichting en een correcte onderdompeling van het sensorelement in hygiënische toepassingen. Zie voor meer informatie WFT-15T.

De HAW-12G-OTK (zie Figuur 19) is een hygiënische adapter, Weldolet, ontworpen voor sensoren met G 1/2" schroefdraadaansluitingen. Deze biedt een veilige, hygiënische afdichting en een goede onderdompeling voor hygiënische toepassingen. Zie voor meer informatie HAW-12G-OTK.

Hier volgen enkele belangrijke overwegingen voor afvullijnen in toepassingen voor consumentenverzorgingsproducten:

Reinigingsproces en CIP/SIP-procedures

In de afvullijnen voor consumentenverzorgingsproducten kunnen afzettingen van viskeuze materialen zoals lotions, crèmes en gels zich geleidelijk ophopen op het sensoroppervlak van de SRV of SRD. Regelmatige inspectie en reiniging van de sonde helpt ophoping te voorkomen en zorgt voor stabiele, betrouwbare metingen. Richtlijnen voor de juiste reinigingsmethoden vindt u in Hoe u uw Rheonics doorvragen?.

Beide sensoren hebben een hygiënisch ontwerp, waardoor ze geschikt zijn voor integratie in CIP- (Clean-in-Place) en SIP- (Sterilize-in-Place) systemen. Optioneel: Rheonics biedt ook hygiënecertificering.

Deeltjes en bellen

Rheonics Sensoren zijn bestand tegen de aanwezigheid van zachte deeltjes op micrometerschaal, met minimale invloed op de meetbetrouwbaarheid. De sensorelektronica filtert automatisch kleine verstoringen weg, hoewel grotere deeltjes nog steeds incidentele pieken of ruis kunnen veroorzaken waarmee rekening moet worden gehouden bij de data-evaluatie.

Als het om bubbels gaat, verschillen de prestaties tussen de twee modellen. SRV handhaaft stabiele viscositeitswaarden, zelfs in bubbelende vloeistoffen, terwijl de SRD, die zowel viscositeit als dichtheid meet, is gevoeliger voor meegevoerde lucht. Hoge concentraties bellen worden niet aanbevolen voor de SRD, omdat deze de nauwkeurigheid van de dichtheid kunnen aantasten.

Bewegende onderdelen en obstakels

In meng- of verwerkingstanks met peddels, roerarmen of andere mechanische roerwerken is het belangrijk om de SRV- of SRD-sensor op de juiste afstand van bewegende componenten te plaatsen. Een goede afstand voorkomt fysieke interferentie, vermindert het risico op mechanische schade en zorgt voor goede meetomstandigheden.

[1] Plastek Group. “Verpakkingen voor persoonlijke verzorging”.

[2] Accutek Packaging. “Overloopvulling”.

[3] Indiamart “Automatische zakverpakkingsmachine”.

[4] TWP. “Soorten buisafdichtingen”.

[5] Bratney. “Tubulaire vorm-, vul- en sluittechnologie in opkomst”.

[6] Machines van de eerste klas. “Aerosol-vullijn”.

Bezoek meer gerelateerde artikelen:

Optimalisatie van vloeistofverpakkingen, vulhandelingen met inline viscositeitsbeheer