Door naar hoofdmenu
Inline viscositeitsmetingen in polymerisatiereacties

Introductie

Polymeerproductie is een van de belangrijkste gebieden van toegepaste chemie vanwege het grote aantal toepassingen in de industrie en de enorme economische impact. Polymeren zijn macromoleculen geproduceerd uit eenvoudige chemische componenten (monomeren) door chemische reactie genoemd als polymerisatie. Ze zijn gegaan van goedkope vervangers voor natuurlijke producten tot hoogwaardige opties voor een verscheidenheid aan toepassingen. Ze worden gebruikt als folieverpakking in massieve vormvormen voor carrosserieonderdelen, tv-kasten, vliegtuigonderdelen, schuim voor koffiebekers en koelkastisolatie, vezels voor kleding en tapijten, kleefstoffen, rubber voor banden en slangen, verf en andere coatings en veel andere applicaties.

polymeren

Aanvraag

Polymerisaties zijn een uitdaging om online te monitoren. De mogelijkheid om de omzetting in chemische reacties in het algemeen en polymerisatiereacties in het bijzonder te bepalen, is buitengewoon belangrijk in verband met de noodzaak om processen nauwlettend te volgen en te controleren en de prestaties van bestaande productieprocessen en nieuwe te verbeteren. Informatie over molecuulgewichtsverdelingen en eindgroepspatronen zijn vaak onmisbaar voor nauwkeurige proces- en productcontrole.

Of een polymerisatie verloopt via toevoeging als een kettingreactie of condensatie in een stapreactie, het is essentieel om de chemie volledig te begrijpen om onderzoek te bevorderen en / of nieuwe polymeren snel op de markt te brengen. Inzicht in kritische polymeerreactieparameters kan leiden tot precieze regeling van meerstaps polymerisaties, realtime residuele monomeermetingen en uiteindelijk verbeterde polymeereigenschappen voor eindgebruik.

Uitdagingen

Applicatie gerelateerd

De regeling van de polymerisatiereactie vormt een serieuze uitdaging voor de chemisch ingenieur, vanwege het feit dat deze reacties normaal gesproken zeer exotherm zijn en vaak verlopen in zeer viskeuze media die hitte en massatransport moeilijk maken. Deze reacties staan ​​bekend om het vertonen van niet-lineair gedrag en verschillende gevallen van multipliciteiten en aanhoudende oscillaties zijn gerapporteerd in reactoren op industriële schaal.

Beperkingen van traditionele viscositeitsmeettechnieken

Het reologische gedrag van de meeste polymere materialen is vrij complex. De viscositeit is afhankelijk van zowel afschuiving als thermische geschiedenis. Vaak wordt de viscositeit van het polymeer offline gemeten. De meeste in de handel verkrijgbare viscositeitsmeters die worden gebruikt voor online procesbeheersing - het bewaken van de reactiegraad in een polymerisatiereactie, behoren tot een van de volgende categorieën: 1. Viscometers op basis van door druk aangedreven stromen (bijv. Capillaire viscositeitsmeters), 2. Rotatie, 3. Vallende zuiger bol en 4. Trillende buizen. Glazen capillaire viscositeitsmeters, die traditioneel worden gebruikt voor viscositeitsmetingen, zijn buitengewoon bewerkelijk en tijdrovend - glazen capillaire viscositeitsmeters moeten tussen de tests worden schoongemaakt. De meest voorkomende viscometrie-instrumenten hebben geen hoge herhaalbaarheid, waardoor ze ongeschikt zijn voor de toepassing.

Polymerisatiereactie was eerder bestudeerd met een aantal offline analytische methoden, waaronder gravimetrische analyse, NMR, GC, UV-Vis en dilatometrie. Naarmate de reactie vordert, maakt de toenemende viscositeit off-line bemonstering steeds problematischer en daarom concentreerden deze eerdere onderzoeken zich op de beginfasen van de polymerisatiereactie.

Conventionele mechanische en elektromechanische viscometers die voornamelijk zijn ontworpen voor laboratoriummetingen zijn moeilijk te integreren in de controle- en monitoringomgeving. De huidige testmethode in off-site labs is niet optimaal en duur vanwege de logistieke uitdagingen van verzending en hoge vaste kosten. De complexe veranderingen die binnen plaatsvinden, kunnen vaak niet worden bepaald aan de hand van een routinemonster, omdat de gegevens die worden weergegeven door een dergelijk monster eenvoudig een momentopname van de toestand weergeven op het moment dat het monster wordt genomen en de conventionele instrumentatie kan worden beïnvloed door afschuifsnelheid, temperatuur en andere variabelen.

Waarom is continue online viscositeitscontrole belangrijk bij polymerisatie?

Nauwkeurige engineering van macromoleculaire materialen vereist nauwkeurige monitoring van reactieomstandigheden en polymerisatievoortgang, zij het op het gebied van industriële radicale polymerisatie of kleinschalige gecontroleerde polymerisatie. Goed gereguleerde polymerisatiereacties leveren moleculen op die goed worden gekarakteriseerd met betrekking tot samenstelling, molecuulgewicht, molecuulgewichtsverdeling, structurele en fysische eigenschappen. Om dit te bereiken, is het noodzakelijk om de vele chemische en reactieparameters die bij het synthetische proces horen te begrijpen en zorgvuldig te controleren en ervoor te zorgen dat het gesynthetiseerde polymeer "geschikt is voor het beoogde doel" in het beoogde gebruik. Online geautomatiseerde monitoring is een waardevol hulpmiddel om reacties te sturen, vooral wanneer processen op meerdere stappen worden uitgevoerd. Polymerisatiereacties zijn inherent zeer exotherm, snel en gevoelig voor kleine onzuiverheden (sporen van water). Verder worden vaak verschillende orden van grootte van viscositeit doorgegeven binnen een enkele reactie.

Real-time gegevens kunnen worden verkregen door online analyse van productieprocessen van polymeren, wat een snelle kinetische screening en, bijgevolg, efficiënte reactieoptimalisatie mogelijk maakt. Een combinatie van beide - continue stroomverwerking en online monitoring - vormt een ideaal hulpmiddel bij elke chemische synthese. Het maakt een continue "non-stop" analyse van het reactiemengsel onder elke gegeven set reactieomstandigheden mogelijk. Op deze manier komen snelle en efficiënte screening en een echte high-throughput optimalisatie van reacties beschikbaar.

ACOMP (Automatic Continuous Online Monitoring of Polymerization) van reacties kan worden gebruikt als een analytische methode in R&D, als een hulpmiddel voor reactieoptimalisatie op het niveau van de testbank en proeffabriek en, uiteindelijk, voor feedbackcontrole van reactoren op ware grootte. Door in situ te gebruiken, is real-time analyse een betere manier om deze polymerisatie te bestuderen, aangezien het de meetnauwkeurigheid verbetert, de tijd en moeilijkheid elimineert die gepaard gaan met off-line bemonstering en, belangrijker nog, een vollediger begrip geeft van de reactiekinetiek en thermodynamica.

Intrinsieke viscositeit is een belangrijk hulpmiddel op het gebied van polymeer- en eiwitonderzoek en is een essentieel onderdeel van de ACOMP vanwege de volgende belangrijke punten:

  • Het is een middel om de moleculaire structuur en de interactie in de oplossing te begrijpen.
  • De meting van de intrinsieke viscositeit wordt als betrouwbaarder beschouwd dan lichtverstrooiing, omdat deze lagere molecuulgewichten kan meten.
  • Intrinsieke viscositeit (IV) is een maat voor het molecuulgewicht van de polymeren en weerspiegelt daarom het smeltpunt, de kristalliniteit en de treksterkte van het materiaal.
  • De IV wordt gebruikt als onderdeel van de specificatie om de juiste kwaliteit PET voor een bepaalde toepassing te selecteren, en wordt gemeten op verschillende punten in de toeleveringsketen. Materiaal wordt in alle stadia getest, van de R & D-laboratoria die nieuwe polymeren ontwikkelen en chemische bedrijven die monsters nemen uit hun polymerisatietorens tot de verwerkers die hun proces en kwaliteit van eindproducten willen controleren.

Er zijn verschillende motiverende voordelen van kosten-, milieu- en logistieke perspectieven tot on-line realtime viscositeitscontrole in het polymeerproductieproces. Realtime viscositeitsinformatie is waardevol gebleken om inzicht te geven in belangrijke kinetische, mechanistische en chemische structuurinformatie, terwijl de problemen in verband met offline metingen van polymerisatiereacties worden geëlimineerd. Belangrijke punten zijn als volgt:

Economische en logistieke voordelen, lagere productiekosten: Online viscositeitsanalyse zou het aantal monsters dat naar off-site laboratoria wordt gestuurd, en de daarmee gepaard gaande kosten verminderen. Continue output van analyses ter plaatse zou ook de arbeidskosten / verzendkosten en bemonsteringsfouten verminderen.

Verbeterde procescontrole door betere analyse:

  • Analyse van een breed scala aan polymerisaties, waaronder homogeen (bijv. Vrije radicalen en condensatie) en heterogeen (bijv. Emulsie en micro-emulsie)
  • Onderzoek naar ketengroei, crosslinking en curing
  • Mechanistische rol van katalysatoren in polymerisaties begrijpen; bepalen katalysator actieve soorten en kinetiek
  • Bewaak en pas proactief de reactieomstandigheden aan om de naleving van de beoogde specificaties van het eindproduct te waarborgen
  • Meting van resterende monomeerniveaus en ervoor zorgen dat ze voldoen aan product- en wettelijke vereisten.
  • Monitoring van de reactie gedurende de gehele polymerisatie. Offline grab-sample-analyse is beperkt tot het onderzoeken van vroege stadia vanwege de toenemende viscositeit en de moeilijkheid die gepaard gaat met het verwijderen van het monster.
  • Maakt een meer nauwkeurige meting van residueel monomeer mogelijk tijdens de laatste fasen van de polymerisatiereactie vanwege de moeilijkheid om al het monster uit de monsterextractor te halen voor offline analyse.
  • Omdat er geen vertraging is tussen discrete monsters, wordt een completere weergave van de kinetiek bereikt. Dit maakt een betere meting van de reactiekinetiek mogelijk en de mogelijkheid om reactiekinetiek in realtime te voorspellen en te regelen.
  • Biedt veel meer analyse-datapunten in de loop van de polymerisatie, wat meer representatieve metingen en nauwkeurige kinetiek- en thermodynamica-berekeningen oplevert.

Verbeterde productkwaliteit en minder verspilling: Inzicht in de chemie van reacties omvat factoren zoals de kinetiek van de reactie, monomeeromzettingssnelheden en reactiviteitsverhoudingen, de relatie en invloed van reactieparameters op het molecuulgewicht en de verdeling, een grondig begrip van polymerisatiemechanisme in initiatie-, propagatie- en terminatiefasen en ervoor zorgen dat de totale polymeerstructuur voldoet aan de behoefte van de beoogde toepassing. De exacte reactiekinetiek kunnen karakteriseren en nauwkeurig kunnen beheersen, helpt bij het bereiken van de juiste polymeereigenschappen en vermindert verspilling.

Verminderd energieverbruik: Optimaal gebruik van hulpbronnen en elektriciteit in reactoren met strakke controle over de processen

Verhoogde veiligheid van werknemers: Andere factoren zoals gezondheids- en veiligheidseisen voor het werken met oplosmiddelen, aandacht voor het milieu en de behoefte aan gespecialiseerd personeel om deze tests uit te voeren (die in een laboratorium moeten worden uitgevoerd) dragen bij aan de grote populariteit van de oplosmiddelvrije methode.

Snellere responstijden: In-situ viscositeitsanalyse (en dichtheid) zou de vertraging tussen bemonstering en het ontvangen van een reactie van het laboratorium verminderen / elimineren.

Milieu: Het gebruik van hulpbronnen kan worden gemaximaliseerd door online bewakingssystemen, wat resulteert in minder verspilling die goed is voor het milieu. Verbeterde duurzaamheid door verminderde emissies.

Oplossingen van Rheonics

Geautomatiseerde, realtime in-line viscositeitsmeting is cruciaal voor de productie van polymeren. Rheonics biedt de volgende oplossingen, gebaseerd op een gebalanceerde torsieresonator, voor procescontrole en optimalisatie in het polymerisatieproces:

  1. In lijn viscositeit afmetingen: Rheonics' SRV is een is een breed bereik, in-line viscositeitsmeetapparaat met ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting en is in staat om viscositeitsveranderingen in elke processtroom in realtime te detecteren.
  2. In lijn Viscositeit en dichtheid afmetingen: Rheonics' SRD is een in-line simultaan meetinstrument voor dichtheid en viscositeit met ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting. Als dichtheidsmeting belangrijk is voor uw activiteiten, is SRD de beste sensor om aan uw behoeften te voldoen, met operationele mogelijkheden die vergelijkbaar zijn met de SRV, samen met nauwkeurige dichtheidsmetingen.

Geautomatiseerde in-line viscositeitsmeting via SRV of een SRD elimineert de variaties in monsterafname en laboratoriumtechnieken die worden gebruikt voor viscositeitsmeting volgens de traditionele methoden. De sensor bevindt zich in lijn zodat hij continu de viscositeit (en dichtheid in het geval van SRD) meet. Het gebruik van een SRV / SRD met ACOMP kan de productiviteit verbeteren en de winstmarges verhogen. Beide sensoren hebben een compacte vormfactor voor eenvoudige OEM- en retrofit-installatie. Ze vereisen geen onderhoud of herconfiguraties. Beide sensoren bieden nauwkeurige, herhaalbare resultaten, ongeacht hoe of waar ze zijn gemonteerd, zonder speciale kamers, rubberen afdichtingen of mechanische bescherming. Zonder verbruiksartikelen zijn SRV en SRD uiterst eenvoudig te bedienen.

Compacte vormfactor, geen bewegende delen en vereisen geen onderhoud

De SRV en SRD van Rheonics hebben een zeer kleine vormfactor voor eenvoudige OEM- en retrofit-installatie. Ze maken eenvoudige integratie in elke processtroom mogelijk. Ze zijn eenvoudig te reinigen en vereisen geen onderhoud of herconfiguraties. Ze hebben een kleine voetafdruk waardoor Inline-installatie in elke proceslijn mogelijk is, waardoor extra ruimte of adaptervereisten worden vermeden.

Hoge stabiliteit en ongevoelig voor montageomstandigheden: elke configuratie mogelijk

Rheonics SRV en SRD gebruiken unieke gepatenteerde coaxiale resonator, waarbij twee uiteinden van de sensoren in tegengestelde richtingen draaien, reactiekoppels op hun montage opheffen en dus volledig ongevoelig voor montageomstandigheden en stroomsnelheden. Deze sensoren kunnen gemakkelijk omgaan met regelmatige verplaatsing. Sensorelement zit direct in de vloeistof, zonder speciale behuizing of beschermende kooi.

Direct nauwkeurige uitlezingen van procescondities - Compleet systeemoverzicht en voorspellende controle

De software van Rheonics is krachtig, intuïtief en gemakkelijk te gebruiken. Real-time viscositeit kan worden gevolgd op een computer. Meerdere sensoren worden beheerd vanuit een enkel dashboard verspreid over de fabrieksvloer. Geen effect van drukpulsatie van pompen op sensorwerking of meetnauwkeurigheid. Onaangetast door schokken, trillingen of stromingsomstandigheden.

Eenvoudige installatie en geen herconfiguraties / herkalibraties nodig

Vervang sensoren zonder elektronica te vervangen of opnieuw te programmeren, drop-in vervangingen voor zowel sensor als elektronica zonder firmware-updates of wijzigingen in de kalibratiecoëfficiënt. Eenvoudige montage. Wordt in ¾ ”NPT-schroefdraad in inktleidingfitting geschroefd. Geen kamers, O-ringafdichtingen of pakkingen. Gemakkelijk te verwijderen voor reiniging of inspectie. SRV verkrijgbaar met flens en tri-clamp aansluiting voor eenvoudige montage en demontage.

Laag energieverbruik

24V DC-voeding met minder dan 0.1 A stroomopname tijdens normaal bedrijf

Snelle reactietijd en temperatuur gecompenseerde viscositeit

Ultrasnelle en robuuste elektronica, gecombineerd met uitgebreide computermodellen, maken Rheonics-apparaten een van de snelste en meest nauwkeurige in de industrie. SRV en SRD geven elke seconde realtime, nauwkeurige viscositeitsmetingen (en dichtheid voor SRD) en worden niet beïnvloed door variaties in het debiet!

Brede operationele mogelijkheden

De instrumenten van Rheonics zijn gebouwd om metingen uit te voeren in de meest uitdagende omstandigheden. SRV heeft het breedste operationele bereik op de markt voor inline procesviscometer:

  • Drukbereik tot 5000 psi
  • Temperatuurbereik van -40 tot 200 ° C
  • Viscositeitsbereik: 0.5 cP tot 50,000 cP

SRD: één instrument, drievoudige functie - Viscositeit, temperatuur en dichtheid

De SRD van Rheonics is een uniek product dat drie verschillende instrumenten voor viscositeits-, dichtheids- en temperatuurmetingen vervangt. Het elimineert de moeilijkheid om drie verschillende instrumenten naast elkaar te plaatsen en levert uiterst nauwkeurige en herhaalbare metingen onder de zwaarste omstandigheden.

Clean in place (CIP)

SRV (en SRD) bewaakt het opruimen van lijnen door de viscositeit (en dichtheid) van het oplosmiddel tijdens de reinigingsfase te controleren. Elk klein residu wordt gedetecteerd door de sensor, zodat de operator kan beslissen wanneer de lijn voor dat doel schoon is. Als alternatief biedt SRV informatie aan het geautomatiseerde reinigingssysteem om volledige en herhaalbare reiniging tussen runs te garanderen, in tegenstelling tot glazen capillairen.

Superieur sensorontwerp en -technologie

Geavanceerde, gepatenteerde 3rd-generatie elektronica stuurt deze sensoren aan en evalueert hun reactie. SRV en SRD zijn beschikbaar met industriële standaard procesverbindingen zoals ¾ ”NPT en 1” Tri-clamp waarmee operators een bestaande temperatuursensor in hun proceslijn kunnen vervangen door SRV / SRD die naast waardevolle informatie zeer waardevolle en bruikbare procesvloeistofinformatie zoals viscositeit geeft. van de temperatuur met behulp van een ingebouwde Pt1000 (DIN EN 60751 Klasse AA, A, B beschikbaar).

Elektronica gebouwd om aan uw behoeften te voldoen

De sensorelektronica is beschikbaar in zowel een explosieveilige transmitterbehuizing als een DIN-railmontage met een kleine vormfactor en maakt een eenvoudige integratie in procespijpleidingen en in apparatuurkasten van machines mogelijk.

 

Eenvoudig te integreren

Meerdere analoge en digitale communicatiemethoden die in de sensorelektronica zijn geïmplementeerd, maken het aansluiten op industriële PLC- en besturingssystemen eenvoudig en eenvoudig. Het is uiterst handig om de sensoren in een ACOMP te integreren.

 

ATEX- en IECEx-naleving

Rheonics biedt intrinsiek veilige sensoren gecertificeerd door ATEX en IECEx voor gebruik in gevaarlijke omgevingen. Deze sensoren voldoen aan de essentiële gezondheids- en veiligheidseisen met betrekking tot het ontwerp en de constructie van apparatuur en beveiligingssystemen die zijn bedoeld voor gebruik in mogelijk explosieve atmosferen.

De intrinsiek veilige en explosieveilige certificeringen van Rheonics maken ook aanpassing van een bestaande sensor mogelijk, waardoor onze klanten de tijd en kosten kunnen vermijden die gepaard gaan met het identificeren en testen van een alternatief. Aangepaste sensoren kunnen worden geleverd voor toepassingen die één eenheid tot duizenden eenheden vereisen; met doorlooptijden van weken versus maanden.

Rheonics SRV & SRD zijn beide ATEX- en IECEx-gecertificeerd.

ATEX (2014 / 34 / EU) gecertificeerd

De ATEX-gecertificeerde intrinsiek veilige sensoren van Rheonics voldoen aan de ATEX-richtlijn 2014/34 / EU en zijn gecertificeerd voor intrinsieke veiligheid tot Ex ia. De ATEX-richtlijn specificeert minimale en essentiële vereisten met betrekking tot gezondheid en veiligheid om werknemers te beschermen die in gevaarlijke atmosferen werken.

De ATEX-gecertificeerde sensoren van Rheonics worden erkend voor gebruik binnen Europa en internationaal. Alle ATEX-gecertificeerde onderdelen zijn gemarkeerd met "CE" om naleving aan te geven.

IECEx gecertificeerd

De intrinsiek veilige sensoren van Rheonics zijn gecertificeerd door IECEx, de International Electrotechnical Commission voor certificering volgens normen met betrekking tot apparatuur voor gebruik in explosieve atmosferen.

Dit is een internationale certificering die zorgt voor naleving van de veiligheid voor gebruik in gevaarlijke gebieden. Rheonics-sensoren zijn gecertificeerd voor Intrinsic Safety to Ex i.

Implementatie

Installeer de sensor rechtstreeks in uw processtroom om realtime viscositeits- en dichtheidsmetingen te doen. Er is geen omloopleiding vereist: de sensor kan in-line worden ondergedompeld, de stroomsnelheid en trillingen hebben geen invloed op de meetstabiliteit en nauwkeurigheid. Optimaliseer het besluitvormingsproces door herhaalde, opeenvolgende en consistente tests op de vloeistof te leveren.

Rheonics instrumentkeuze

Rheonics ontwerpt, produceert en verkoopt innovatieve systemen voor vloeistofdetectie en -bewaking. De in-line viscometers van Rheonics, met precisie gebouwd in Zwitserland, hebben de gevoeligheid die de toepassing vereist en de betrouwbaarheid die nodig is om te overleven in een barre werkomgeving. Stabiele resultaten - zelfs onder ongunstige stromingsomstandigheden. Geen effect van drukval of debiet. Het is even goed geschikt voor kwaliteitscontrolemetingen in het laboratorium.

Voorgestelde product (en) voor de toepassing

• Breed viscositeitsbereik - bewaak het volledige proces
• Herhaalbare metingen in zowel Newtoniaanse als niet-Newtoniaanse vloeistoffen, eenfase en meerfase vloeistoffen
• Volledig metalen (316L roestvrij staal) constructie
• Ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting
• Compacte vormfactor voor eenvoudige installatie in bestaande proceslijnen
• Eenvoudig schoon te maken, geen onderhoud of herconfiguraties nodig

• Eén instrument voor meting van procesdichtheid, viscositeit en temperatuur
• Herhaalbare metingen in zowel Newtoniaanse als niet-Newtoniaanse vloeistoffen, eenfase en meerfase vloeistoffen
• Volledig metalen (316L roestvrij staal) constructie
• Ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting
• Compacte vormfactor voor eenvoudige installatie in bestaande leidingen
• Eenvoudig schoon te maken, geen onderhoud of herconfiguraties nodig

Zoeken