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.

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.

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 de schuifspanning als de thermische historie. Vaak wordt de polymeerviscositeit off-line gemeten. De meeste commercieel verkrijgbare viscositeitsmeters die worden gebruikt voor online procescontrole – het monitoren van de reactiegraad in een polymerisatiereactie – behoren tot een van de volgende categorieën: 1. Viscositeitsmeters gebaseerd op drukgedreven stromingen (bijv. capillaire viscositeitsmeters), 2. Rotatieviscositeitsmeters, 3. Vallende zuiger/bolviscositeitsmeters en 4. Trillende buizen. Glazen capillaire viscositeitsmeters, die traditioneel worden gebruikt voor viscositeitsmetingen, zijn extreem arbeidsintensief en tijdrovend – glazen capillairen moeten tussen de tests worden gereinigd. De meeste gangbare viscometrie-instrumenten hebben een gebrek aan 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 viscositeitsmeters, die primair ontworpen zijn voor laboratoriummetingen, zijn moeilijk te integreren in de controle- en monitoringomgeving. De huidige testmethoden in externe laboratoria zijn niet optimaal en duur vanwege de logistieke uitdagingen van verzending en hoge vaste kosten. De complexe veranderingen die zich binnenin voordoen, kunnen vaak niet worden afgeleid uit een routinemonster, omdat de gegevens die een dergelijk monster vertegenwoordigt slechts een momentopname zijn van de conditie op het moment dat het monster wordt genomen en de conventionele instrumentatie kan worden beïnvloed door afschuifsnelheid, temperatuur en andere variabelen.

Nauwkeurige engineering van macromoleculaire materialen vereist nauwlettend toezicht op de reactieomstandigheden en de voortgang van de polymerisatie, of het nu gaat om polymerisatie met vrije radicalen op industriële schaal of gecontroleerde polymerisatie op kleine schaal. Goed gereguleerde polymerisatiereacties leveren moleculen op met een goede karakterisering van de samenstelling, het molecuulgewicht, de molecuulgewichtsverdeling, en de structurele en fysische eigenschappen. Om dit te bereiken, is het noodzakelijk om de vele chemische en reactieparameters die verband houden met het synthetische proces te begrijpen en zorgvuldig te beheersen en ervoor te zorgen dat het gesynthetiseerde polymeer geschikt is voor het beoogde gebruik. Online geautomatiseerde monitoring is een onmisbaar hulpmiddel om reacties te sturen, vooral wanneer processen in meerdere stappen worden uitgevoerd. Polymerisatiereacties zijn inherent zeer exotherm, snel en gevoelig voor kleine onzuiverheden (sporen van water). Bovendien gaat er vaak een viscositeitsverschil van enkele ordegroottes over in één enkele reactie.

Realtime gegevens kunnen worden verkregen door online analyse van polymeerproductieprocessen, wat snelle kinetische screening en daarmee efficiënte reactie-optimalisatie mogelijk maakt. Een combinatie van beide – continue flowverwerking en online monitoring – vormt een ideaal hulpmiddel bij elke chemische synthese. Het maakt continue, non-stop analyse van het reactiemengsel mogelijk onder elke gegeven set reactieomstandigheden. Zo worden snelle en efficiënte screening en daadwerkelijke high-throughput optimalisatie van reacties mogelijk.

ACOMP (Automatic Continuous Online Monitoring of Polymerization) van reacties kan worden gebruikt als een analysemethode in R&D, als hulpmiddel voor reactie-optimalisatie op laboratorium- en pilotplantniveau en uiteindelijk voor feedbackregeling van reactoren op ware grootte. Het gebruik van in-situ, realtime analyse is een betere manier om deze polymerisatie te bestuderen, omdat het de meetnauwkeurigheid verbetert, de tijd en moeite die gepaard gaan met off-line bemonstering elimineert en, belangrijker nog, een completer inzicht geeft in 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 verbonden aan online realtime viscositeitsmonitoring in het polymeerproductieproces, vanuit kosten-, milieu- en logistiek perspectief. Realtime viscositeitsinformatie is waardevol gebleken om inzicht te geven in belangrijke kinetische, mechanistische en chemische structuurinformatie, terwijl het de moeilijkheden elimineert die gepaard gaan met offline metingen van polymerisatiereacties. De belangrijkste punten zijn:

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 monsteranalyse is beperkt tot onderzoek in de vroege stadia vanwege de toenemende viscositeit en de moeilijkheidsgraad van monsterverwijdering.
• 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 middel van online monitoringsystemen, wat resulteert in minder verspilling, wat goed is voor het milieu. Verbeterde duurzaamheid door lagere emissies.

Geautomatiseerde, realtime in-line viscositeitsmeting is van cruciaal belang voor de productie van polymeren. Rheonics biedt de volgende oplossingen, gebaseerd op een gebalanceerde torsieresonator, voor procesbeheersing 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

Rheonics' SRV en SRD hebben een zeer kleine vormfactor voor eenvoudige OEM- en retrofit-installatie. Ze maken een eenvoudige integratie in elke processtroom mogelijk. Ze zijn gemakkelijk schoon te maken en vereisen geen onderhoud of herconfiguratie. Ze hebben een kleine footprint 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 maken gebruik van een unieke gepatenteerde coaxiale resonator, waarbij twee uiteinden van de sensoren in tegengestelde richtingen draaien, waardoor reactiekoppels op hun montage worden geëlimineerd en ze dus volledig ongevoelig worden voor montageomstandigheden en stroomsnelheden. Deze sensoren kunnen een regelmatige verplaatsing gemakkelijk aan. Het sensorelement zit direct in de vloeistof, zonder dat er een speciale behuizing of beschermende kooi nodig is.

Direct nauwkeurige uitlezingen van procescondities - Compleet systeemoverzicht en voorspellende controle

Rheonics'software is krachtig, intuïtief en gemakkelijk te gebruiken. Realtime viscositeit kan op een computer worden gevolgd. Meerdere sensoren worden beheerd vanuit één dashboard, verspreid over de fabrieksvloer. Geen effect van drukpulsatie door pompen op de werking van de sensor of de meetnauwkeurigheid. Onaangetast door schokken, trillingen of stromingsomstandigheden.

Eenvoudige installatie en geen herconfiguraties / herkalibraties nodig

Vervang sensoren zonder elektronica te vervangen of te herprogrammeren, drop-in vervangingen voor zowel sensor als elektronica zonder enige firmware-updates of wijzigingen in de kalibratiecoëfficiënt. Eenvoudige montage. Wordt in ¾” NPT-schroefdraad in de inktleidingfitting geschroefd. Geen kamers, O-ring afdichtingen 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, zorgen ervoor Rheonics apparaten een van de snelste en meest nauwkeurige in de branche. SRV en SRD geven elke seconde realtime, nauwkeurige metingen van de viscositeit (en dichtheid voor SRD) en worden niet beïnvloed door variaties in de stroomsnelheid!

Brede operationele mogelijkheden

Rheonics'instrumenten zijn gebouwd om metingen te doen in de meest uitdagende omstandigheden. SRV heeft het breedste operationele assortiment op de markt voor inline procesviscometers:

• 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

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

Clean in place (CIP)

SRV (en SRD) monitort de reiniging van leidingen door de viscositeit (en dichtheid) van het oplosmiddel tijdens de reinigingsfase te monitoren. Kleine resten worden door de sensor gedetecteerd, zodat de operator kan bepalen wanneer de leiding schoon genoeg is. SRV daarentegen geeft informatie door aan het geautomatiseerde reinigingssysteem om volledige en herhaalbare reiniging tussen runs te garanderen, in tegenstelling tot glazen capillairen.

Superieur sensorontwerp en -technologie

Geavanceerde, gepatenteerde elektronica van de derde generatie drijft deze sensoren aan en evalueert hun reactie. SRV en SRD zijn verkrijgbaar met industriestandaard procesaansluitingen zoals ¾” NPT en 3” Tri-clamp waardoor operators een bestaande temperatuursensor in hun proceslijn kunnen vervangen door SRV/SRD, wat zeer waardevolle en bruikbare procesvloeistofinformatie oplevert, zoals viscositeit, naast een nauwkeurige temperatuurmeting 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.

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 bedoeld voor gebruik in potentieel explosieve atmosferen.

De intrinsiek veilige en explosieveilige certificeringen van Rheonics maakt het ook mogelijk om een ​​bestaande sensor aan te passen, waardoor onze klanten de tijd en kosten kunnen vermijden die gepaard gaan met het identificeren en testen van een alternatief. Er kunnen op maat gemaakte sensoren worden geleverd voor toepassingen waarbij één tot duizenden eenheden nodig zijn; met doorlooptijden van weken versus maanden.

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

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 ontwerpt, produceert en verkoopt innovatieve vloeistofdetectie- en monitoringsystemen. Precisie gebouwd in Zwitserland. Rheonics'in-line viscometers hebben de gevoeligheid die vereist wordt door de toepassing en de betrouwbaarheid die nodig is om te overleven in een zware werkomgeving. Stabiele resultaten – zelfs onder ongunstige stromingsomstandigheden. Geen effect van drukval of debiet. Het is evenzeer geschikt voor kwaliteitscontrolemetingen in het laboratorium.