Startseite » Chemie »

Im nahen Infrarot

Möglichkeiten der Online-Prozesskontrolle von Schüttgütern
Im nahen Infrarot

Das InfraPowder-System von Bran+Luebbe hat sich als ausgereiftes Prozesssystem zur Online-Mehrkomponentenanalyse in diversen Referenzinstallationen vorwiegend innerhalb der Lebensmittelindustrie, im Bereich Tierfutterherstellung und in der chemischen Industrie bewährt. Dabei ist es für so unterschiedliche Produkte wie Milchpulver, Stärke und Mais, Fisch-Pellets, Polymergranulate und Kunststofffasern oder Detergenzien und Feinchemikalien im Einsatz.

Dr. J. Jochimsen

Die Analysentechnik des Unternehmens ist vor allem durch den Einsatz ihrer soliden Nahinfrarot(NIR)-Laboranalysengeräte in diversen industriellen Branchen bekannt.
Basierend auf den bewährten Komponenten der Labormesstechnik wurde seinerzeit ein schnelles und präzises System entwickelt, das bereits seit Jahren erfolgreich zur online-Prozesskontrolle von frei fließenden Pulvern, Granulaten und anderen Schüttgütern (Abb. 1) eingesetzt wird: Der InfraPowder. Der folgende Beitrag schildert zwei Installationen aus der Lebensmittelindustrie und der chemischen Industrie und zeigt die Besonderheiten der jeweiligen Applikation auf.
Funktionsprinzip
Das in die hygienekonform (AAA, USDA) konstruierte Probenpräsentationseinheit (Abb. 2) eingearbeitete Fenster aus hochwertigem Saphir ist für das optische Funktionsprinzip unverzichtbar: Es ermöglicht den nötigen Durchblick des dort direkt aufmontierten Optikmoduls.
Im Optikmodul selbst sorgen 19 schmalbandige Interferenzfilter für monochromatisches Nahinfrarot-Licht, dessen nicht absorbierter Anteil nach erfolgter Interaktion mit dem Probengut zunächst diffus reflektiert und anschließend mit einem Bleisulfid-Detektor analysiert werden kann.
Die so gesammelte spektrale Information ist für jedes Produkt charakteristisch und erlaubt die kontaktfreie simultane Bestimmung verschiedenster chemischer und physikalischer Parameter auf der Basis statistischer Methoden. Relevante Komponenten, wie beispielsweise der Gehalt an Feuchte, Fett und Protein, können anhand einer mittels Referenzanalyse erstellten Kalibrierung intern errechnet und unmittelbar für die weitere Prozessüberwachung und -steuerung genutzt werden. Die Auswertung der Spektren erfolgt im Kontrollmodul, das unmittelbar mit dem Optikmodul verbunden ist.
Dabei kann sowohl für die obligatorische Machbarkeitsstudie als auch für die Start-Up-Phase (nach Installation) in der überwiegenden Zahl der Anwendungen das in der umfassenden Applikationsbibliothek von Bran+Luebbe gesammelte Know-how genutzt werden – ein zeitlicher und damit finanzieller Vorteil, durch den sich allerdings die prozessspezifische Pflege einer stabilen Kalibrierung nicht ersparen lässt.
Praxisbeispiel 1: Milchpulver
Der typische Trocknungsprozess für das Produkt Milchpulver besteht aus dem bekannten Sprühtrockenturm sowie einem nachgeschalteten Fließbett für die Nachtrocknung. Garantierte CIP-Fähigkeit und die robuste Edelstahl-Konstruktion (St 1.4301/SS 304, IP 65) der patentierten Probenahmeeinheit sind für diese Applikation notwendige Voraussetzungen.
Üblicherweise wird der InfraPowder wie in Abbildung 3 zu sehen, im By-pass parallel zur eigentlichen Hauptleitung installiert, in diesem Beispiel im Anschluss an das Fließbett innerhalb einer DN80-Verrohrung. Der Probenahme aus einer mit mehreren bar betriebenen Druckleitung folgte nach der Messung die druckentspannte Rückgabe. Diese Vorgehensweise beinhaltet notwendigerweise ein modernes Steuerungs- und Sicherheitskonzept nach etablierten Standards.
Für die Produktionskontrolle von im Mittel 3000 kg/h waren für den Kunden hierbei neben Aschegehalt und fettfreier Trockenmasse vor allem die Qualitätsparameter Feuchte-, Protein- und Fettgehalt maßgebend. Nach bestandenem Eignungstest am Standort und Kalibrierung des Messgerätes wurden innerhalb der Validationsprozedur folgende Vorhersage-Genauigkeiten (RMSEP) bestätigt:
• RMSEP ±0,17% für den Wassergehalt im Bereich von 2 bis 5%,
• RMSEP ±0,32% für den Proteingehalt im Bereich von 27 bis 37%,
• RMSEP ±0,26% für den Fettgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,8%,
Die Anbindung des Kontrollmoduls an die kundenseitige zentrale Prozessleitwarte wurde nicht wie vielfach üblich mittels Ethernet/Modbus-Protokoll, sondern über die serielle Schnittstelle und optische Lichtwellenleiter realisiert.
Durch die hohe Messfrequenz und die gewohnte Zuverlässigkeit der vollautomatischen Messung konnte die Steuerung der Trocknungsaggregate nach Übergabe der Anlage an den Kunden deutlich effektiver und damit kostenminimiert betrieben werden. Das Gerät hat sich, wie bereits im Vorfeld der Investitionsplanung projektiert, schon innerhalb eines Jahres amortisiert.
Praxisbeispiel 2:Polystyrol-Granulat
Bei dem Produktbeispiel aus dem Bereich der chemischen Industrie handelt es sich um ein granuläres Polymer: weißliches Polystyrol mit einer mittleren Korngröße von 2 mm. Der Kunde erwartete hierbei neben der Quantifizierung der Parameter Polybutadien (PBD), Mineralöl, Schmelzpunkt und Härtegrad vor allem die sicherere Klassifizierung der insgesamt sieben verschiedenen Chargentypen. Vor dem Hintergrund der semi-kontinuierlichen Produktion von 5000 kg/h sollte einerseits die 2- bis 14-stündige Übergangsphase von der einen zur nächsten Produktqualität kontrolliert und andererseits das Umschalten der Förderung in die entsprechenden Lagersilos gesteuert werden.
Die Implementierung der hier in Nennweite DN 100 ausführten Probenpräsentationseinheit erfolgte druckfrei direkt hinter der dem Extruder nachgeschalteten Pelletieranlage. Nach der Vermessung wird das Granulat im weiteren Prozessverlauf über eine Zellradschleuse ausgetragen und dann in die jeweiligen Silos geblasen.
Da sich aus den Rohdaten allein noch kein befriedigendes Ergebnis ableiten ließ, wurden zur Lösung der Messaufgabe in diesem Fall die erste Ableitung der gemessenen Spektren herangezogen (Abb. 4). Wie aus der Darstellung hervorgeht, können bereits die temporären Übergänge von einem Produkttyp (grade) zum nächsten eindrucksvoll dokumentiert werden.
Die geforderte eindeutige Zuordnung der verschiedenen Produktqualitäten zu den vorgesehenen Lagestätten konnte somit zügig zur Minimierung der kostenträchtigen Out of spec-Produktion genutzt werden. Folgerichtig wurde auch für diese Applikation eine Amortisationsphase von deutlich unter einem Jahr vom Kunden bestätigt.
E cav 205
Unsere Webinar-Empfehlung
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport

Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

phpro-Expertenmeinung

Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de