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중합 반응에서 인라인 점도 측정

소개

폴리머 생산은 많은 응용 산업과 막대한 경제적 영향으로 인해 응용 화학 분야에서 가장 중요한 영역 중 하나입니다. 중합체는 중합이라 불리는 화학 반응에 의해 간단한 화학 성분 (단량체)으로부터 생성 된 거대 분자이다. 천연 제품을 대체 할 수있는 저렴한 대체품에서 다양한 응용 분야를위한 고품질 옵션을 제공하는 것으로 바뀌 었습니다. 이들은 자동차 차체 부품, TV 캐비닛, 항공기 부품, 커피 컵 및 냉장고 단열재 용 폼, 의류 및 카펫 용 섬유, 접착제, 타이어 및 튜브 용 고무, 페인트 및 기타 코팅 및 많은 코팅을위한 고체 포장 형태로 사용됩니다. 다른 응용 프로그램.

중합체

어플리케이션

중합은 온라인으로 모니터링하기가 어렵습니다. 일반적으로 화학 반응에서의 전환 및 특히 중합 반응에서의 전환을 결정하는 능력은 공정을 면밀히 모니터링 및 제어하고 기존의 제조 공정 및 새로운 공정의 성능을 개선 할 필요성과 관련하여 매우 중요하다. 정확한 공정 및 제품 관리를 위해서는 분자량 분포 및 말단 그룹 패턴에 대한 정보가 반드시 필요합니다.

단계 반응에서 연쇄 반응 또는 축합으로서 첨가를 통해 중합이 진행되는지 여부에 관계없이, 연구를 진행하고 /하거나 새로운 중합체를 신속하게 시장에 출시하기 위해서는 화학을 완전히 이해하는 것이 필수적이다. 중요한 폴리머 반응 파라미터를 이해하면 다단계 중합, 실시간 잔류 모노머 측정 및 최종적으로 개선 된 최종 폴리머 특성을 정밀하게 제어 할 수 있습니다.

도전

응용 프로그램 관련

중합 반응의 제어는 이러한 반응이 일반적으로 발열 성이 높고 종종 열 및 물질 전달을 어렵게하는 매우 점 성인 매체에서 진행되기 때문에 화학 엔지니어에게 심각한 도전을 제기한다. 이러한 반응은 비선형 거동을 나타내는 것으로 유명하며, 산업 규모의 반응기에서 다수의 다중성 및 지속적인 진동이보고되었다.

전통적인 점도 측정 기술의 한계

대부분의 고분자 재료의 유변학 적 거동은 매우 복잡합니다. 점도는 전단 및 열 이력에 따라 다릅니다. 종종 폴리머 점도는 오프라인으로 측정됩니다. 온라인 공정 제어에 사용되는 대부분의 상용 점도계 – 중합 반응에서 반응 정도 모니터링은 다음 범주 중 하나에 속합니다. 1. 압력 구동 흐름에 기반한 점도계 (예 : 모세관 점도계), 2. 회전, 3. 떨어지는 피스톤 / 구체 및 4. 진동 튜브. 전통적으로 점도 측정에 사용되는 유리 모세관 점도계는 매우 힘들고 시간이 많이 소요됩니다. 유리 모세관은 테스트 사이에 세척이 필요합니다. 대부분의 일반적인 점도 측정 도구는 높은 반복성이 부족하여 응용 분야에 적합하지 않습니다.

중합 반응은 이전에 중량 분석, NMR, GC, UV-Vis 및 팽창 계를 포함한 여러 오프라인 분석 방법으로 연구되었습니다. 반응이 진행됨에 따라 점도가 증가하면 오프라인 샘플링이 점점 더 문제가되므로 초기 조사는 중합 반응의 초기 단계에 초점을 맞추 었습니다.

실험실 측정 용으로 주로 설계된 기존의 기계식 및 전자식 점도계는 제어 및 모니터링 환경에 통합하기가 어렵습니다. 운송 및 물류 비용의 고정 문제로 인해 오프 사이트 랩에서 테스트하는 현재의 방법론은 최적이 아니며 비싸지 않습니다. 내부에서 발생하는 복잡한 변화는 종종 이러한 샘플로 표현 된 데이터가 샘플을 채취 할 당시의 상태에 대한 스냅 샷을 반영하고 기존의 계측이 전단 속도, 온도 및 기타의 영향을받을 수 있기 때문에 일상적인 샘플에서 결정될 수 없습니다. 변수.

중합에서 연속 온라인 점도 모니터링이 중요한 이유는 무엇입니까?

거대 분자 물질의 정밀한 엔지니어링은 산업 규모의 자유 라디칼 중합 또는 소규모 제어 중합의 영역에서 반응 조건 및 중합 진행을 면밀히 모니터링해야합니다. 잘 조절 된 중합 반응은 조성, 분자량, 분자량 분포, 구조적 및 물리적 특성과 관련하여 잘 특성화 된 분자를 생성한다. 이를 달성하기 위해, 합성 공정과 관련된 많은 화학 및 반응 파라미터를 이해하고주의 깊게 제어하고 합성 된 폴리머가 의도 된 용도에서 "목적에 적합"하는지 확인해야한다. 온라인 자동 모니터링은 특히 프로세스가 다단계 방식으로 수행되는 경우 반응을 조정하는 데 유용한 도구입니다. 중합 반응은 본질적으로 발열 성이 높고 빠르며 작은 불순물 (미량의 물)에 민감합니다. 또한, 단일 반응 내에서 종종 수십 배의 점도가 통과된다.

폴리머 생산 공정에 대한 온라인 분석을 통해 실시간 데이터를 수집 할 수있어 빠른 동 역학적 스크리닝과 결과적으로 효율적인 반응 최적화가 가능합니다. 연속 흐름 처리와 온라인 모니터링의 조합은 모든 화학 합성에서 이상적인 도구입니다. 주어진 반응 조건 세트 하에서 반응 혼합물의 연속적인 "논스톱"분석을 가능하게합니다. 이러한 방식으로 빠르고 효율적인 스크리닝과 진정한 고 처리량 반응 최적화가 가능해집니다.

반응의 ACOMP (Automatic Continuous Online Monitoring of Polymerization)는 R & D에서 분석 방법으로, 벤치 및 파일럿 플랜트 수준에서 반응 최적화 도구로 사용할 수 있으며, 궁극적으로는 전체 규모 반응기의 피드백 제어에 사용할 수 있습니다. 현장에서 실시간 분석을 사용하면 측정 정확도를 높이고 오프라인 샘플링과 관련된 시간과 어려움을 없애고 가장 중요한 반응 역학 및 열역학을보다 완벽하게 이해할 수 있기 때문에이 중합을 연구하는 더 좋은 방법이됩니다.

고유 점도는 폴리머 및 단백질 연구 분야에서 중요한 도구이며 다음과 같은 핵심 사항으로 인해 ACOMP의 필수 구성 요소입니다.

  • 용액의 분자 구조와 상호 작용을 이해하는 수단입니다.
  • 고유 점도 측정은 저 분자량을 측정 할 수 있기 때문에 광산란보다 더 신뢰할만한 것으로 간주됩니다.
  • 고유 점도 (IV)는 폴리머 분자량의 척도이므로 재료의 융점, 결정도 및 인장 강도를 반영합니다.
  • IV는 특정 응용 분야에 적합한 PET 등급을 선택하기위한 사양의 일부로 사용되며 공급망의 다양한 지점에서 측정됩니다. 재료는 중합 타워에서 샘플을 추출하는 새로운 폴리머 및 화학 회사를 개발하는 R & D 실험실에서 완제품의 공정과 품질을 제어하려는 프로세서에 이르기까지 모든 단계에서 테스트됩니다.

비용, 환경 및 물류 관점에서 폴리머 생산 공정의 온라인 실시간 점도 모니터링에 이르기까지 몇 가지 동기 부여 이점이 있습니다. 실시간 점도 정보는 중합 반응의 오프라인 측정과 관련된 어려움을 제거하면서 주요 운동, 기계 및 화학 구조 정보에 대한 통찰력을 제공하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다. 요점은 다음과 같습니다.

경제 및 물류 이점, 생산 비용 절감 : 온라인 점도 분석은 외부 실험실로 보내지는 샘플 수와 관련 비용을 줄입니다. 현장 분석에서 지속적으로 출력하면 운송 인력 / 비용 및 샘플링 오류가 줄어 듭니다.

더 나은 분석을 통한 프로세스 제어 강화 :

  • 균질 (예 : 자유 라디칼 및 축합) 및 불균일 (예 : 에멀젼 및 마이크로 에멀젼)을 포함한 광범위한 중합 분석
  • 사슬 성장, 가교 및 경화에 대한 조사
  • 중합에서 촉매의 역학적 역할 이해; 촉매 활성 종 및 동역학 결정
  • 의도 한 최종 제품 사양을 준수하기 위해 필요에 따라 반응 조건을 모니터링하고 사전에 조정
  • 잔류 단량체 수준을 측정하고 제품 및 규제 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오.
  • 전체 중합에 걸친 반응 모니터링. 오프라인 잡아 샘플 분석은 점도 증가와 샘플 제거와 관련된 어려움으로 인해 초기 단계를 조사하는 것으로 제한됩니다.
  • 오프라인 분석을 위해 모든 샘플을 샘플 추출기에서 꺼내기 어렵 기 때문에 중합 반응 후반에 걸쳐 잔류 모노머를보다 정확하게 측정 할 수 있습니다.
  • 불연속 샘플 사이에 지연이 없기 때문에 동역학을보다 완벽하게 표현할 수 있습니다. 이를 통해 반응 동역학을보다 효과적으로 측정하고 반응 동역학을 실시간으로 예측 및 제어 할 수 있습니다.
  • 중합 과정에서 훨씬 더 많은 분석 데이터 포인트를 제공하여보다 대표적인 측정과 정확한 동역학 및 열역학 계산을 제공합니다.

제품 품질 향상 및 낭비 감소 : 반응의 화학 작용을 이해하려면 반응의 동역학, 단량체 전환율 및 반응성 비율, 분자량 및 분포에 대한 반응 매개 변수의 관계 및 영향, 개시, 전파 및 종결 단계에서의 중합 메커니즘에 대한 철저한 이해 및 전체 중합체 구조는 목표 적용 요구를 충족시킨다. 정확한 반응 속도론을 특성화하고 정확하게 제어 할 수 있으면 올바른 폴리머 특성을 달성하고 낭비를 줄일 수 있습니다.

에너지 사용 감소 : 공정을 엄격하게 제어하여 원자로에서 자원과 전기를 최적으로 사용

작업자 안전 향상 : 용매 작업을위한 건강 및 안전 요구 사항, 환경 고려 및 전문가가 이러한 테스트를 수행해야 할 필요성 (실험실에서 수행해야 함)과 같은 다른 요소는 무용 매 방법의 인기를 높입니다.

빠른 응답 시간 : 현장 내 점도 (및 밀도) 분석은 시료 채취와 실험실로부터 응답을받는 사이의 지연을 줄이거 나 없앨 수 있습니다.

환경: 온라인 모니터링 시스템을 통해 자원 활용을 극대화하여 낭비를 줄임으로써 환경에 좋습니다. 배출 감소를 통한 지속 가능성 향상

Rheonics의 솔루션

자동화 된 실시간 인라인 점도 측정은 폴리머 생산에 중요합니다. Rheonics는 균형 잡힌 비틀림 공진기를 기반으로 중합 공정에서의 공정 제어 및 최적화를 위해 다음과 같은 솔루션을 제공합니다.

  1. 인라인 점도 측정 : 레오 닉스 SRV 는 유체 온도 측정 기능이 내장 된 광범위한 인라인 점도 측정 장치로, 모든 공정 스트림 내에서 실시간으로 점도 변화를 감지 할 수 있습니다.
  2. 인라인 점도와 밀도 측정 : 레오 닉스 SRD 유체 온도 측정 기능이 내장 된 인라인 동시 밀도 및 점도 측정 장비입니다. 밀도 측정이 작업에 중요한 경우 SRD는 정확한 밀도 측정과 함께 SRV와 유사한 작동 기능을 통해 사용자 요구에 맞는 최상의 센서입니다.

SRV 또는 SRD를 통한 자동 인라인 점도 측정은 기존 방법으로 점도 측정에 사용되는 시료 채취 및 실험실 기술의 변화를 제거합니다. 센서는 인라인으로 위치하여 점도 (및 SRD의 경우 밀도)를 지속적으로 측정합니다. ACOMP와 함께 SRV / SRD를 사용하면 생산성을 향상시키고 이윤을 높일 수 있습니다. 두 센서 모두 간단한 OEM 및 개조 설치를위한 소형 폼 팩터를 갖추고 있습니다. 유지 관리 또는 재구성이 필요하지 않습니다. 두 센서 모두 특수 챔버, 고무 씰 또는 기계적 보호 장치가 없어도 설치 방법이나 위치에 관계없이 정확하고 반복 가능한 결과를 제공합니다. SRV 및 SRD는 소모품을 사용하지 않아도 작동이 매우 쉽습니다.

콤팩트 한 폼 팩터, 움직이는 부품 없음 및 유지 보수 불필요

Rheonics의 SRV 및 SRD에는 간단한 OEM 및 개조 설치를위한 매우 작은 폼 팩터가 있습니다. 모든 프로세스 스트림에 쉽게 통합 할 수 있습니다. 청소가 쉬우 며 유지 보수 나 재구성이 필요 없습니다. 공간이 작기 때문에 모든 공정 라인에서 인라인 설치가 가능하므로 추가 공간이나 어댑터 요구 사항이 없습니다.

높은 안정성과 장착 조건에 민감하지 않음 : 모든 구성 가능

Rheonics SRV 및 SRD는 특허를받은 고유 한 동축 공진기를 사용합니다. 센서의 두 끝이 반대 방향으로 비틀어 장착시 반력을 상쇄하여 장착 조건 및 유량에 전혀 영향을받지 않습니다. 이 센서는 정기적 인 재배치에 쉽게 대처할 수 있습니다. 센서 요소는 특수 하우징이나 보호 케이지없이 유체에 직접 장착됩니다.

공정 조건에 대한 즉각적인 정확한 판독 – 완전한 시스템 개요 및 예측 제어

Rheonics의 소프트웨어는 강력하고 직관적이며 사용하기 편리합니다. 컴퓨터에서 실시간 점도를 모니터링 할 수 있습니다. 공장 전체에 퍼져있는 단일 대시 보드에서 여러 센서를 관리합니다. 펌핑으로 인한 압력 맥동이 센서 작동 또는 측정 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 충격, 진동 또는 흐름 조건에 영향을받지 않습니다.

손쉬운 설치 및 재구성 / 재 교정 불필요

전자 장치를 교체하거나 다시 프로그래밍하지 않고 센서를 교체하고, 펌웨어 업데이트 또는 교정 계수 변경없이 센서와 전자 장치 모두를 드롭 인으로 교체합니다. 간편한 장착. 잉크 라인 피팅의 ¾”NPT 나사산에 나사로 조입니다. 챔버, O- 링 씰 또는 개스킷이 없습니다. 청소 또는 검사를 위해 쉽게 제거 할 수 있습니다. 간편한 장착 및 분리를 위해 플랜지 및 트라이 클램프 연결과 함께 SRV를 사용할 수 있습니다.

낮은 전력 소비

정상 작동 중 24 A 전류 소모보다 적은 0.1V DC 전원 공급 장치

빠른 응답 시간 및 온도 보상 점도

Rheonics 장치는 포괄적 인 계산 모델과 결합 된 초고속 전자 장치로 업계에서 가장 빠르고 정확한 장치 중 하나입니다. SRV 및 SRD는 1 초마다 실시간으로 정확한 점도 (및 SRD 밀도) 측정을 제공하며 유량 변화에 영향을받지 않습니다!

광범위한 운영 기능

Rheonics의 기기는 가장 까다로운 조건에서 측정 할 수 있도록 제작되었습니다. SRV는 인라인 공정 점도계 시장에서 가장 광범위한 작동 범위를 가지고 있습니다.

  • 최대 5000 psi의 압력 범위
  • -40 ~ 200 ° C의 온도 범위
  • 점도 범위 : 0.5 cP ~ 50,000 cP

SRD : 단일 기기, 트리플 기능 – 점도, 온도 및 밀도

Rheonics의 SRD는 점도, 밀도 및 온도 측정을 위해 세 가지 다른 기기를 대체하는 고유 한 제품입니다. 세 가지 다른 기기를 함께 배치하는 어려움을 없애고 가장 혹독한 조건에서 매우 정확하고 반복 가능한 측정을 제공합니다.

현장 청소 (CIP)

SRV (및 SRD)는 세척 단계 동안 용매의 점도 (및 밀도)를 모니터링하여 라인 정리를 모니터링합니다. 센서에서 작은 잔류 물이 감지되면 작업자가 라인이 언제 청소 될지 결정할 수 있습니다. 또는 SRV는 유리 모세관의 경우와 달리 실행 사이에 완전하고 반복적 인 세척을 보장하기 위해 자동 세척 시스템에 정보를 제공합니다.

탁월한 센서 설계 및 기술

특허를받은 정교한 3rd 세대 전자 장치가 이러한 센서를 구동하고 응답을 평가합니다. SRV 및 SRD는 ¾”NPT 및 1”Tri-Clamp와 같은 산업 표준 프로세스 연결과 함께 사용 가능하므로 작업자는 공정 라인의 기존 온도 센서를 SRV / SRD로 교체하여 정확한 측정 외에 점도와 같은 매우 가치 있고 실행 가능한 프로세스 유체 정보를 제공 할 수 있습니다 내장 Pt1000 (DIN EN 60751 Class AA, A, B 사용 가능)를 사용하여 온도를 측정합니다.

고객의 요구에 맞게 제작 된 전자 제품

방폭 트랜스미터 하우징과 소형 폼 팩터 DIN 레일 마운트로 제공되는이 센서 전자 장치는 프로세스 파이프 라인과 장비의 장비 캐비닛에 쉽게 통합 할 수 있습니다.

 

쉽게 통합 할 수

센서 전자 장치에 구현 된 여러 아날로그 및 디지털 통신 방법으로 산업용 PLC 및 제어 시스템에 간단하고 간단하게 연결할 수 있습니다. 센서를 ACOMP에 통합하는 것이 매우 편리합니다.

 

ATEX 및 IECEx 준수

Rheonics는 위험한 환경에서 사용하기 위해 ATEX 및 IECEx 인증을받은 본질 안전 센서를 제공합니다. 이 센서는 폭발 위험이있는 환경에서 사용하도록 설계된 장비 및 보호 시스템의 설계 및 구성과 관련된 필수 건강 및 안전 요구 사항을 준수합니다.

Rheonics가 보유한 본질 안전 및 방폭 인증을 통해 기존 센서를 사용자 정의 할 수 있으므로 고객은 대안을 식별하고 테스트하는 데 드는 시간과 비용을 피할 수 있습니다. 하나의 장치에서 최대 수천 개의 장치를 필요로하는 응용 분야에 맞춤형 센서를 제공 할 수 있습니다. 리드 타임은 몇 주가 걸리고 몇 개월이 소요됩니다.

레오 닉스 SRV & SRD ATEX 및 IECEx 인증을 받았습니다.

ATEX (2014 / 34 / EU) 인증

Rheonics의 ATEX 인증 본질 안전 센서는 ATEX Directive 2014 / 34 / EU를 준수하며 Ex ia에 대한 본질 안전 인증을 받았습니다. ATEX 지침은 위험한 환경에서 근무하는 작업자를 보호하기 위해 건강 및 안전과 관련된 최소 및 필수 요구 사항을 지정합니다.

Rheonics의 ATEX 인증 센서는 유럽 및 국제적으로 사용하도록 인정 받았습니다. 모든 ATEX 인증 부품은 준수를 표시하기 위해 "CE"로 표시됩니다.

IECEx 인증

Rheonics의 본질 안전 센서는 폭발 위험이있는 환경에서 사용하기위한 장비 관련 표준에 대한 인증을위한 국제 전기 기술위원회 (IEC)의 IECEx 인증을 받았습니다.

이것은 위험한 지역에서 사용하기위한 안전 준수를 보장하는 국제 인증입니다. Rheonics 센서는 Ex i에 대한 본질 안전 인증을 받았습니다.

실시

실시간 점도 및 밀도 측정을 위해 센서를 공정 스트림에 직접 설치하십시오. 바이 패스 라인이 필요하지 않습니다. 센서를 인라인에 담그면 유량 및 진동이 측정 안정성 및 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 유체에 대해 반복적이고 연속적이며 일관된 테스트를 제공하여 의사 결정 프로세스를 최적화하십시오.

레오 닉스 악기 선택

Rheonics는 혁신적인 유체 감지 및 모니터링 시스템을 설계, 제조 및 판매합니다. 스위스에 내장 된 Rheonics의 인라인 점도계는 응용 분야에서 요구되는 감도와 열악한 작동 환경에서 생존하는 데 필요한 신뢰성을 갖추고 있습니다. 열악한 흐름 조건에서도 안정적인 결과. 압력 강하 또는 유량의 영향이 없습니다. 실험실의 품질 관리 측정에도 똑같이 적합합니다.

응용 프로그램에 권장되는 제품

• 넓은 점도 범위 – 전체 공정 모니터링
• 뉴턴 유체와 비 뉴턴 유체, 단상 및 다상 유체 모두에서 반복 가능한 측정
• 모든 금속 (316L 스테인리스 스틸) 구조
• 유체 온도 측정 기능 내장
• 기존 공정 라인에 간단한 설치를위한 소형 폼 팩터
• 손쉬운 청소, 유지 보수 또는 재구성 불필요

• 공정 밀도, 점도 및 온도 측정을위한 단일 기기
• 뉴턴 유체와 비 뉴턴 유체, 단상 및 다상 유체 모두에서 반복 가능한 측정
• 모든 금속 (316L 스테인리스 스틸) 구조
• 유체 온도 측정 기능 내장
• 기존 파이프에 간단한 설치를위한 소형 폼 팩터
• 손쉬운 청소, 유지 보수 또는 재구성 불필요

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