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重合反応におけるインライン粘度測定

序言

ポリマー生産は、その膨大な数の応用産業と大きな経済的影響のために、応用化学の最も重要な分野の1つです。 ポリマーは、重合と呼ばれる化学反応によって単純な化学成分(モノマー)から生成される高分子です。 天然物の安価な代替品から、さまざまな用途に高品質のオプションを提供するようになりました。 それらは、自動車の車体部品、TVキャビネット、航空機部品、コーヒーカップと冷蔵庫の断熱材の発泡体、衣類とカーペットの繊維、接着剤、タイヤとチューブのゴム、塗料およびその他のコーティングのフィルム包装固体成形フォームとして使用されます他のアプリケーション。

ポリマー

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重合はオンラインで監視するのが困難です。 一般的な化学反応、特に重合反応の変換率を決定する機能は、プロセスを厳密に監視および制御し、既存の製造プロセスと新しいプロセスのパフォーマンスを向上させる必要性に関連して非常に重要です。 分子量分布と末端基パターンに関する情報は、正確なプロセスと製品管理のためにしばしば不可欠です。

重合が連鎖反応としての付加を介して進行する場合でも、ステップ反応での縮合を介して進行する場合でも、研究を進めるため、および/または新しいポリマーを迅速に市場に出すために化学を完全に理解することが不可欠です。 重要なポリマー反応パラメーターを理解することにより、多段階重合の正確な制御、リアルタイムの残留モノマー測定、最終的に改善された最終用途のポリマー特性が得られます。

アプリケーション関連

これらの反応は通常非常に発熱性であり、熱と物質移動を困難にする非常に粘性の高い媒体で進行することが多いという事実により、重合反応の制御は化学エンジニアにとって深刻な課題となります。 これらの反応は非線形挙動を示すことで有名であり、産業規模の反応器では多重度と持続的な振動のいくつかの事例が報告されています。

従来の粘度測定技術の限界

ほとんどの高分子材料のレオロジー挙動は非常に複雑です。 粘度は、せん断と熱履歴の両方に依存します。 多くの場合、ポリマーの粘度はオフラインで測定されます。 オンラインプロセス制御に使用されるほとんどの市販の粘度計–重合反応の反応度の監視は、次のカテゴリのいずれかに属します。1。圧力駆動流に基づく粘度計(キャピラリー粘度計など)、2。回転、3。ピストンの落下/球および4。振動管。 従来、粘度測定に使用されていたガラス毛細管粘度計は、非常に手間と時間がかかります。ガラス毛細管は、テストの合間に洗浄する必要があります。 ほとんどの一般的な粘度測定ツールは高い再現性に欠けているため、アプリケーションには適していません。

重合反応は、重量分析、NMR、GC、UV-Vis、膨張測定など、多くのオフライン分析法によって以前に研究されてきました。 反応が進行するにつれて、粘度の増加によりオフラインサンプリングがますます問題になるため、これらの初期の調査は重合反応の初期段階に焦点を合わせていました。

主に実験室測定用に設計された従来の機械式および電気機械式粘度計は、制御および監視環境に統合することが困難です。 オフサイトラボでのテストの現在の方法論は、出荷の物流上の課題と高い固定費のために、最適で高価ではありません。 内部で発生する複雑な変化は、通常のサンプルでは特定できないことが多いため、そのようなサンプルで表されるデータは、サンプルを採取した時点の状態のスナップショットを単に反映しているだけであり、従来の機器はせん断速度、温度、その他の影響を受ける可能性があります変数。

重合において連続オンライン粘度モニタリングが重要なのはなぜですか?

高分子材料の正確なエンジニアリングには、工業規模のフリーラジカル重合または小規模の制御された重合の領域であっても、反応条件と重合の進行を綿密に監視する必要があります。 よく調節された重合反応により、組成、分子量、分子量分布、構造的および物理的特性に関して十分に特徴付けられた分子が得られます。 これを達成するには、合成プロセスに関連する多くの化学および反応パラメーターを理解して慎重に制御し、合成されたポリマーが意図した用途で「目的に適合」していることを確認する必要があります。 オンライン自動監視は、特にプロセスが多段階で実行される場合に、反応を誘導するための非常に貴重なツールです。 重合反応は、本質的に非常に発熱性が高く、高速で、小さな不純物(微量の水)に敏感です。 さらに、多くの場合、単一の反応内で数桁の粘度が渡されます。

ポリマー製造プロセスのオンライン分析によりリアルタイムのデータを取得できるため、迅速な動的スクリーニングが可能になり、結果として効率的な反応最適化が可能になります。 連続フロー処理とオンライン監視の両方の組み合わせは、あらゆる化学合成の理想的なツールを構成します。 これにより、所定の一連の反応条件下で、反応混合物の連続的な「ノンストップ」分析が可能になります。 このようにして、反応の高速かつ効率的なスクリーニングと真のハイスループット最適化が可能になります。

反応のACOMP(重合の自動連続オンラインモニタリング)は、研究開発の分析方法として、ベンチおよびパイロットプラントレベルでの反応最適化のツールとして、そして最終的には実物大の反応器のフィードバック制御に使用できます。 その場でのリアルタイム分析は、測定精度を向上させ、オフラインサンプリングに関連する時間と困難を排除し、最も重要なことに、反応速度と熱力学をより完全に理解できるため、この重合を研究するためのより良い手段です。

固有粘度は、ポリマーおよびタンパク質の研究分野における重要なツールであり、次の重要な点からACOMPの重要なコンポーネントです。

  • これは、溶液中の分子構造と相互作用を理解する手段です。
  • 固有粘度の測定は、低分子量を測定できるため、光散乱よりも信頼性が高いと考えられています。
  • 固有粘度(IV)は、ポリマーの分子量の尺度であるため、材料の融点、結晶化度、および引張強度を反映します。
  • IVは、特定のアプリケーションに適したグレードのPETを選択するための仕様の一部として使用され、サプライチェーンのさまざまなポイントで測定されます。 材料は、新しいポリマーを開発するR&Dラボや、重合塔からサンプルを取り出す化学会社から、プロセスと完成品の品質を管理したい加工業者まで、すべての段階でテストされます。

コスト、環境、およびロジスティックの観点から、ポリマー製造プロセスのオンラインリアルタイム粘度監視にいくつかの動機付けの利点があります。 リアルタイムの粘度情報は、重合反応のオフライン測定に伴う困難を排除しながら、重要な速度論、機構、および化学構造の情報への洞察を提供するために貴重であることが証明されています。 キーポイントは次のとおりです。

経済的および物流上の利点、生産コストの削減: オンライン粘度分析は、オフサイトの研究所に送られるサンプルの数と、関連するコストを削減します。 オンサイト分析からの継続的なアウトプットは、出荷労働/コストとサンプリングエラーも削減します。

より良い分析によるプロセス制御の強化:

  • 均一(フリーラジカルや縮合など)および不均一(エマルジョンやマイクロエマルジョンなど)を含む幅広い重合の分析
  • 連鎖成長、架橋、硬化の調査
  • 重合における触媒の機構的役割の理解; 触媒活性種と反応速度を決定する
  • 目的の最終製品仕様への準拠を確保するために、必要に応じて反応条件を監視および事前調整します
  • 残留モノマーのレベルを測定し、製品および規制要件を満たしていることを確認します。
  • 重合全体を通して反応を監視します。 オフラインでのグラブサンプル分析は、粘度の増加とサンプルの除去に伴う困難のため、初期段階の調査に限定されています。
  • オフライン分析のためにサンプル抽出装置からすべてのサンプルを取り出すのが難しいため、重合反応の後期を通じて残留モノマーをより正確に測定できます。
  • 個別のサンプル間に遅延がないため、反応速度のより完全な表現が達成されます。 これにより、反応速度のより良い測定と、反応速度をリアルタイムで予測および制御することができます。
  • 重合の過程ではるかに多くの分析データポイントを提供し、より代表的な測定値と正確な速度論および熱力学計算を生成します。

製品品質の向上と無駄の削減: 反応の化学的性質を理解するには、反応の動力学、モノマー転化率と反応性比、分子量と分布に対する反応パラメーターの関係と影響、開始、増殖、終了段階での重合メカニズムの徹底的な理解、全体的なポリマー構造は、ターゲットアプリケーションのニーズを満たします。 正確な反応速度論を特徴付け、それを正確に制御できることは、正しいポリマー特性を達成し、無駄を減らすのに役立ちます。

エネルギー使用量の削減: プロセスを厳密に制御した原子炉でのリソースと電力の最適な使用

労働者の安全性の向上: 溶媒を使用するための健康と安全の要件、環境への配慮、およびこれらの試験を実施する専門職員の必要性(実験室で実施する必要がある)などの他の要因は、無溶媒法の高い人気を高めます。

より速い応答時間: その場での粘度(および密度)分析は、サンプリングと実験室からの応答の受信の間の遅延を削減/排除します。

環境: オンライン監視システムを介してリソースの使用率を最大化することができます。その結果、環境に良い無駄の削減につながります。 排出量の削減による持続可能性の強化。

レオニクスのソリューション

自動化されたリアルタイムのインライン粘度測定は、ポリマー製造に不可欠です。 Rheonicsは、重合プロセスのプロセス制御と最適化のために、バランスの取れたねじれ共振器に基づいた以下のソリューションを提供します。

  1. 列をなして 測定値: レオニクス ' SRV は、内蔵の流体温度測定機能を備えた広範囲のインライン粘度測定デバイスであり、任意のプロセスストリーム内の粘度変化をリアルタイムで検出できます。
  2. 列をなして 粘度と密度 測定値: レオニクス ' SRD は、内蔵の流体温度測定機能を備えたインライン同時密度および粘度測定装置です。 密度測定が業務にとって重要な場合、SRDは正確な密度測定とともにSRVと同様の運用機能を備え、ニーズに応える最適なセンサーです。

SRVまたはSRDを使用した自動インライン粘度測定により、従来の方法による粘度測定に使用されるサンプル採取およびラボ技術のばらつきが排除されます。 センサーは、粘度(およびSRDの場合は密度)を連続的に測定できるように、インラインに配置されています。 ACOMPでSRV / SRDを使用すると、生産性が向上し、利益率が向上します。 両方のセンサーは、簡単なOEMおよび後付け設置のためのコンパクトなフォームファクタを備えています。 メンテナンスや再構成は必要ありません。 どちらのセンサーも、取り付け方法や場所に関係なく、特別なチャンバー、ゴム製シール、または機械的保護を必要とせずに、正確で再現可能な結果を​​提供します。 消耗品を使用しないSRVとSRDは操作が非常に簡単です。

コンパクトなフォームファクタ、可動部品なし、メンテナンス不要

RheonicsのSRVおよびSRDのフォームファクターは非常に小さく、OEMおよびレトロフィットの簡単なインストールが可能です。 これらにより、あらゆるプロセスストリームに簡単に統合できます。 クリーニングは簡単で、メンテナンスや再構成は不要です。 フットプリントが小さく、あらゆるプロセスラインでのインラインインストールを可能にし、追加のスペースやアダプターの要件を回避します。

高い安定性と取り付け条件の影響を受けない:あらゆる構成が可能

Rheonics SRVおよびSRDは、独自の特許取得済みの同軸共振器を使用します。センサーの両端が反対方向にねじれ、取り付け時の反力トルクを相殺するため、取り付け条件や流量に完全に影響されません。 これらのセンサーは、定期的な再配置に簡単に対処できます。 センサー要素は、特別なハウジングや保護ケージを必要とせずに、液体の中に直接置かれます。

プロセス条件に関する即時の正確な読み出し–完全なシステム概要と予測制御

Rheonicsのソフトウェアは、強力で直感的で使いやすいです。 リアルタイムの粘度はコンピューターで監視できます。 複数のセンサーは、工場のフロア全体に広がる単一のダッシュボードから管理されます。 ポンピングによる圧力脈動がセンサーの動作や測定精度に影響しません。 衝撃、振動、または流動状態の影響を受けません。

簡単なインストールと再構成/再較正は不要

電子機器を交換または再プログラミングせずにセンサーを交換し、ファームウェアの更新や校正係数の変更なしにセンサーと電子機器の両方のドロップイン交換を行います。 取り付けが簡単。 インクラインフィッティングのXNUMX/XNUMXインチNPTネジにねじ込みます。 チャンバー、Oリングシールまたはガスケットはありません。 掃除や点検のために簡単に取り外せます。 SRVは、フランジとトライクランプ接続で利用できるため、取り付けと取り外しが簡単です。

低消費電力

通常動作時の消費電流が24 A未満の0.1V DC電源

速い応答時間と温度補償された粘度

超高速で堅牢な電子機器と包括的な計算モデルを組み合わせることで、Rheonicsデバイスは業界で最も高速で正確なデバイスの1つになります。 SRVおよびSRDは、リアルタイムで正確な粘度(およびSRDの密度)を1秒ごとに測定し、流量の変動の影響を受けません!

幅広い運用能力

レオニクスの機器は、最も困難な条件で測定を行うために構築されています。 SRVは、インラインプロセス粘度計の市場で最も広い動作範囲を備えています。

  • 5000 psiまでの圧力範囲
  • -40から200°Cまでの温度範囲
  • 粘度範囲:0.5 cP〜50,000 cP

SRD:単一の機器、トリプル機能 –粘度、温度、密度

RheonicsのSRDは、粘度、密度、温度の測定用にXNUMXつの異なる機器に取って代わるユニークな製品です。 XNUMXつの異なる機器を同じ場所に配置することの難しさを排除し、最も過酷な条件で非常に正確で再現性のある測定を実現します。

所定の場所に清掃(CIP)

SRV(およびSRD)は、洗浄段階で溶剤の粘度(および密度)を監視することにより、ラインの洗浄を監視します。 センサーによって小さな残留物が検出されると、オペレーターはラインが目的のためにいつきれいになるかを決定できます。 または、SRVは自動クリーニングシステムに情報を提供し、ガラス毛細管の場合とは異なり、実行間で完全かつ繰り返し可能なクリーニングを保証します。

優れたセンサー設計と技術

洗練された特許取得済みの3rd世代の電子機器がこれらのセンサーを駆動し、その応答を評価します。 SRVおよびSRDは、¾” NPTおよび1”トライクランプなどの業界標準プロセス接続で利用できます。オペレーターは、プロセスラインの既存の温度センサーをSRV / SRDに置き換えることができ、正確な測定以外に粘度などの非常に価値のある実用的なプロセス流体情報を提供します内蔵Pt1000を使用した温度の測定(DIN EN 60751クラスAA、A、Bが利用可能)。

ニーズに合わせて構築された電子機器

防爆型トランスミッターハウジングと小型フォームファクターのDINレールマウントの両方で利用可能なセンサー電子機器は、プロセスパイプラインおよび機械の機器キャビネット内に簡単に統合できます。

 

統合が容易

センサーエレクトロニクスに実装された複数のアナログおよびデジタル通信方法により、産業用PLCおよび制御システムへの接続が簡単かつ簡単になります。 ACOMPにセンサーを統合すると非常に便利です。

 

ATEXおよびIECExコンプライアンス

Rheonicsは、危険な環境での使用向けにATEXおよびIECExによって認定された本質的に安全なセンサーを提供します。 これらのセンサーは、爆発の可能性のある雰囲気での使用を目的とした機器および保護システムの設計と構築に関連する基本的な健康および安全要件に準拠しています。

また、Rheonicsが保有する本質的に安全で防爆の認証により、既存のセンサーをカスタマイズできるため、お客様は代替品の特定とテストに関連する時間とコストを回避できます。 カスタムセンサーは、1ユニットから最大数千ユニットを必要とするアプリケーションに提供できます。 数週間対数週間のリードタイムで。

レオニクス SRV & SRD ATEXとIECExの両方の認定を受けています。

ATEX(2014 / 34 / EU)認定

RheonicsのATEX認定の本質安全防爆センサーはATEX指令2014/34 / EUに準拠しており、Exiaの本質安全防爆の認定を受けています。 ATEX指令は、危険な雰囲気で雇用されている労働者を保護するための健康と安全に関連する最小かつ必須の要件を指定しています。

RheonicsのATEX認定センサーは、ヨーロッパ内および国際的な使用が認められています。 すべてのATEX認定部品には、準拠を示すために「CE」のマークが付いています。

IECEx認定

レオニックスの本質的に安全なセンサーは、爆発性雰囲気で使用する機器に関連する規格の認証について、国際電気標準会議であるIECExによって認証されています。

これは、危険な領域で使用するための安全性コンプライアンスを保証する国際的な認証です。 レオニクスセンサーは、Ex iの本質的な安全性の認定を受けています。

製品の導入

プロセスストリームにセンサーを直接インストールして、リアルタイムの粘度と密度の測定を行います。 バイパスラインは不要です。センサーをインラインに浸すことができ、流量と振動は測定の安定性と精度に影響しません。 流体に対して繰り返し、連続した一貫したテストを提供することにより、意思決定プロセスを最適化します。

レオニクス機器の選択

レオニクスは、革新的な流体検知および監視システムの設計、製造、販売を行っています。 Rheonicsのインライン粘度計は、スイスで製造された精密さにより、アプリケーションが要求する感度と、厳しい操作環境で生き残るために必要な信頼性を備えています。 安定した結果–逆流状態でも。 圧力降下や流量の影響はありません。 ラボでの品質管理測定にも同様に適しています。

アプリケーションの推奨製品

•広い粘度範囲–プロセス全体を監視します
•ニュートン流体と非ニュートン流体の両方、単相および多相流体の繰り返し測定
•すべての金属(316Lステンレス鋼)構造
•組み込みの流体温度測定
•既存のプロセスラインに簡単にインストールできるコンパクトなフォームファクター
•清掃が簡単で、メンテナンスや再構成が不要

•プロセス密度、粘度、温度測定用の単一機器
•ニュートン流体と非ニュートン流体の両方、単相および多相流体の繰り返し測定
•すべての金属(316Lステンレス鋼)構造
•組み込みの流体温度測定
•既存のパイプに簡単に設置できるコンパクトなフォームファクター
•清掃が簡単で、メンテナンスや再構成が不要

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