Is inline refractometrie het best bewaarde geheim van de procesindustrie?

K-PATENTS was gedurende meer dan 40 jaar misschien wel een van de best bewaarde geheimen van de procesindustrie, maar binnen zijn gebruikersbasis genoot het bedrijf een benijdenswaardige reputatie voor nauwkeurige en betrouwbare metingen, zelfs onder de meest uitdagende procesomstandigheden. Als zodanig paste de K-PATENTS refractometers goed bij het wereldwijde meettechnologiebedrijf Vaisala, dat het bedrijf in december 2018 overnam.

“We wisten dat klanten van K-PATENTS de gegevens van hun refractometers kunnen vertrouwen en we waren erg onder de indruk van de ervaring en expertise van het bedrijf op het gebied van vloeistofmetingen”, legt Jutta Hakkarainen, directeur Liquid Measurements bij Vaisala uit. “Toepassingsdeskundigheid, meetnauwkeurigheid en langetermijnbetrouwbaarheid zijn ook familietrekken bij Vaisala, maar opwindend genoeg konden we enorm groeipotentieel zien voor deze technologie, dus het was logisch om de wereldwijde kracht van Vaisala erachter te zetten om die mogelijkheid te realiseren.”

“In februari 2023 kondigde Vaisala na een lange periode van overleg met klanten en na een zorgvuldige technische beoordeling van het refractometerassortiment de lancering aan van Polaris – de nieuwste generatie inline refractometers. De nieuwe Polaris-instrumenten bieden uitstekende prestatieniveaus en zijn compatibel met de hoogwaardige Indigo industriële zenders van Vaisala voor gegevensregistratie en weergave, prisma-wasbesturing, instrumentconfiguratie, beveiliging, enzovoort. “Deze nieuwe reeks refractometers is ontworpen om te voldoen aan de meest veeleisende toepassingsvereisten en biedt nauwkeurige, betrouwbare, inline vloeistofmeettechnologie voor een breed scala aan industriële sectoren”, legt Hakkarainen uit.

Toepassingen voor inline refractometrie van Polaris

Inline refractometers worden gebruikt in een breed scala aan industrieën, waaronder voedsel, dranken, brouwen, zuivel, pulp en papier, farmaceutica, halfgeleiders, chemie, petrochemie en textiel. Om echter te bepalen welke processen geschikt zijn voor refractometrie, is het belangrijk om te begrijpen hoe deze technologie werkt.

Refractometers meten de brekingsindex (RI) van een vloeistof, wat de kritieke hoek van breking van licht in een procesmedium is. De kritieke hoek is die waarbij de totale reflectie van licht begint. Concentratiewaarden kunnen worden bepaald uit de RI-metingen rekening houdend met vooraf gedefinieerde procesomstandigheden. Vaisala’s Polaris refractometers worden daarom fabriekskalibratie geleverd om te voldoen aan specifieke procesvereisten.

Toepassingen voor inline refractometers

De meest voor de hand liggende toepassingen voor inline refractometers zijn die met binaire oplossingen, waarbij één (zeer brekende) component is opgelost in een oplosmiddel, zoals suiker in water. Als gevolg hiervan is een van de meest voorkomende toepassingen voor de refractometers van Vaisala de continue meting van totale vaste stoffen (TS) en Brix (opgeloste vaste stoffen) concentraties in dranken. Natuurlijk is inline refractometrie ook geschikt voor toepassingen met meerdere bestanddelen, waarbij procesmanagers geaggregeerde veranderingen in de niveaus van (brekende) componenten moeten bewaken.

Dairy processing is een goed voorbeeld van een RI-toepassing met meerdere opgeloste en gesuspendeerde bestanddelen. Bijvoorbeeld, het melkstandaardisatieproces produceert volle melk met een gestandaardiseerd minimum vetgehalte, terwijl het ook de room (vet) bijproduct produceert dat kan worden gebruikt voor secundaire producten zoals boter, room, yoghurt en kaas. Tijdens de standaardisatie worden de melkcomponenten (vetten, vaste stoffen, eiwitten, niet-vette stoffen en totale vaste stoffen) aangepast aan de vereiste niveaus. De refractometer is geïnstalleerd na de hydratatietank om de concentratie van alle opgeloste stoffen te meten; waardoor geautomatiseerde controle van het standaardisatieproces mogelijk is.

Een ander zuivelproces, homogenisatie, verkleint de deeltjesgrootte van de vetbolletjes in melk zodat ze gelijkmatig verdeeld blijven. Hier wordt een refractometer geïnstalleerd na de homogenisator om een betrouwbare meting van de totale vaste stoffen van de melk (inclusief vetgehalte) te garanderen en een betere controle van het vet- en droge stofgehalte na standaardisatie mogelijk te maken.

Een ander voorbeeld van refractometers die vloeistoffen met meerdere componenten bewaken, is het brouwen van bier, waarbij RI-metingen bijna elke fase van het proces verbeteren. Om een consistente wortoutput te garanderen, meten refractometers de moutconcentratie in water bij de uitlaatpijp. Concentratiemeting tijdens het klaren maakt de detectie van het juiste afsluitpunt voor spoelen mogelijk, en tijdens het koken van de wort maken continue metingen van de wortsterkte/zwaartekracht het voor de brouwer mogelijk om precies te bepalen wanneer de wort de vereiste sterkte heeft bereikt.

Zwarte vloeistof

In de papier- en pulpindustrie is zwarte vloeistof een multicomponenten bijproduct van het kraftproces, dat hout omzet in houtpulp. Zwarte vloeistof is een waterige oplossing van lignineresiduen, hemicellulose en de anorganische chemicaliën die in het proces worden gebruikt. Hier worden Vaisala refractometers gebruikt voor het meten van droge vaste stoffen van zwarte vloeistof, vloeistofdichtheid, voedingsvloeistofconcentratie en totale titratable alkali (TTA) en dichtheid van groene vloeistof in het chemische herstelproces. Deze metingen maken procesoptimalisatie mogelijk en verhogen de capaciteit van de verdampers. Bovendien kan de kwaliteit van witte vloeistof worden verbeterd door de TTA van de groene vloeistof in het loogproces continu te regelen. Naast het verbeteren van de efficiëntie van de papierfabriek, verbeteren refractometers ook de veiligheid van het proces om vaste stoffen van zwarte vloeistof aan de herstelbranders te voeden.

Continue RI-gegevens zijn bijzonder nuttig wanneer procesoperators op zoek zijn naar een specifieke verandering in de RI-meting. Zo gebruiken drankfabrikanten refractometers niet alleen voor kwaliteitscontrolemonitoring, maar ook om ervoor te zorgen dat de juiste product-tot-verpakkingsselectie wordt gemaakt. Op dezelfde manier worden refractometers gebruikt om drankfabrieksvullijnen te bewaken door product-tot-product en product-to-CIP-reinigingsinterfaces direct te detecteren, waardoor efficiënte overschakeling tussen producten of batches mogelijk is. De reactiesnelheid van de refractometer betekent dat de interfaces (tussen product/reinigingschemicaliën/water) zeer snel kunnen worden gedetecteerd, wat afval voorkomt en ervoor zorgt dat er geen productverontreiniging optreedt.

Refractometrie versus andere meetmethoden

Bij wijze van spreken is continue monitoring voor de overgrote meerderheid van procesbesturingsapplicaties te verkiezen boven laboratoriumanalyse. Dit komt doordat bemonstering slechts een retrospectieve indicatie geeft op één moment in de tijd, het proces arbeidsintensief en kostbaar is, en tegen de tijd dat de resultaten beschikbaar zijn, ze mogelijk niet meer van toepassing zijn. Sommige zogenaamde online meettechnologieën brengen ook vertraging met zich mee omdat ze de creatie van een monster omvatten dat vervolgens door een meertrapsproces wordt geleid. Als gevolg hiervan is er een vertraging in de beschikbaarheid van een meting, wat in veel procesbesturingsapplicaties niet toegestaan kan zijn.

Een verscheidenheid aan procesmeettechnieken is beschikbaar en de keuze van technologie is afhankelijk van het proces. Dichtheids- en RI-instrumenten meten de vloeistofconcentratie en -samenstelling. Dichtheidsmeters maken gebruik van onder andere Coriolis-, microgolf-, ultrasone en nucleaire technieken. Elk van deze kan in sommige toepassingen nuttige metingen opleveren. Factoren zoals luchtbellen, deeltjes, onzuiverheden, afzettingen, vaste stoffen, stroomvariatie, trillingen, temperatuur en turbulentie kunnen echter hun nauwkeurigheid beïnvloeden.

Elke methode heeft voor- en nadelen, dus het is noodzakelijk om een technologie te kiezen die het meest geschikt is voor de toepassing. Vaisala biedt daarom een wereldwijd team van procesbewakingsexperts dat passende hulp en advies kan bieden.

Samenvatting

Vaisala’s refractometers verbeteren kwaliteit en consistentie in productie voor veel toepassingen. Ze verlagen kosten, optimaliseren processen en verminderen afval. Polaris-technologie is ideaal voor processen waar veranderingen in de brekingsindex (RI) van procesvloeistoffen waardevolle gegevens opleveren.

“De voordelen van Polaris refractometers gaan verder dan nuttige procesmetingen,” legt Jutta Hakkarainen uit. “Dit komt doordat ze de nauwkeurigheid en lange-termijn betrouwbaarheid bieden die Vaisala-klanten verwachten. In tegenstelling tot veel andere inline meetinstrumenten zijn Polaris refractometers eenvoudig te bedienen en te onderhouden, en zijn ze ongevoelig voor stroomsnelheid, zwevende vaste stoffen, kristallen, bubbels, meegesleepte gassen en sensorcoating. Het lijkt daarom onwaarschijnlijk dat ze nog lang een geheim zullen blijven.”

Meer informatie bij Vaisala