Онлайнвысокоскоростные вискозиметрыОни позволяют проводить точные измерения вязкости в режиме реального времени непосредственно в производственных линиях. Для неньютоновских жидкостей, таких как шампунь и кондиционер, которые демонстрируют неньютоновское поведение с уменьшением вязкости при увеличении скорости сдвига, их важнейшие преимущества заключаются в возможности улавливания динамических свойств потока, которые не могут быть зафиксированы традиционными лабораторными приборами.
Чтоis tвязкостьoШампунь?
Вязкость, определяемая с научной точки зрения как сопротивление жидкости внутреннему течению, несомненно, является критически важным показателем качества (CQA) при производстве средств личной гигиены, особенно шампуней и кондиционеров для волос. Это физическое свойство определяет стабильность продукта, его текстуру, органолептические свойства и общую эффективность при дозировании и использовании. Вязкость же измеряет густоту. Для сложных химических составов, таких как шампуни и кондиционеры, это имеет важное значение.
гомогенизация производства шампуня
*
Неньютоновская вязкость при увеличении скорости сдвига, псевдопластичность и тиксотропия
В отличие от ньютоновских жидкостей, таких как вода, где вязкость остается постоянной независимо от приложенной силы сдвига, вязкость сложных водных систем поверхностно-активных веществ, таких как шампунь и кондиционер, сильно варьируется и полностью зависит от приложенной скорости сдвига. Эта определяющая характеристика классифицирует их какНеньютоновские жидкостиНаиболее характерным наблюдаемым поведением являетсяУменьшение вязкости при сдвигетакже известная как псевдопластичность, при которой кажущаясявязкость шампуняВязкость резко снижается с увеличением скорости сдвига. Это свойство намеренно заложено в конструкцию продукта: состав должен сохранять высокую вязкость (низкое сопротивление потоку), чтобы оставаться стабильным внутри флакона и прилипать к руке (среда с низким сопротивлением потоку), но при этом его вязкость должна мгновенно снижаться (высокая текучесть) при сжатии, накачивании или распределении по волосам (среда с высоким сопротивлением потоку).
Кроме того, многие загущенные эмульсии и гели для личной гигиены, включая некоторые кондиционеры и лосьоны, демонстрируют зависящее от времени реологическое поведение, известное как тиксотропия. Тиксотропные материалы истончаются при сдвиге, но для восстановления своей первоначальной структуры с более высокой вязкостью после снятия напряжения требуется определенное время.
Преодоление ограничений измерений
Недостатки традиционных лабораторных (автономных) методов вискометрии.
Использование традиционных лабораторных методов для сложных неньютоновских жидкостей приводит к системным неэффективностям и рискам. Ручной отбор проб и лабораторные испытания неизбежно приводят к значительным временным задержкам, превращая контроль качества в реактивный этап коррекции после обработки. В течение этой задержки целая партия может пройти дальнейшую обработку, но быть забракована через несколько часов. Кроме того, большинство стандартных лабораторных вискозиметров измеряют вязкость при низких или неконтролируемых скоростях сдвига, получая данные, не имеющие отношения к средам с высокими скоростями сдвига, характерным для реакторов, насосов и трубопроводов. Это особенно проблематично для высоковязких жидкостей.вязкоразлагаемость при сдвигепродукты. Вдобавок к этому,тиксотропныйПрирода многих составов означает, что показания вязкости очень чувствительны к способу обработки образцов и времени, прошедшему с момента смешивания жидкости, что приводит к низкой воспроизводимости результатов от партии к партии и непоследовательности. Наконец, процесс ручного отбора проб сопряжен с рисками загрязнения, процедурными несоответствиями и человеческими ошибками, что искажает результаты и увеличивает производственные затраты.
Встраиваемый вискозиметр с высоким сдвиговым усилием
Чтобы обойти эти фундаментальные ограничения, отрасль все чаще внедряетвстроенные ультрасдвиговые вискозиметрыЭти приборы обеспечивают непрерывное измерение вязкости в реальном времени непосредственно в производственной линии. Переход к непрерывному сбору данных позволяет динамически корректировать условия процесса на основе обратной связи по вязкости в режиме реального времени, что крайне важно для обеспечения стабильности качества продукции, оптимизации производительности и существенного сокращения отходов материалов. Интеграция этих датчиков впроцесс производства шампунякоренным образом преобразует контроль качества из функции тестирования в активную функцию управления процессом.
Ультратонкий вискозиметр сдвига
Лоннметрвстроенный ультрасдвиговый вискозиметрДатчик работает на основе принципа вибрации. Основной чувствительный элемент представляет собой прочную стержнеобразную конструкцию, которая вибрирует с кручением вдоль своей центральной оси на фиксированной резонансной частоте. По мере того, как элемент сдвигает жидкость по своей поверхности, он теряет кинетическую энергию из-за внутреннего сопротивления жидкости, известного как силы вязкого сопротивления. Степень потери энергии, или механического демпфирования, прямо пропорциональна вязкости жидкости: более высокая вязкость приводит к большему сопротивлению и большему рассеиванию энергии. Электронные компоненты датчика обнаруживают эту потерю энергии, а передатчик обрабатывает сигнал, преобразуя его в четкое, точное и отображаемое в реальном времени значение вязкости. Использование торсионного резонатора является весьма выгодным, поскольку делает датчик по своей природе стабильным, лучше изолированным от внешних вибраций и чувствительным в основном только к диссипативным силам вязкого сопротивления жидкости.
Технические характеристики и диапазон рабочих параметров
Прибор Lonnmeter демонстрирует надежную конструкцию, необходимую для работы в сложных промышленных условиях, обеспечивая надежность, точность и химическую совместимость.
Таблица: Технические характеристики ультратонкого вискозиметра Lonnmeter.
| Параметр | Технические характеристики/Ассортимент | Актуальность для производства средств личной гигиены |
| Диапазон вязкости | 1 - 1 000 000 сП | Достаточно для покрытия как сырья (жидкостью, как вода), так и высококонцентрированных, высоковязких готовых продуктов. |
| Точность | ±2% ~5% | Обеспечивает точный контроль качества, необходимый для высокоценных химических составов, и строгое соблюдение требований CQA. |
| Повторяемость | ±1% ~ ±2% | Крайне важно для обеспечения строгой стабильности качества от партии к партии и соответствия жестким нормативным требованиям и стандартам потребителей. |
| Эксплуатационная надежность | Степень защиты IP65, взрывозащищенный (Ex dIIBT6) | Подходит для промывки, работы в агрессивных средах и опасных зонах, часто встречающихся в химической промышленности. |
| Выход/Интерфейс | Вязкость 4 - 20 мА постоянного тока / RS485 | Стандартные отраслевые результаты длябесшовная интеграция с системами DCS/SCADAи ПЛК. |
| Контактные данные материала | 316 L, тефлон, хастеллой | Обеспечивает коррозионную стойкость к воздействию водных растворов поверхностно-активных веществ, загустителей и регуляторов pH. |
Узнайте больше о других измерителях плотности
Больше онлайн-измерителей технологических процессов
Стратегическое внедрение в производственные линии
Подробный обзор технологического процесса производства шампуней и кондиционеров.
Онпроцесс производства шампуня/кондиционераЭто многоступенчатая последовательность, разработанная для обеспечения равномерного распределения ингредиентов и стабильного образования конечной эмульсии. Основные этапы включают: подготовку сырья (очистка, нагревание, предварительное растворение твердых веществ); смешивание, реакцию и эмульгирование (последовательное добавление поверхностно-активных веществ, кондиционирующих агентов и модификаторов вязкости); гомогенизацию (высокоскоростное смешивание для стабилизации эмульсии и включения конечных добавок, таких как ароматизаторы и красители); контроль качества; и, наконец, розлив и упаковку. Контроль вязкости — это не единичный контроль качества, а динамическое, непрерывное требование на нескольких этапах.
Определение ключевых точек измерения в линиях шампуней/кондиционеров для контроля вязкости.
Стратегическое размещениевстроенный вискозиметр сдвигаЭто крайне важно для создания эффективных систем управления с обратной связью. Цель состоит в том, чтобы мгновенно отслеживать изменения CQA на этапах, когда корректировка еще возможна, предотвращая дальнейшее развитие отклонений в качестве. Выделены три критически важных точки мониторинга:
| Этап процесса | Обоснование измерения | Требуемое управляющее действие / цикл |
| P-1: Добавление загустителя/соли (первичная контрольная точка) | Измеряет мгновенную перестройку структуры мицеллярной сети, подтверждая непосредственный эффект модификаторов вязкости. | Внедрение ПИД-регулирования с обратной связью для точного дозирования электролитного (солевого) раствора или химических веществ для регулирования pH в режиме реального времени. Это крайне важно для предотвращения резкого снижения вязкости, связанного с превышением максимума параболической «солевой кривой». |
| P-2: Выход из резервуара для предварительной гомогенизации/накопительного резервуара | Контролирует долговременную стабильность, обеспечивая правильное тиксотропное извлечение и однородность основного продукта перед окончательным смешиванием и обработкой при высоких скоростях сдвига. | Регулировка времени выдержки партии или остаточной интенсивности перемешивания. Обеспечивает стабильную структуру базовой эмульсии перед продолжением процесса, предотвращая чрезмерную нагрузку на оборудование из-за слишком вязкого продукта. |
| P-3: Окончательная перекачка готовой продукции (линия предварительного розлива) | Обеспечивает окончательную проверку однородности продукта, гарантируя, что реологические свойства соответствуют требованиям автоматизированного оборудования для розлива (характеристики текучести) и использования потребителем (дозирование). | Высокоточный контроль качества на контрольном пункте: автоматическое перенаправление некачественной продукции в резервуар для переработки или немедленная корректировка расхода жидкости в объемной разливочной машине. |
Постоянный мониторинг вязкости на протяжении всего процесса, особенно на этапах P-2 и P-3, обеспечивает неразрушающее подтверждение структуры готовой эмульсии. Во время гомогенизации многие эмульсии претерпевают существенное увеличение вязкости по мере уменьшения размера капель, и величина этого увеличения служит надежным индикатором общего качества и стабильности эмульсии. Мониторинг в реальном времени помогает определить желаемую конечную точку смешивания/перемешивания и позволяет адаптивно корректировать такие параметры, как интенсивность или время перемешивания. Эта возможность переводит контроль качества с выявления дефектов продукции на активное предотвращение таких проблем, как расслоение или образование маслянистой пленки, что в конечном итоге увеличивает срок хранения.
Управление с обратной связью и модуляция вязкости
Как контролировать вязкость шампуня и реологические свойства кондиционера
Контроль надвязкость шампуняРеологические свойства кондиционера достигаются за счет точного управления множеством взаимодействующих факторов, включая тип и концентрацию поверхностно-активных веществ, концентрацию добавленных полимеров или загустителей, температуру, уровень pH (который влияет на взаимодействие зарядов) и концентрацию электролитов, таких как соль. Из этих методов добавление солей часто является наиболее экономически эффективным и распространенным механизмом, используемым для регулирования вязкости в системах на основе сульфатных поверхностно-активных веществ.
Роль электролитов: понимание кривой концентрации солей и динамики мицеллярной сети.
Механизм регулирования, включающий электролиты, прежде всего хлорид натрия, основан на воздействии ионов соли на мицеллярную сеть водной системы поверхностно-активных веществ. Эта зависимость носит нелинейный характер и следует параболической функции, известной как «солевая кривая». Первоначально небольшое добавление соли увеличиваетвязкость шампуняЗа счет экранирования электростатического отталкивания между головными группами поверхностно-активных веществ. Это экранирование способствует росту и запутыванию мицелл, что приводит к загустению. Вязкость достигает пика при оптимальной концентрации электролита; однако превышение этой критической концентрации приводит к чрезмерному разветвлению мицелл и быстрому, резкому снижению вязкости (разжижению). Учитывая, что диапазон допустимых значений, имеющий промышленное значение,вязкость шампуняЧасто это узкий участок этой кривой (например, от 3 до 15 Па·с), поэтому поддержание стабильности в этом небольшом рабочем диапазоне крайне затруднительно без высокоточных измерений в реальном времени.
Механизмы регулирования вязкости в реальном времени: автоматическое дозирование и модуляция pH.
Развертываниевстроенный ультрасдвиговый вискозиметрЭто обеспечивает истинно замкнутый контур управления технологическим процессом. Датчик мгновенно измеряет кажущуюся вязкость жидкости (технологическую переменную) и передает эти данные обратно в распределенную систему управления (DCS) или систему диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Если технологическая переменная отклоняется от установленной заданной точки (целевой вязкости), контроллер запускает пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контур, активируя автоматический дозирующий насос или дозирующий клапан для впрыскивания рассчитанного корректирующего агента, такого как физиологический раствор или регулятор pH. Эта мгновенная реакция, основанная на данных, является основным механизмом.Интеграция процессов и управление в реальном времениТакой упреждающий контроль предотвращает распространенную производственную ошибку, связанную с превышением критических реологических параметров, в частности, пика кривой концентрации соли, тем самым гарантируя целостность партии и минимизируя высокие затраты, связанные с переработкой партии. Традиционная задержка измерения вынуждает к консервативному дозированию, что часто приводит к получению материала, не соответствующего спецификациям, требующего дорогостоящей переработки или утилизации.
Сложности и проблемы определения вязкости шампуня/кондиционера
Влияние зависимости от времени (тиксотропии) на измерения.
Одной из серьезных проблем в индустрии средств личной гигиены является управление зависящей от времени (тиксотропной) природой многих составов. Тиксотропные жидкости, такие как некоторые кремы и гели, дают непоследовательные данные по вязкости, если измерение не стандартизировано, поскольку значение вязкости изменяется в зависимости от времени, прошедшего с момента последнего воздействия сдвиговых сил на материал. Внедрение...встроенный вискозиметр с уменьшением вязкости при сдвигеТаким образом, эта проблема решается. Датчик измеряет кажущуюся вязкость при стабильной, постоянной скорости сдвига, определяемой технологическим процессом. Такой подход обеспечивает непрерывный, имеющий промышленное значение показатель, который гораздо надежнее и воспроизводимее, чем периодические лабораторные пробы, взятые в состоянии реологического восстановления после ручной обработки.
Изменчивость сырьевых материалов и необходимость прогнозного мониторинга
Изменчивость качества поступающего сырья, например, колебания консистенции поверхностно-активного вещества или незначительные изменения параметров процесса (например, температуры, скорости потока, давления), могут привести к непредсказуемым изменениям вязкости конечного продукта. Непрерывный высокочастотный мониторинг с помощьювстроенный вискозиметр сдвигаЭто позволяет оперативным группам быстро идентифицировать и точно определять влияние конкретных партий сырья на конечный показатель качества. Этот поток данных высокого разрешения является основой для интеграции передовых моделей прогнозирования качества, потенциально в сочетании с другими технологиями, такими как спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона, для поддержания согласованности, несмотря на неизбежную изменчивость входных данных.
Операционная эффективность и общая стоимость владения (TCO)
Снижение частоты брака партий и отходов материалов.
Оперативное обоснование принятиявстроенные ультрасдвиговые вискозиметрыОснована на существенных, поддающихся количественной оценке улучшениях эффективности и контроля качества. Внедрение контроля вязкости в режиме реального времени преобразует управление качеством партий из реактивного в прогнозирующее. Аналогичные промышленные приложения, где вязкость определяет качество продукции (например, полимеризация), показали, что использование вискозиметров, установленных в потоке, может снизить частоту брака партий донольЭтот успех в значительной степени применим и к сложным химическим процессам с использованием поверхностно-активных веществ. Исключение брака партий и предотвращение получения продукции, не соответствующей спецификациям, напрямую приводят к существенной экономии затрат, сводя к минимуму колоссальные потери дорогостоящего сырья и промежуточных продуктов.
Сокращение времени пакетной обработки и обнаружение угроз на конечных точках
Помимо устранения отходов, способностьвстроенный вискозиметр сдвигаМгновенное подтверждение конечных точек реакции или смешивания значительно повышает производительность. Вместо того чтобы полагаться на заранее заданное время смешивания или ждать задержки, связанной с автономной лабораторной проверкой, система мгновенно подтверждает достижение целевой вязкости. В производственных средах, использующих аналогичные технологии, было показано, что такое точное определение конечной точки сокращает время обработки партий до2 часаЭкономия времени позволяет предприятию продолжать работу.больше партий в деньэто позволяет максимально эффективно использовать активы, увеличить общую производственную мощность без дополнительных капитальных затрат и значительно снизить высокое энергопотребление, связанное с длительными циклами смешивания и нагрева.
Низкие затраты на техническое обслуживание и повышенная эксплуатационная надежность
Прочная конструкция датчика, использующая высококачественные материалы, такие как нержавеющая сталь 316L, хастеллой и тефлон, в сочетании с отсутствием внутренних движущихся частей, уплотнений или подшипников, обеспечивает максимальное время безотказной работы и минимальную механическую деградацию от воздействия химических веществ. Кроме того, система спроектирована таким образом, чтобы её можно было калибровать на заводе и поддерживать её надёжность без необходимости частой и сложной полевой калибровки. Такое сочетание факторов обеспечивает долговременную надёжность измерений и значительно снижает трудозатраты на техническое обслуживание, что вносит существенный вклад в низкую стоимость.Общая стоимость владения (TCO).
Обеспечение соответствия стандартам качества и отслеживаемости.
Стабильное и высококачественное производство зависит от строгого соблюдения протоколов и исчерпывающей документации. Поскольку вязкость напрямую влияет на стабильность продукта, срок годности и эксплуатационные характеристики, тщательные протоколы измерения вязкости необходимы для соблюдения нормативных требований и удовлетворения ожиданий потребителей.встроенный ультрасдвиговый вискозиметрСистема обеспечивает высокочастотную регистрацию и сбор данных на протяжении всего производственного цикла, предлагая непрерывную, подробную историю партий, превосходящую ограничения прерывистой дискретной выборки. Эта надежная система архивирования данных гарантирует достоверность результатов.Соответствие стандартам качества и отслеживаемостьдля проведения внутренних аудитов, подготовки документов для регулирующих органов и постмаркетинговых исследований, укрепляя доверие потребителей и репутацию бренда.
Бесшовная интеграция с системами DCS/SCADA
Стандарты передачи данных и спецификации интерфейсов
Ценность данных о вязкости в реальном времени в полной мере реализуется только тогда, когда датчик интегрирован в автоматизированную инфраструктуру предприятия.встроенный ультрасдвиговый вискозиметрспециально разработан длябесшовная интеграция с системами DCS/SCADAОн обеспечивает стандартные промышленные выходы, включая надежный аналоговый сигнал 4-20 мАч, который универсально совместим для прямого ввода в пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы и более простые контуры управления. Кроме того, последовательный канал передачи данных RS485 обеспечивает комплексный цифровой канал, позволяющий передавать данные о вязкости, температуре и состоянии с высоким разрешением для сложных вычислений и сохранения данных. Эта возможность двойного интерфейса обеспечивает универсальность в простых и сложных схемах автоматизации.
Преимущества централизованного управления данными для истории процессов и аналитики.
Интеграциявстроенный вискозиметр сдвигаИнтеграция в распределенную систему управления (DCS) или систему SCADA позволяет централизованно собирать, обрабатывать и визуализировать высокоточные реологические данные наряду с другими критически важными параметрами процесса, такими как температура и давление. Централизация предоставляет операторам данные в режиме реального времени, пригодные для принятия решений, которые отображаются на настраиваемых панелях мониторинга, что значительно улучшает процесс принятия решений и оперативное управление. Кроме того, централизация этих данных о вязкости в режиме реального времени в системе архивирования позволяет группам контроля качества проводить всесторонний анализ после завершения партии. Они могут сопоставлять изменения вязкости с изменчивостью ингредиентов, скоростью мешалки или термическими событиями, поддерживая непрерывную, подробную запись, необходимую для тщательной прослеживаемости партий и надежной документации соответствия.
Интеграция измерения вязкости в реальном времени в системы промышленного интернета вещей.
Установка непрерывного высокоточного датчика.встроенный ультрасдвиговый вискозиметрЭто не просто модернизация системы измерений; это фундаментальный шаг на пути к внедрению принципов Индустрии 4.0. Предоставление стабильных, высокоточных реологических данных в цифровом виде (через RS485) идеально соответствует текущей трансформации в сторону промышленного Интернета вещей (IIoT). Этот высокоточный поток данных необходим для разработки и обучения передовых алгоритмов управления и моделей машинного обучения, необходимых для прогнозного контроля качества и динамической оптимизации процессов. Интегрируя вязкость в качестве основного компонента общей архитектуры автоматизации, предприятие по производству средств личной гигиены может перейти от статического управления с фиксированными параметрами к гибкой, динамической оптимизации, обеспечивая тем самым...вязкость шампуняА другие реологические параметры остаются неизменными независимо от присущих им изменений на входе или в окружающей среде.
Производство неньютоновских жидкостей, таких как шампунь и кондиционер для волос, требует точного реологического контроля, который традиционно недостижим. Настоятельно рекомендуется, чтобы руководители производственных операций уделяли приоритетное внимание закупке и интеграции...встроенные ультрасдвиговые вискозиметрыс использованием стандартных систем DCS/SCADA. Эти инвестиции обеспечивают необходимый высокоточный поток данных, требуемый для автоматизированного, прогнозного контроля качества, гарантируя долгосрочную стабильность качества продукции и создавая необходимую основу для передового цифрового производства.процесс производства кондиционера для волосоптимизация.
