อุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพและกระบวนการทางชีวภาพทั่วโลกกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างพื้นฐานจากการดำเนินงานแบบดั้งเดิมเป็นชุดๆ ไปสู่การผลิตแบบต่อเนื่องและอัตโนมัติ การวัดแบบเรียลไทม์ช่วยตรวจสอบพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญแบบเรียลไทม์และให้การสนับสนุนการปรับปรุงกระบวนการให้เหมาะสมทันท่วงที การวัดความหนืดแบบดั้งเดิมในการควบคุมกระบวนการอาศัยการสุ่มตัวอย่างด้วยตนเองเป็นระยะๆ และการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการแบบออฟไลน์ ซึ่งก่อให้เกิดความไม่มีประสิทธิภาพและความเสี่ยงอย่างมาก และทำให้การปรับกระบวนการล่าช้า การผลิตเกินกำหนด และการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้มาตรฐาน
พลศาสตร์ของไหลในการย่อยสลายสารตั้งต้นด้วยเอนไซม์
ความสัมพันธ์ระหว่างเอนไซม์และสารตั้งต้น
การไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์เป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาที่เอนไซม์ช่วยในการแยกโมเลกุลของสารตั้งต้นที่ซับซ้อนออกเป็นส่วนประกอบที่เล็กลง ในกรณีเฉพาะของเซลลูเลสที่ทำงานกับพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) หน้าที่หลักของเอนไซม์คือการไฮโดรไลซ์พันธะไกลโคไซด์ภายในสายโซ่พอลิเมอร์ยาว การกระทำนี้จะสลาย CMC อย่างเป็นระบบ ลดความยาวของสายโซ่และน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลรีดิวซิงที่มีสายโซ่สั้นกว่า จะสะสมอยู่ในสารละลายเมื่อกระบวนการดำเนินไป อัตราการสลายตัวนี้มีความสัมพันธ์โดยตรงกับกิจกรรมของเอนไซม์ภายใต้สภาวะการทำงานเฉพาะของอุณหภูมิและ pH
ความเชื่อมโยงของทฤษฎีเครเมอร์
ความสัมพันธ์ระหว่างกิจกรรมของเอนไซม์และคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกลางปฏิกิริยาเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ทฤษฎีของเครเมอร์ ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานในจลนศาสตร์เคมี ระบุว่ากระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน เช่น การเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ ได้รับอิทธิพลจากความหนืดของตัวทำละลายโดยรอบ เมื่อความหนืดของตัวทำละลายเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานที่กระทำต่อโครงสร้างของเอนไซม์ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นนี้จะยับยั้งการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่จำเป็น ทำให้วงจรการเร่งปฏิกิริยาช้าลงและลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงสุด หรือ Vmax ลง
ในทางกลับกัน การลดลงของความหนืดระดับมหภาคของสารละลายจะลดแรงเสียดทานเหล่านี้ ซึ่งตามทฤษฎีของเครเมอร์ส จะช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานของเอนไซม์ในเชิงเร่งปฏิกิริยา ในบริบทของการย่อยสลายสารตั้งต้นที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ กิจกรรมของเอนไซม์จะทำให้ความหนืดของสารละลายลดลงโดยตรง ก่อให้เกิดวงจรป้อนกลับที่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางรีโอโลยีของตัวกลางทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้โดยตรงถึงความสำเร็จของเอนไซม์
เจาะลึกเรื่องสมบัติทางรีโอโลยีของของเหลวที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน
ความแตกต่างระหว่างของไหลแบบนิวตันและของไหลแบบไม่นิวตัน
พฤติกรรมทางรีโอโลยีของของเหลวถูกกำหนดโดยความหนืดและการตอบสนองของสมบัติดังกล่าวต่อแรงเฉือนที่กระทำ สำหรับของเหลวแบบนิวตัน ความสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉือน (τ) และอัตราการเฉือน (γ˙) เป็นแบบเชิงเส้นและแปรผันตรง โดยมีค่าคงที่ของการแปรผันตรงคือความหนืด (μ) ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยกฎความหนืดของนิวตัน:
τ=μγ˙
ในทางตรงกันข้าม ของเหลวที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันแสดงความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกว่า โดยที่ความหนืดไม่คงที่ แต่แปรผันตามอัตราการเฉือน พฤติกรรมนี้เป็นลักษณะเฉพาะของของเหลวอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนหลายชนิด รวมถึงสารละลายโพลีเมอร์ เช่น CMC
พฤติกรรมที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันของสารละลายโพลิเมอร์ที่มีมวลโมเลกุลสูง
การสลายตัวของพอลิเมอร์ที่มีมวลโมเลกุลสูง (HMW polymers) เป็นกระบวนการที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันโดยเนื้อแท้ สารละลายพอลิเมอร์ เช่น CMC มักแสดงพฤติกรรมความหนืดลดลงเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการคลายตัวและการเรียงตัวของขดพอลิเมอร์ยาวในทิศทางการไหล ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานภายในของของเหลว ที่ความเข้มข้นสูง (เช่น มากกว่า 1%) สารละลาย CMC บางชนิดอาจแสดงพฤติกรรมความหนืดเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้นในตอนแรก เนื่องจากการก่อตัวของกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดจากการไหล ตามด้วยความหนืดลดลงเมื่ออัตราการเฉือนสูงขึ้น
การทำงานของเอนไซม์เซลลูเลสต่อ CMC เปลี่ยนแปลงลักษณะทางรีโอโลยีของสารนี้อย่างสิ้นเชิง เมื่อเอนไซม์ตัดสายโซ่พอลิเมอร์ยาว น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของสารตั้งต้นจะลดลง การลดลงของความยาวสายโซ่นี้จะลดระดับการพันกันและการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลโดยตรง ส่งผลให้สารละลายมีความหนืดน้อยลง และคุณสมบัติที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการลดความหนืดเมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้น จะลดลง การเปลี่ยนแปลงอย่างมากในรีโอโลยีโดยรวมของของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของความหนืดที่อัตราแรงเฉือนที่กำหนด ถือเป็นสัญญาณที่ชัดเจนของการย่อยสลายด้วยเอนไซม์ที่กำลังดำเนินอยู่
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างความหนืดและกิจกรรม
ความสัมพันธ์ระหว่างการลดลงของความหนืดโดยรวมของสารละลายและการลดลงของน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของโมเลกุลสารตั้งต้นนั้นได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดี เมื่อเอนไซม์เซลลูเลสตัดสายโซ่พอลิเมอร์ ชิ้นส่วนที่ได้จะมีส่วนทำให้ความหนืดโดยรวมของสารละลายลดลงอย่างมาก ความสัมพันธ์นี้ทำให้ความหนืดสามารถทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ที่มีประสิทธิภาพและแบบเรียลไทม์สำหรับความคืบหน้าของปฏิกิริยาเอนไซม์ ซึ่งเป็นทางเลือกที่รวดเร็วกว่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิมซึ่งอาจก่อให้เกิดความล่าช้าอย่างมาก
การวัดอย่างต่อเนื่องจากเครื่องวัดความหนืดแบบออนไลน์ทำหน้าที่เป็นตัวตรวจสอบที่มีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้ การลดลงของความหนืดที่อัตราการเฉือนที่กำหนดจะบ่งชี้โดยตรงและสามารถวัดได้ถึงขอบเขตของการเปลี่ยนสารตั้งต้น และโดยนัยแล้วก็คือการทำงานของเอนไซม์ นี่คือเหตุผลทางวิทยาศาสตร์สำหรับการใช้เครื่องวัดความหนืด Lonnmeter-ND เป็นการวัดทางอ้อมอย่างต่อเนื่องของความคืบหน้าของปฏิกิริยาเอนไซม์
เดอะลอนมิเตอร์-ND เครื่องวัดความหนืดแบบสั่น
หลักการทำงาน: วิธีการสั่นสะเทือน
เครื่องวัดความหนืดแบบออนไลน์ Lonnmeter-ND ทำงานบนหลักการของวิธีการสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นเทคนิคที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม องค์ประกอบการตรวจวัดของเครื่องมือคือแท่งแข็งที่ถูกกระตุ้นให้สั่นและหมุนไปตามทิศทางแกนด้วยความถี่เฉพาะ เมื่อจุ่มลงในของเหลว การสั่นสะเทือนนี้จะถูกต้านทานโดยความหนืดของของเหลว ซึ่งเป็นตัววัดแรงเสียดทานภายใน ความต้านทานนี้ส่งผลให้เกิดการหน่วงหรือการสูญเสียพลังงานจากองค์ประกอบที่สั่น วงจรอิเล็กทรอนิกส์จะตรวจจับการสูญเสียพลังงานนี้ และไมโครโปรเซสเซอร์จะแปลงสัญญาณเป็นค่าความหนืด การวัดหลักนั้นขึ้นอยู่กับการลดลงของรูปคลื่นการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยที่สัญญาณจะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของสัมประสิทธิ์ของเครื่องมือและสัมประสิทธิ์การหน่วงการสั่นสะเทือน (λδ)
วิธีการนี้แตกต่างจากเทคนิคการวัดความหนืดอื่นๆ เช่น วิธีการใช้หลอดแคปิลลารี การหมุน หรือการใช้ลูกบอลตก เนื่องจากวิธีการสั่นสะเทือนให้ผลตอบสนองที่รวดเร็วมากและทนทานต่อสภาพแวดล้อมในการติดตั้งได้ดี นอกจากนี้ยังช่วยลดความซับซ้อนของระบบโดยไม่จำเป็นต้องใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ซีล หรือตลับลูกปืน
ข้อกำหนดทางเทคนิคและความสามารถ
เครื่องวัดความหนืด Lonnmeter-ND ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม มีช่วงการวัดความหนืดกว้างตั้งแต่ 1 ถึง 1,000,000 cP และสามารถปรับใช้กับของเหลวที่มีความหนาและความหนืดสูงมากได้โดยการเปลี่ยนรูปทรงของเซ็นเซอร์ ความแม่นยำพื้นฐานของเครื่องมือระบุไว้ที่ ±2-5% โดยมีความสามารถในการทำซ้ำได้ ±1-2% สำหรับของเหลวแบบนิวตัน อย่างไรก็ตาม เครื่องมือนี้ยังคงสามารถสะท้อนการเปลี่ยนแปลงความหนืดของกระบวนการในของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวตันได้อย่างสม่ำเสมอ
สำหรับงานที่อุณหภูมิและความดันสูง เครื่องวัดความหนืดโดยทั่วไปจะผลิตจากสแตนเลส 316 โดยมีตัวเลือกวัสดุพิเศษ เช่น เทฟลอนหรือฮาสเทลลอย สำหรับสภาวะแวดล้อมเฉพาะ สำหรับการใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ บริษัทได้พัฒนาเวอร์ชันที่มีหัววัดแบบสอดเข้าไปได้ยาวขึ้น ตั้งแต่ 500 มม. ถึง 2000 มม. ทำให้สามารถสอดเข้าไปในภาชนะปฏิกิริยาจากด้านบนลงล่างได้โดยตรง
ข้อได้เปรียบด้านการออกแบบสำหรับสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย
การออกแบบของ Lonnmeter-ND นั้นได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการทางชีวภาพในระดับอุตสาหกรรม เวลาตอบสนองที่รวดเร็วและความสามารถในการทำงานภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการควบคุมแบบเรียลไทม์ การไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวไม่เพียงแต่ลดการบำรุงรักษา แต่ยังทำให้การทำความสะอาดและการฆ่าเชื้อทำได้ง่ายขึ้น (เข้ากันได้กับ CIP/SIP) ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการรักษาสภาพปลอดเชื้อในสภาพแวดล้อมของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ การออกแบบองค์ประกอบที่เปิดเผยเพียงชิ้นเดียวของเซ็นเซอร์และการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องทำให้เซ็นเซอร์ทำความสะอาดตัวเองได้โดยธรรมชาติ ป้องกันการสะสมของผลิตภัณฑ์บนพื้นผิวของเซ็นเซอร์ ซึ่งจะนำไปสู่การอ่านค่าที่ไม่ถูกต้อง
เนื่องจากวิธีการวัดการสั่นสะเทือนมีความไวต่อสภาพการติดตั้งต่ำ Lonnmeter-ND จึงสามารถติดตั้งได้โดยตรงในสายการผลิต ซึ่งให้ข้อมูลป้อนกลับอย่างต่อเนื่องที่แสดงถึงสภาพกระบวนการจริงได้ดีกว่าตัวอย่างในห้องปฏิบัติการเพียงครั้งเดียว เวลาตอบสนองที่รวดเร็วช่วยให้ได้รับข้อมูลป้อนกลับทันที ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการประมวลผลมากเกินไปและรับประกันคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่สม่ำเสมอ ตารางต่อไปนี้สรุปข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคที่สำคัญและผลกระทบต่อการใช้งานในอุตสาหกรรม
| ข้อกำหนดทางเทคนิค | ค่าจากเอกสาร | ความเกี่ยวข้องและข้อได้เปรียบทางอุตสาหกรรม |
| วิธีการวัด | วิธีการสั่นสะเทือน | ให้การตอบสนองที่รวดเร็ว บำรุงรักษาง่าย และทนทานต่อการอุดตัน |
| ช่วงความหนืด | 1 - 1,000,000 cP (ไม่บังคับ) | สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางกับของเหลวหลากหลายชนิด ตั้งแต่ของเหลวใสไปจนถึงสารละลายข้น |
| ความแม่นยำดิบ | ±2% - ±5% | บ่งชี้ถึงความจำเป็นในการปรับเทียบและแก้ไขข้อมูลในระดับระบบเพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงขึ้น |
| ความสามารถในการทำซ้ำ | ±1% - ±2% | แสดงให้เห็นถึงความสม่ำเสมอของเซ็นเซอร์ ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการสร้างแบบจำลองโดยใช้ข้อมูล |
| ออกแบบ | ส่วนประกอบที่เป็นแท่งแข็ง ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ซีล หรือตลับลูกปืน | ช่วยลดการสึกหรอของกลไกและทำให้ทำความสะอาดง่าย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง/อุณหภูมิสูง |
| วัสดุ | เหล็กกล้าไร้สนิม 316 (มาตรฐาน) | ช่วยให้มีความทนทานและต้านทานต่อสารกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมทางเคมีและชีวภาพ |
| การปรับแต่ง | หัววัดแบบยาว (500-2000 มม.) | ช่วยให้สามารถติดตั้งจากด้านบนลงล่างในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีช่องเปิดด้านข้างจำกัด ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมหลายแห่ง |
| เอาต์พุต | 4-20mA, RS485 | อินเทอร์เฟซมาตรฐานอุตสาหกรรมเพื่อการผสานรวมอย่างราบรื่นกับระบบควบคุม PLC/DCS |
การผสานรวมข้อมูลและการเรียนรู้ของเครื่องจักรเพื่อการทำนายแบบเรียลไทม์
ข้อมูลจากห้องปฏิบัติการ DNSA ที่ได้มาเป็นระยะแต่มีความแม่นยำสูง จะถูกนำมาผสานรวมกับข้อมูลที่ได้อย่างต่อเนื่องจากเครื่องวัดความหนืด Lonnmeter-ND และเซ็นเซอร์กระบวนการอื่นๆ เพื่อสร้างแบบจำลองการคาดการณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล วิธีการนี้ใช้ประโยชน์จากอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่อง (ML) ซึ่งเป็นกลไกสำคัญในการบรรลุความแม่นยำตามเป้าหมาย แบบจำลอง ML (เช่น Support Vector Machines, Gaussian Process Regression หรือ Artificial Neural Networks) จะเรียนรู้ความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างค่าความหนืดที่วัดได้แบบออนไลน์ ตัวแปรอื่นๆ ในกระบวนการ (อุณหภูมิ ความดัน) และกิจกรรมของเอนไซม์ที่ "แท้จริง" ตามที่กำหนดโดยการทดสอบ DNSA
กระบวนการผสานรวมนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เซ็นเซอร์ตัวเดียวมีความอ่อนไหวต่อแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนต่างๆ รวมถึงการรบกวนทางไฟฟ้าและทางกล ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงค่าของเซ็นเซอร์ การฝึกฝนโมเดล ML บนชุดข้อมูลแบบหลายรูปแบบที่ครอบคลุม จะช่วยให้สามารถระบุและกรองสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้ได้ ตัวอย่างเช่น ความผันผวนของความดันชั่วคราวอาจทำให้เกิดค่าการอ่านของเครื่องวัดความหนืดที่ผิดพลาดชั่วขณะ โมเดล ML จะรับรู้ว่าค่าที่ผิดพลาดนี้ไม่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในเอาต์พุต DNSA และสามารถละเว้นหรือแก้ไขจุดข้อมูลที่ผิดพลาดนั้นทางคณิตศาสตร์ได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบให้สูงกว่าข้อกำหนดพื้นฐานของเซ็นเซอร์ตัวเดียวอย่างมาก
การเอาชนะความท้าทายในการนำไปใช้ในภาคอุตสาหกรรม
โดยธรรมชาติแล้ว เครื่องวัดความหนืดแบบสั่นมีความไวต่อการสั่นสะเทือนทางกลภายนอกและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) แหล่งกำเนิดเสียง เช่น มอเตอร์ ปั๊ม และอุปกรณ์โรงงานอื่นๆ สามารถสร้างเสียงรบกวนทางกลที่ส่งผลโดยตรงต่อการวัดค่าความหนืดของเซ็นเซอร์ ทำให้ได้ค่าที่อ่านได้ไม่แม่นยำหรือผันผวน ในทำนองเดียวกัน EMI ซึ่งอาจแผ่รังสีหรือนำไฟฟ้าได้ สามารถรบกวนวงจรไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ ทำให้สัญญาณผิดเพี้ยนและประสิทธิภาพลดลง
มีวิธีการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมหลายวิธี ทั้งในระดับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ ที่สามารถลดความท้าทายเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากมุมมองด้านฮาร์ดแวร์ การติดตั้งที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง เซ็นเซอร์ควรวางบนฐานรองที่มั่นคงและป้องกันการสั่นสะเทือน โดยอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงความถี่สูง การออกแบบเครื่องวัดความหนืดบางแบบใช้ "ตัวเรโซเนเตอร์แบบสมดุล" หรือองค์ประกอบเซ็นเซอร์แบบแกนร่วมที่คล้ายกัน ซึ่งบิดไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้แรงบิดปฏิกิริยาภายนอกที่กระทำต่อฐานยึดถูกหักล้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในส่วนของซอฟต์แวร์ มีการใช้อัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณขั้นสูงเพื่อกรองสัญญาณรบกวน วิธีการขั้นสูงเป็นพิเศษวิธีหนึ่งคือการใช้เซ็นเซอร์รอง เช่น มาตรวัดความเร่งภายนอก เพื่อวัดการสั่นสะเทือนภายนอกของตัวเรือนเซ็นเซอร์ สัญญาณ "รบกวน" นี้จะถูกป้อนเข้าสู่ตัวประมวลผลสัญญาณพร้อมกับสัญญาณหลักจากเครื่องวัดความหนืด ตัวประมวลผลจะใช้อัลกอริธึมการกรองเพื่อลบผลกระทบของการสั่นสะเทือนภายนอก ทำให้ได้ค่าที่สะอาดและแม่นยำยิ่งขึ้นลอนมิเตอร์- การที่ ND ใช้หลักการลดทอนสัญญาณด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ร่วมกับไมโครโปรเซสเซอร์ในการแปลงสัญญาณ ทำให้ได้คุณสมบัติการกรองและความทนทานในระดับหนึ่ง
ความน่าเชื่อถือในระยะยาว การบำรุงรักษา และระบบอัตโนมัติ
การรักษาความถูกต้องของข้อมูลตลอดเวลาเป็นสิ่งสำคัญยิ่งสำหรับระบบควบคุมกระบวนการออนไลน์ใดๆ เครื่องมือวัดทั้งหมดอาจเกิด "การเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ" ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพอย่างช้าๆ อันเนื่องมาจากการสึกหรอทางกล การเสื่อมสภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ หรือปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อแก้ไขปัญหานี้ การสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอและเชิงรุกจึงเป็นสิ่งจำเป็น
บทบาทของของเหลวมาตรฐานที่ได้รับการรับรอง
การใช้สารอ้างอิงมาตรฐานที่ได้รับการรับรอง (CRM) เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการสอบเทียบเครื่องวัดความหนืด สารเหล่านี้เป็นของเหลว ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นน้ำมันซิลิโคน ที่แสดงพฤติกรรมแบบนิวตันที่ได้รับการรับรอง และมีความหนืดที่ทราบค่าในช่วงอุณหภูมิต่างๆ เป็นระยะๆ จะมีการถอดเครื่องวัดความหนืดที่ใช้งานอยู่ ออกจากกระบวนการ และตรวจสอบกับสารมาตรฐานเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งรายการ เพื่อยืนยันความถูกต้อง ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพพื้นฐานของเครื่องมือได้รับการรักษาไว้ และค่าที่อ่านได้ยังคงสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตามมาตรฐานระดับชาติหรือระดับสากล
กรอบการทำงานสำหรับการบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์
นอกเหนือจากการแก้ไขค่าความคลาดเคลื่อนแล้ว ข้อมูลที่ได้จากเครื่องวัดความหนืดแบบออนไลน์อย่างต่อเนื่องยังสามารถนำมาใช้ในการวางแผนกลยุทธ์การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ได้อย่างครอบคลุม การตรวจสอบความหนืดของของเหลวแบบเรียลไทม์สามารถใช้เป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าสำหรับปัญหาที่อาจเกิดขึ้น เช่น การเกิดตะกรันในท่อหรือการอุดตัน ซึ่งมักจะเกิดขึ้นหลังจากมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางรีโอโลยีของของเหลว สิ่งนี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้มาตรการป้องกันล่วงหน้าเพื่อทำความสะอาดหรือปรับระบบก่อนที่จะเกิดความเสียหายร้ายแรง ซึ่งจะช่วยประหยัดเวลาหยุดทำงานและค่าใช้จ่ายได้อย่างมากลอนมิเตอร์-การออกแบบที่ต้องการการบำรุงรักษาต่ำและเวลาตอบสนองที่รวดเร็วของ ND ทำให้เป็นส่วนประกอบที่คุ้มค่าและเชื่อถือได้สำหรับกลยุทธ์ประเภทนี้
การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและผลกระทบทางธุรกิจที่วัดผลได้
การเพิ่มประสิทธิภาพการไฮโดรไลซิสของเซลลูเลส
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการเพิ่มประสิทธิภาพการไฮโดรไลซิสโดยใช้เอนไซม์เซลลูเลสในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพระดับอุตสาหกรรม เป้าหมายคือการเพิ่มอัตราการเปลี่ยนเซลลูเลสโมเลกุลสูง/CMC ให้เป็นน้ำตาลรีดิวซิงที่มีมูลค่าสูงสุด ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงการแปรรูปมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้สิ้นเปลืองพลังงานและลดผลผลิตโดยรวม
โดยการนำระบบบูรณาการมาใช้ลอนมิเตอร์ด้วยระบบ ND ผู้ปฏิบัติงานสามารถอ่านค่าความหนืดได้อย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ ซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความคืบหน้าของปฏิกิริยา แทนที่จะต้องพึ่งพาการสุ่มตัวอย่างด้วยตนเองและการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการที่ใช้เวลานานเพื่อกำหนดจุดสิ้นสุด กระบวนการสามารถหยุดได้โดยอัตโนมัติเมื่อค่าความหนืดที่อ่านได้แบบออนไลน์ถึงจุดตั้งค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอในแต่ละล็อตและป้องกันการประมวลผลมากเกินไป ส่งผลให้วงจรการผลิตมีประสิทธิภาพและคาดการณ์ได้มากขึ้น ความสามารถของระบบในการบรรลุความแม่นยำเป้าหมาย 0.3% ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจุดสิ้นสุดจะบรรลุผลด้วยความแม่นยำสูงสุด รับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สม่ำเสมอ
การวัดผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI)
การนำเทคโนโลยีนี้มาใช้จะให้ผลตอบแทนจากการลงทุนที่ชัดเจนและวัดผลได้ในหลายตัวชี้วัดทางธุรกิจที่สำคัญ
เพิ่มผลผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์
ความสามารถในการตรวจสอบและควบคุมปฏิกิริยาของเอนไซม์แบบเรียลไทม์ ช่วยลดของเสียและการผลิตสินค้าที่ไม่ได้มาตรฐาน การควบคุมที่แม่นยำนี้ส่งผลให้ผลผลิตโดยรวมสูงขึ้นและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีคุณภาพสม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อรายได้
ลดต้นทุนการดำเนินงาน
ระบบนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการเก็บตัวอย่างด้วยมือและการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเป็นกิจกรรมที่ต้องใช้แรงงานมากและมีค่าใช้จ่ายสูง นอกจากนี้ การควบคุมแบบเรียลไทม์ยังช่วยป้องกันการประมวลผลมากเกินไป ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและเอนไซม์ราคาแพง การออกแบบที่ต้องการการบำรุงรักษาต่ำของระบบนี้ลอนมิเตอร์-ND ช่วยลดเวลาหยุดทำงานและค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม ซึ่งส่งผลให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานได้มากยิ่งขึ้น
ระบบสนับสนุนการตัดสินใจและการวินิจฉัยข้อผิดพลาดที่ได้รับการปรับปรุง
ข้อมูลที่ได้จากเครื่องวัดความหนืดอย่างต่อเนื่อง เมื่อนำมาผสานรวมเข้ากับระบบควบคุม (PLC/DCS) จะได้ชุดข้อมูลที่หลากหลายสำหรับการวิเคราะห์ขั้นสูง ข้อมูลนี้สามารถนำไปใช้ในการสร้างแบบจำลองและการจำลอง ทำให้สามารถตัดสินใจได้ดีขึ้นและวินิจฉัยความผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงความหนืดอย่างกะทันหันโดยไม่ทราบสาเหตุ อาจบ่งชี้ถึงความล้มเหลวของปั๊มหรือความไม่สม่ำเสมอของวัตถุดิบ ทำให้สามารถดำเนินการแก้ไขได้ทันที
ตารางด้านล่างนี้แสดงการวิเคราะห์เปรียบเทียบระบบวัดความหนืดที่เสนอ กับวิธีการสุ่มตัวอย่างในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม
| เมตริก | วิธีการแบบดั้งเดิม (การเก็บตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ) | วิธีการที่เสนอ (ลอนมิเตอร์-ระบบ ND) |
| การเก็บรวบรวมข้อมูล | การสุ่มตัวอย่างด้วยตนเองเป็นระยะๆ | การตรวจสอบออนไลน์อย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ |
| เวลาตอบสนอง | อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน (เนื่องจากการขนส่งและการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ) | ทันทีทันใด |
| การควบคุมกระบวนการ | การปรับเปลี่ยนที่ล่าช้าและตอบสนองต่อสถานการณ์ | การควบคุมเชิงรุกและทันที |
| ความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ | มีความผันแปรสูงมากในแต่ละล็อตการผลิต | มีความแม่นยำและสม่ำเสมอสูง (เป้าหมาย 0.3%) |
| ต้นทุนแรงงาน | ระดับสูง (การเก็บตัวอย่างด้วยมือ, เจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการ) | ขั้นต่ำ (ระบบอัตโนมัติแบบอินไลน์) |
| เวลาหยุดทำงาน | บ่อยครั้ง (เพื่อการสุ่มตัวอย่าง และเพื่อป้องกันปัญหาการผลิตเกินกำหนด) | ลดต้นทุน (การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ ไม่ต้องรอผลตรวจจากห้องปฏิบัติการ) |
The ลอนมิเตอร์-ND เป็นมากกว่าเซ็นเซอร์ธรรมดา เมื่อผสานรวมเข้ากับระบบที่ครอบคลุมและขับเคลื่อนด้วยข้อมูล มันจะกลายเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพและขาดไม่ได้สำหรับการควบคุมกระบวนการทางชีวภาพลอนมิเตอร์-การออกแบบที่ทนทาน บำรุงรักษาง่าย และเวลาตอบสนองที่รวดเร็วของ ND เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาวะที่รุนแรงในกระบวนการผลิตทางชีวภาพในระดับอุตสาหกรรม
วันที่เผยแพร่: 10 กันยายน 2025
