Онлайнвіскозиметри з високим зсувомзабезпечують точні вимірювання в'язкості в режимі реального часу безпосередньо на виробничих лініях. Для неньютонівських рідин, таких як шампунь і кондиціонер, які демонструють поведінку розрідження при зсуві, коли в'язкість падає під дією потоку, їхні критичні переваги полягають у врахуванні динамічних властивостей потоку, які не враховують традиційні лабораторні прилади.
Щоis tВ'язкістьoШампунь?
В'язкість, яка науково визначається як опір рідини внутрішньому потоку, однозначно є критичним атрибутом якості (КЯ) у виробництві засобів особистої гігієни, зокрема шампуню та кондиціонера для волосся. Ця фізична властивість визначає стабільність продукту, текстуру, сенсорне сприйняття та загальну продуктивність під час дозування та використання. У той час як в'язкість забезпечує міру густоти. Для складних хімічних формуляцій, таких як шампунь та кондиціонер.
гомогенізація виробництва шампуню
*
Розрідження при зсуві, псевдопластичність та тиксотропія
На відміну від ньютонівських рідин, таких як вода, де в'язкість залишається постійною незалежно від прикладеної сили зсуву, в'язкість складних водних систем поверхнево-активних речовин, таких як шампунь і кондиціонер, є дуже мінливою та повністю залежить від застосованої швидкості зсуву. Ця визначальна характеристика класифікує їх якНеньютонівські рідиниНайбільш релевантна спостережувана поведінка – цеЗсувне розрідження, також відома як псевдопластичність, де видимав'язкість шампунюрізко зменшується зі збільшенням швидкості зсуву. Ця властивість навмисно закладена в конструкцію продукту: формуляція повинна підтримувати високу в'язкість (низький опір течії), щоб залишатися стабільною всередині пляшки та прилипати до руки (середовище з низьким зсувом), але її в'язкість повинна миттєво знижуватися (висока текучість) при стисканні, перекачуванні або розподілі по волоссю (середовище з високим зсувом).
Крім того, багато загущених емульсій та гелів для особистої гігієни, включаючи деякі кондиціонери та лосьйони, демонструють залежну від часу реологічну поведінку, відому як тиксотропія. Тиксотропні матеріали стоншуються під дією зсуву, але їм потрібен певний час для відновлення своєї початкової структури з вищою в'язкістю після зняття напруги.
Подолання обмежень вимірювань
Недоліки традиційних лабораторних (офлайн) методів віскозиметрії
Покладання на традиційні лабораторні методи для складних неньютонівських рідин призводить до системної неефективності та ризиків. Ручний відбір проб та лабораторні випробування за своєю суттю призводять до значних затримок у часі, перетворюючи забезпечення якості на реактивний крок корекції після обробки. Під час цієї затримки вся партія може продовжуватися далі, але через кілька годин її бракують. Крім того, більшість стандартних лабораторних віскозиметрів вимірюють в'язкість при низьких або неконтрольованих швидкостях зсуву, отримуючи дані, які не мають відношення до середовищ з високим зсувом, що зустрічаються в реакторах, насосах та передавальних лініях. Це особливо виснажливо для високопродуктивних...проріджування зсувупродукти. Посилюючи це,тиксотропнийХарактер багатьох рецептур означає, що показники в'язкості дуже чутливі до обробки зразка та часу, що минув з моменту виникнення напруги змішування в рідині, що призводить до поганої повторюваності та невідповідності між партіями. Зрештою, процес ручного відбору проб несе в собі невід'ємні ризики забруднення, процедурних невідповідностей та людських помилок, що спотворює результати та збільшує виробничі витрати.
Вбудований віскозиметр високого зсуву
Щоб обійти ці фундаментальні обмеження, галузь дедалі частіше впроваджуєвбудовані ультразсувні віскозиметриЦі прилади пропонують безперервне вимірювання в'язкості в режимі реального часу безпосередньо на виробничій лінії. Цей перехід до безперервного збору даних дозволяє динамічно регулювати умови процесу на основі зворотного зв'язку щодо в'язкості в реальному часі, що є важливим для забезпечення консистенції продукту, оптимізації виробничої продуктивності та суттєвого зменшення відходів матеріалу. Інтеграція цих датчиків упроцес виробництва шампунюфундаментально перетворює контроль якості з функції тестування на активну функцію контролю процесу.
Ультразсувний віскозиметр Lonnmeter
Лоннметрвбудований ультразсувний віскозиметрПрацює на основі принципу вібрації. Серцевий чутливий елемент являє собою міцну стрижнеподібну структуру, яка вібрує крутильним шляхом вздовж своєї центральної осі з фіксованою резонансною частотою. Коли елемент зсуває рідину по своїй поверхні, він втрачає кінетичну енергію через внутрішній опір рідини, відомий як сили в'язкого опору. Ступінь втрати енергії, або механічного демпфування, прямо пропорційний в'язкості рідини: вища в'язкість призводить до більшого опору та більшої дисипації енергії. Електронні компоненти датчика виявляють цю втрату енергії, а передавач обробляє сигнал, перетворюючи його на чітке, точне та в режимі реального часу значення в'язкості. Таке використання крутильного резонатора є дуже вигідним, оскільки робить датчик за своєю суттю стабільним, краще ізольованим від зовнішньої вібрації та чутливим переважно лише до дисипативних сил в'язкості рідини.
Технічні характеристики та робочий діапазон
Прилад Lonnmeter демонструє надійну інженерію, необхідну для складних промислових середовищ, забезпечуючи надійність, точність та хімічну сумісність.
Таблиця: Технічні характеристики ультразсувного віскозиметра Lonnmeter
| Параметр | Специфікація/Діапазон | Актуальність для виробництва засобів особистої гігієни |
| Діапазон в'язкості | 1 - 1 000 000 сП | Достатньо для покриття сировини (розрідженої води) аж до висококонцентрованих, високов'язких готових продуктів. |
| Точність | ±2% ~5% | Забезпечує точний контроль якості, необхідний для високоцінних хімічних рецептур, та суворе дотримання CQA. |
| Повторюваність | ±1% ~ ±2\% | Критично важливо для досягнення суворої узгодженості між партіями та дотримання суворих регуляторних і споживчих стандартів. |
| Експлуатаційна надійність | IP65, вибухозахищений (Ex dIIBT6) | Підходить для змивання, агресивних середовищ та небезпечних зон, що зазвичай зустрічаються під час хімічної обробки. |
| Вихід/Інтерфейс | В'язкість 4 - 20 мА постійного струму / RS485 | Стандартні галузеві результати длябезшовна інтеграція з системами DCS/SCADAта ПЛК. |
| Контакти матеріалів | 316 L, тефлон, хастеллой | Забезпечує корозійну стійкість до водних розчинів поверхнево-активних речовин, загусників та регуляторів pH. |
Дізнайтеся більше про вимірювачі щільності
Стратегічне впровадження на виробничих лініях
Повний огляд технологічного процесу виробництва шампуню/кондиціонера
Theпроцес виробництва шампуню/кондиціонера– це багатоетапна послідовність, розроблена для забезпечення рівномірного розподілу інгредієнтів та стабільного формування кінцевої емульсії. Основні етапи включають: підготовку сировини (очищення, нагрівання, попереднє розчинення твердих речовин); змішування, реакцію та емульгування (послідовне додавання поверхнево-активних речовин, кондиціонуючих агентів та модифікаторів в'язкості); гомогенізацію (змішування з високим зусиллям зсуву для стабілізації емульсії та додавання кінцевих добавок, таких як ароматизатори та барвники); перевірку якості; і, нарешті, розлив та упаковку. Контроль в'язкості – це не окрема перевірка якості, а динамічна, безперервна вимога на кількох етапах.
Визначення ключових точок вимірювання в лініях шампуню/кондиціонера для контролю в'язкості
Стратегічне розташуваннявбудований віскозиметр зсувує важливим для створення ефективних систем керування із замкнутим циклом. Мета полягає в миттєвому моніторингу змін CQA протягом фаз, коли коригування ще можливе, запобігаючи прогресуванню відхилень якості. Визначено три критичні точки моніторингу:
| Етап процесу | Обґрунтування вимірювання | Необхідна дія керування / цикл |
| P-1: Додавання загусника/солі після додавання (первинна контрольна точка) | Вимірює миттєве регулювання структури міцелярної мережі, підтверджуючи негайний ефект модифікаторів в'язкості. | Впровадження замкнутого ПІД-керування для точного дозування розчину електроліту (солі) або хімікатів для регулювання pH у режимі реального часу. Це має вирішальне значення для уникнення різкого зниження в'язкості, пов'язаного з перевищенням максимуму параболічної "сольової кривої". |
| P-2: Вихідний отвір резервуара для попередньої гомогенізації/збірного бака | Контролює довготривалу стабільність, забезпечуючи правильне тиксотропне відновлення та консистенцію сипучого продукту перед остаточним змішуванням та обробкою високим зсувом. | Коригування часу витримки партії або залишкової інтенсивності перемішування. Забезпечує стабільну структуру базової емульсії перед початком роботи, запобігаючи високому навантаженню обладнання через надмірно в'язкий продукт. |
| P-3: Передача кінцевого продукту (лінія попереднього розливу) | Забезпечує остаточну перевірку консистенції продукту, гарантуючи відповідність реологічних властивостей вимогам до автоматизованого розливного обладнання (характеристики текучості) та використання споживачами (дозування). | Високоточне керування заслінкою якості: автоматичне перенаправлення нестандартного продукту до резервуара для переробки або негайне регулювання швидкості потоку об'ємної фасувальної машини. |
Постійний моніторинг в'язкості протягом усього процесу, особливо на етапах P-2 та P-3, забезпечує неруйнівне підтвердження структури готової емульсії. Під час гомогенізації багато емульсій зазнають значного збільшення в'язкості зі зменшенням розміру крапель, і величина цього збільшення служить надійним показником загальної якості та стабільності емульсії. Моніторинг у режимі реального часу допомагає визначити бажану кінцеву точку змішування/змішування та дозволяє адаптивно коригувати такі параметри, як інтенсивність або час перемішування. Ця можливість зміщує контроль якості з виявлення дефектів продукту на активне запобігання таким проблемам, як розділення фаз або утворення кремоподібних утворень, що зрештою збільшує термін придатності.
Замкнуте керування та модуляція в'язкості
Як контролювати в'язкість шампуню та реологію кондиціонера
Контроль надв'язкість шампунюРеологія кондиціонера досягається завдяки точному управлінню кількома взаємодіючими факторами, включаючи тип і концентрацію поверхнево-активних речовин, концентрацію доданих полімерів або загусників, температуру, рівні pH (які впливають на взаємодію зарядів) та концентрацію електролітів, таких як сіль. З цих методів додавання солей часто є найекономічнішим і найпоширенішим механізмом, що використовується для модуляції в'язкості в системах поверхнево-активних речовин на основі сульфатів.
Роль електролітів: розуміння сольової кривої та динаміки міцелярної мережі
Механізм контролю, що включає електроліти, головним чином хлорид натрію, базується на впливі іонів солі на міцелярну мережу водної системи поверхнево-активних речовин. Цей зв'язок є помітно нелінійним і відповідає параболічній функції, відомій як «сольова крива». Спочатку невеликі додавання солі збільшуютьв'язкість шампунюшляхом екранування електростатичного відштовхування між головними групами поверхнево-активних речовин. Це екранування сприяє росту та заплутуванню міцелярної речовини, що призводить до загущення. В'язкість досягає піку при оптимальній концентрації електроліту; однак перевищення цієї критичної концентрації призводить до надмірного розгалуження міцелярної речовини та швидкого, різкого зниження в'язкості (розрідження). Враховуючи, що промислово відповідний діапазон для прийнятнихв'язкість шампунючасто є вузьким сегментом цієї кривої (наприклад, від 3 до 15 Па/с), тому підтримувати стабільність у цьому невеликому робочому вікні дуже складно без високоточних вимірювань у режимі реального часу.
Механізми регулювання в'язкості в режимі реального часу: автоматичне дозування та модуляція pH
Розгортаннявбудований ультразсувний віскозиметрсприяє справжньому замкнутому циклу керування процесом. Датчик миттєво вимірює видиму в'язкість рідини (змінну процесу) та передає ці дані назад до розподіленої системи керування (DCS) або системи диспетчерського керування та збору даних (SCADA). Якщо змінна процесу відхиляється від встановленого заданого значення (цільової в'язкості), контролер виконує пропорційно-інтегрально-похідний (PID) цикл, активуючи автоматичний дозуючий насос або вимірювальний клапан для введення розрахованого коригувального агента, такого як фізіологічний розчин або регулятор pH. Ця негайна реакція на основі даних є основним механізмом...Інтеграція процесів та управління в режимі реального часуТакий проактивний контроль запобігає поширеній помилці виробництва, яка полягає у перевищенні критичних реологічних параметрів, зокрема піку кривої солі, тим самим гарантуючи цілісність партії та мінімізуючи високі витрати, пов'язані з її переробкою. Традиційне запізнення вимірювання змушує дотримуватися консервативного дозування, що часто призводить до отримання матеріалу, що не відповідає специфікаціям, і потребує дорогої переробки або утилізації.
Складнощі та проблеми визначення в'язкості шампуню/кондиціонера
Вплив часової залежності (тиксотропії) на вимірювання
Значною проблемою в індустрії засобів особистої гігієни є управління залежністю від часу (тиксотропністю) багатьох рецептур. Тиксотропні рідини, такі як деякі креми та гелі, дають суперечливі дані про в'язкість, якщо вимірювання не стандартизоване, оскільки значення в'язкості змінюється залежно від часу, що минув з моменту останнього струсу матеріалу. Завдяки застосуваннювбудований віскозиметр для розрідження зсуву, ця проблема вирішується. Датчик вимірює видиму в'язкість за стабільної, постійної швидкості зсуву, що визначається потоком процесу. Такий підхід забезпечує безперервне, промислово значуще отримання даних, яке є набагато надійнішим та повторюванішим, ніж періодичні лабораторні зразки, відібрані у стані реологічного відновлення після ручного обробки.
Мінливість сировини та необхідність прогнозного моніторингу
Мінливість якості вхідної сировини, така як коливання консистенції поверхнево-активних речовин або незначні зміни параметрів процесу (наприклад, температури, швидкості потоку, тиску), може призвести до непередбачуваних змін в'язкості кінцевого продукту. Безперервний високочастотний моніторинг за допомогоювбудований віскозиметр зсувудозволяє операційним командам швидко ідентифікувати та точно визначити вплив конкретних партій сировини на кінцеву критичну якість (CQA). Цей потік даних високої роздільної здатності є основою для інтеграції передових моделей прогнозування якості, потенційно в поєднанні з іншими технологіями, такими як ближня інфрачервона спектроскопія (NIR), для підтримки узгодженості, незважаючи на неминучу мінливість вхідних даних.
Операційна ефективність та загальна вартість володіння (TCO)
Зменшення рівня браку партій та відходів матеріалів
Операційне обґрунтування прийняттявбудовані ультразсувні віскозиметрибазується на значних, кількісно вимірюваних покращеннях ефективності та контролю якості. Впровадження контролю в'язкості в режимі реального часу перетворює управління якістю партій з реактивного на прогнозне. Порівнянні промислові застосування, де в'язкість диктує якість продукту (наприклад, полімеризація), продемонстрували, що використання вбудованих віскозиметрів може знизити рівень відмов партій донульЦей успіх можна легко перенести на складну хімію поверхнево-активних речовин. Усунення браку партій та запобігання виробництву невідповідної продукції безпосередньо призводить до суттєвої економії коштів, зменшуючи колосальні втрати дорогої сировини та проміжних продуктів.
Скорочення часу пакетної обробки та виявлення кінцевої точки
Окрім усунення відходів, здатністьвбудований віскозиметр зсувуМиттєве підтвердження кінцевих точок реакції або змішування радикально покращує продуктивність. Замість того, щоб покладатися на заздалегідь визначений час змішування або чекати на затримку, пов'язану з автономною лабораторною перевіркою, система миттєво підтверджує досягнення цільової в'язкості. У виробничих середовищах, що використовують подібні технології, було показано, що таке точне визначення кінцевих точок скорочує час обробки партій до...2 годиниЦя економія часу дозволяє об'єкту працюватибільше партій на день, максимізуючи використання активів, збільшуючи загальну виробничу потужність без подальших капітальних витрат та значно знижуючи високе споживання енергії, пов'язане з тривалими циклами змішування та нагрівання.
Низький рівень обслуговування та підвищена експлуатаційна надійність
Міцна конструкція датчика, виготовлена з високоякісних матеріалів, таких як нержавіюча сталь 316 L, сплав Хастеллой та тефлон, у поєднанні з відсутністю внутрішніх рухомих частин, ущільнень або підшипників, забезпечує максимальний час безвідмовної роботи та мінімальну механічну деградацію від хімічного впливу. Крім того, система спроектована таким чином, щоб її можна було калібрувати на заводі та підтримувати її надійність без необхідності частого та складного калібрування в польових умовах. Це поєднання факторів забезпечує довгострокову надійність вимірювань та значно знижує витрати на оплату праці, пов'язані з технічним обслуговуванням, що суттєво сприяє низькому...Загальна вартість володіння (TCO).
Забезпечення відповідності якості та відстеження
Стабільне, високоякісне виробництво залежить від суворого дотримання протоколів та вичерпної документації. Оскільки в'язкість безпосередньо визначає стабільність продукту, термін придатності та експлуатаційні характеристики, ретельні протоколи вимірювання в'язкості є важливими для дотримання нормативних вимог та задоволення очікувань споживачів.вбудований ультразсувний віскозиметрСистема забезпечує високочастотну реєстрацію та збір даних протягом усього виробничого циклу, пропонуючи безперервну, детальну історію партій, яка перевершує обмеження періодичного дискретного відбору проб. Така надійна історизація даних забезпечує надійністьВідповідність якості та відстеженнядля внутрішніх аудитів, подання заяв до регуляторних органів та післяринкових досліджень, зміцнюючи довіру споживачів та репутацію бренду.
Безшовна інтеграція з системами DCS/SCADA
Стандарти передачі даних та специфікації інтерфейсу
Цінність даних про в'язкість у режимі реального часу повністю реалізується лише тоді, коли датчик інтегровано в інфраструктуру автоматизації заводу.вбудований ультразсувний віскозиметрспеціально розроблений длябезшовна інтеграція з системами DCS/SCADAВін забезпечує стандартні промислові виходи, включаючи надійний аналоговий сигнал 4-20 мА постійного струму, який універсально сумісний для прямого введення в пропорційно-інтегрально-диференціальні (PID) контролери та простіші контури керування. Крім того, послідовний канал передачі даних RS485 забезпечує комплексний цифровий канал, що дозволяє передавати дані високої роздільної здатності про в'язкість, температуру та стан для розширених обчислень та історизації. Ця можливість подвійного інтерфейсу забезпечує універсальність як у простих, так і в складних схемах автоматизації.
Переваги централізованого управління даними для історизації та аналітики процесів
Інтеграціявбудований віскозиметр зсувуІнтеграція в розподілену систему керування (DCS) або систему SCADA дозволяє централізовано збирати, обробляти та візуалізувати високоточні реологічні дані поряд з іншими критичними параметрами процесу, такими як температура та тиск. Централізація надає операторам дані в режимі реального часу, що відображаються на налаштованих інформаційних панелях, що значно покращує прийняття рішень та операційний контроль. Крім того, централізація цих даних про в'язкість у режимі реального часу в історичному архіві дозволяє командам контролю якості виконувати комплексний аналіз після партії. Вони можуть співвідносити зміни в'язкості з мінливістю інгредієнтів, швидкістю мішалки або тепловими подіями, ведучи безперервний, детальний облік, необхідний для ретельного відстеження партій та надійної документації відповідності.
Інтеграція в'язкості реального часу в рамки IIoT
Встановлення безперервної системи високої роздільної здатностівбудований ультразсувний віскозиметрявляє собою більше, ніж просто оновлення вимірювань; це фундаментальний крок до впровадження принципів Індустрії 4.0. Забезпечення стабільних, високоточних реологічних даних у цифровому вигляді (через RS485) ідеально узгоджується з поточною трансформацією до промислового Інтернету речей (IIoT). Цей високоточний потік даних є важливим для розробки та навчання передових алгоритмів керування та моделей машинного навчання, необхідних для прогнозного контролю якості та динамічної оптимізації процесів. Інтегруючи в'язкість як основний компонент загальної архітектури автоматизації, виробниче підприємство з виробництва засобів особистої гігієни може перейти від статичного керування з фіксованими параметрами до гнучкої, динамічної оптимізації, забезпечуючи, щов'язкість шампунюта інші реологічні цілі залишаються незмінними незалежно від властивих варіацій вище за течією або навколишнього середовища.
Виробництво неньютонівських рідин, таких як шампунь та кондиціонер для волосся, вимагає точного реологічного контролю, який традиційно застосовується. Керівникам виробничих операцій наполегливо рекомендується надавати пріоритет закупівлям та інтеграції...вбудовані ультразсувні віскозиметризі стандартними системами DCS/SCADA. Ці інвестиції забезпечують необхідний високоточний потік даних для автоматизованого, прогнозного контролю якості, гарантуючи довгострокову стабільність продукції та створюючи необхідну основу для передового цифрового виробництва тапроцес виробництва кондиціонера для волоссяоптимізація.
