مراقبة اللزوجة المباشرة لتطبيقات التذرية
التذرية هي عملية تُستخدم لتفتيت السائل إلى قطرات دقيقة، وعادةً ما تتم...
مراقبة تخثر الجبن وأتمتة التقطيع مع قياسات اللزوجة المباشرة
- يُعدّ ملمس المنتج وتناسقه من أهم العوامل التي تهم العميل - ففي مجال التصنيع، تُعتبر اللزوجة هي المعيار المرتبط بضمان تناسق الملمس وملمس المنتج.
- البيانات التي تم جمعها ومعالجتها بواسطة Rheonics تساعدك مقاييس اللزوجة على تقليل التباين بشكل كبير مما يؤدي إلى احتفاظ أكبر بالمواد الصلبة وبالتالي زيادة الإنتاج.
- يتم رسم ديناميكيات الصلابة وصلابة هلام الحليب مباشرة أمام أعين صانعي الجبن لتحليل سريع، واستجابة سريعة، وفي النهاية تقطيع الهلام آلياً.
جدول المحتويات
- المقدمة
- تطبيق
- اللزوجة كأداة لمراقبة الجودة في إنتاج الجبن
- تحديات مراقبة إنتاج الجبن
- Rheonics الحلول
- مجسات اللزوجة والكثافة
- الحل المتكامل RPS CoaguTrack
- يُوصى بالتركيب في حوض الجبن
- أفضل الممارسات والتوصيات
المقدمة
يُعدّ الجبن غذاءً أساسياً في أجزاء كثيرة من العالم، حيث يُولي المستهلكون أهمية بالغة لمذاقه وقوامه. ويزداد تأثير القوام أهميةً نظراً لتفاعله المعقد مع مكوناته الأخرى الأكثر أهمية: المذاق والرائحة والنكهة. ومع ازدياد حدة المنافسة، يتزايد التركيز على كفاءة الإنتاج وجودة المنتج، وأصبح استخدام أنظمة التحكم في العمليات لتحقيق هذه الأهداف أمراً شائعاً، مما يُسفر عن فوائد عديدة، منها تحسين جودة المنتج، وتقليل الهدر، وخفض تكاليف المواد والطاقة، وترشيد وقت المعالجة، وزيادة مرونة العملية.
صناعة الجبن عمليةٌ مُوحَّدةٌ للغاية، يتم خلالها تحويل الحليب إلى أنواعٍ مختلفةٍ من الجبن عبر التحلل الأنزيمي لبروتينات الكازين لتكوين الخثارة. مع ذلك، يختلف حجم هذه العملية اختلافًا كبيرًا من مُنتِجٍ لآخر. يُمكن تصنيع الجبن في مصانع ألبانٍ تجاريةٍ ضخمةٍ في خزاناتٍ تملأ غرفةً كاملة، أو يُصنع بمهارةٍ في أحواضٍ حرفيةٍ صغيرة، أو يُصنع في قدرٍ كبيرٍ في مرآبٍ منزلي. وبغض النظر عن الحجم، يُعد تحديد وقت التقطيع بدقةٍ أمرًا بالغ الأهمية لجودة وكمية الجبن المُنتَج.
في صناعة منتجات الألبان، تعتمد جودة المنتج النهائي بشكل كبير على جودة المواد الخام المستخدمة، ونوع وخصائص المكونات، ومنهجية وتقنية التصنيع المتبعة. ونظرًا لاختلاف المواد الخام تبعًا للتقلبات الموسمية (كما هو الحال مع الحليب)، تبرز مزايا خاصة لاستخدام أجهزة الاستشعار التي تحدد الحالة الديناميكية للعملية بشكل فوري ومباشر.
الشكل 1: أجهزة تخثير أسطوانية لمعالجة الخثارة (المصدر – GEA)
تطبيق
يُعرَّف الجبن بأنه المنتج الطازج أو الناضج الناتج عن تخثر الحليب وفصل الطورين السائل والصلب اللذين يُشكلان خثرة الحليب، وهما مصل اللبن والخثارة على التوالي. تُعالَج الخثارة لاحقًا لتُصبح جبنًا. يُعد تكوين هلام الحليب وتقطيعه إلى حبيبات خثارة لفصل مصل اللبن عمليتين أساسيتين في صناعة الجبن. تتكون الخطوة الأولى من تكوين الهلام من عدم استقرار جزيئات الكازين الغروية نتيجةً للتعديل الكيميائي للغلاف الخارجي الواقي من الكازين (κ-casin) بواسطة عوامل التخثر. أما الخطوة الثانية فتتكون من تجمع جزيئات الكازين غير المستقرة لتكوين شبكة الهلام. ويؤدي المزيد من الترابط بين جزيئات الكازين إلى تكوين هلام متماسك.
في معظم أنواع الجبن، لا ينفصل مصل اللبن عن الخثارة تلقائيًا، بل يتطلب الأمر تقطيع الجل إلى مكعبات صغيرة (حبيبات الخثارة). تزيد هذه العملية من نسبة مساحة سطح الجل إلى حجمه، مما يسمح لمصل اللبن بالخروج بينما تنكمش حبيبات الخثارة.
يعتمد معدل احتفاظ الحليب بالمواد الصلبة في الخثارة بشكل كبير على صلابة الهلام بعد التقطيع. ويُقاس معدل احتفاظ المواد الصلبة، أو ما يُعرف بـ"مردود الحوض"، على عكس مردود الجبن الإجمالي، تحديدًا أداء مرحلة التخثر، ويمثل كفاءة مرحلتي التخثر وتقطيع الهلام في تحويل الحليب إلى خثارة الجبن.
مراقبة التخثر
حظيت عملية تخثر الحليب، وخاصةً أثناء صناعة الجبن، باهتمام كبير. ويُعدّ التقدير الفوري لتماسك الخثارة والتنبؤ بوقت التقطيع أمرين أساسيين للتحكم في تخثر الحليب أثناء صناعة الجبن. وتؤثر التغيرات في تركيبة الحليب وظروف التخثر تأثيراً كبيراً على صلابة الخثارة، وبالتالي على وقت التقطيع.
تميل المصانع الصغيرة إلى امتلاك جداول إنتاج أكثر مرونة، مما يُسهم في زيادة تباين مدة عمليات التخثر. في المقابل، تتميز المصانع الكبيرة بأتمتة عالية، وبرمجة دقيقة لخطط الإنتاج، مما يمنع في كثير من الأحيان تعديل وقت التخثر. وتلجأ هذه المصانع إلى توحيد معايير الحليب للتحكم في العملية. ولكن لسوء الحظ، يبقى هناك دائمًا خطر حدوث تغييرات في ظروف المعالجة وأخطاء بشرية، مما قد يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة نتيجة لتسلسل الإنتاج واسع النطاق.
يمكن لجهاز استشعار مدمج يراقب تطور التخثر وصلابة الخثارة أن يوفر معلومات في الوقت الفعلي تسمح للمشغلين باتخاذ التدابير المناسبة لتقليل فقدان الدهون والشوائب.
ما المقصود بـ "تقليص الوقت" ولماذا يعتبر تقليص الوقت مهماً للغاية؟
في صناعة الجبن، يجب تقطيع الخثارة عندما تصبح متماسكة بما يكفي لتشكيل جزيئات منفصلة، تطرد مصل اللبن دون أن تتفتت. لهذا السبب، تتم عملية تقطيع الخثارة بعد فترة من بدء التصلب. وهذا يستلزم قياس تماسك الجل أثناء تشكله وحتى يصبح جاهزًا للانفصال.
تكتمل عملية التخثر عند تكوّن هلام متماسك من البروتينات المتجمعة. تُعرف هذه المرحلة بـ"وقت القطع"، أو المرحلة التي يجب فيها قطع الهلام لفصل الخثارة عن مصل اللبن السائل. عند قطع الهلام، يخضع لعملية انفصال مصل اللبن، وهي عملية يتم خلالها طرد بروتينات مصل اللبن السائل. عند اكتمال عملية انفصال مصل اللبن، يكون المنتج النهائي عبارة عن جزيئات خثارة معلقة في مصل اللبن السائل.
يعتمد اختيار وقت القطع (CT) على الخصائص الريولوجية والبنية المجهرية للهلام، مثل صلابة الخثرة وقدرتها على إعادة الترتيب، والتي بدورها تعتمد على عوامل التخثر وتكوين الحليب والمعالجة المسبقة للحليب.
لهذا السبب، يؤثر اختيار آلة التقطيع بشكل كبير على رطوبة الجبن، وكميته، وجودته، بالإضافة إلى فقدان دهون مصل اللبن. كما أن سرعة التقطيع والتحريك تؤثر بشكل ملحوظ على حجم جزيئات الخثارة و/أو فقدان الدهون في مصل اللبن أثناء التصريف. عند ثبات سرعة التقطيع والتحريك، يؤدي تقطيع الجل مبكرًا جدًا إلى زيادة التأثير الميكانيكي لعمليات التقطيع والتحريك على حبيبات الخثارة، مما يزيد من فقدان جزيئات الخثارة الدقيقة ودهون مصل اللبن، وبالتالي يقلل من كمية الجبن المنتجة.
على النقيض من ذلك، يميل تأخير عملية التقطيع إلى إحداث تأثير معاكس على إنتاجية الجبن. ولكن، يؤدي التأخير المفرط في التقطيع أيضًا إلى تكوين هلام متماسك للغاية، غير قادر على الانهيار، مما يزيد من محتوى الرطوبة في الخثارة. ويتسبب محتوى الرطوبة الزائد في زيادة وهمية في الإنتاجية، وقد يُغير عملية النضج، مما يؤثر سلبًا على جودة الجبن. ولم يتم توثيق الأثر الاقتصادي لاختيار جبن غير مناسب لعملية التقطيع، من حيث الإنتاجية والجودة، بشكل دقيق.
الشكل 2: طرق التنبؤ بوقت القطع في صناعة الجبن، إم كاستيلو (2006)
بغض النظر عن حجم المُنتِج ونوع الجبن، تُعدّ مرحلة تقطيع هلام الحليب على الأرجح أقل مراحل صناعة الجبن تحكمًا، ويعتمد جزء كبير من إجمالي إنتاج الجبن على هذه المرحلة الحاسمة. يحتاج صانعو الجبن إلى جهاز لقياس صلابة تخثر الحليب بدقة وفي الوقت الفعلي لاتخاذ القرار الصائب في اللحظة المناسبة. اعتمدت التقنيات المبكرة على مكابس أو أغشية متحركة، تستشعر مقاومة الخثرة للحركة. إلا أن هذه التقنيات عانت من عيب يتمثل في أن الحركة كانت تُؤدي إلى تفتيت الهلام أثناء تكوّنه، مما يُعيق قياس مرونته. ورغم أن هذه الأجهزة أثبتت فائدتها الكبيرة في أبحاث صناعة الجبن، إلا أن استخدامها اقتصر على العمل المخبري نظرًا لحجمها وصعوبة دمجها وتأثيرها على عملية صنع الجبن.
عمليًا، يُقطع الجل عادةً بعد انقضاء وقت تفاعل محدد مسبقًا، أو بناءً على تقدير المُشغِّل استنادًا إلى تقييمه الشخصي لخصائص الجل من حيث الملمس والمظهر. هذه ممارسة شائعة جدًا، لكن موثوقيتها محل شك، نظرًا لوجود العديد من العوامل التي قد تُؤثر على صلابة الخثارة وبنية الجل الدقيقة، مما يُؤدي إلى تغيير وقت القطع الأمثل.
يلجأ العديد من مصنّعي الجبن إلى الفحص اليدوي، وهي تقنية معروفة بعيوبها، كعدم إمكانية إجراء الاختبار في الوقت الفعلي وقلة صانعي الجبن ذوي الخبرة. كما أنها طريقة ذاتية وليست كمية. مع ذلك، تترك هذه الطريقة هامشًا واسعًا للتفاوت بناءً على تقدير الفاحص. ومع نمو صناعة الألبان وبدء تصنيع الجبن في منشآت إنتاج أكبر، بات من الواضح ضرورة تطوير طريقة أكثر علمية ومعيارية لتحديد وقت التقطيع.
ثمة احتمال آخر يتمثل في تقطيع الخثارة بالاعتماد على الفحص التجريبي. يستطيع صانعو الجبن تحديد وقت التقطيع بدقة مذهلة بناءً على خبرتهم، لكن من المؤكد أنه لا يمكن تحسينه باستخدام طريقة الفحص التجريبي.
تقيس معظم الأنظمة غير المدمرة التغيرات في موصلية بعض الخصائص الفيزيائية، مثل التيار الكهربائي والحرارة والموجات فوق الصوتية والإشعاع الكهرومغناطيسي. تزداد الموصلية الكهربائية بنسبة 0.5-1% أثناء تخثر الحليب، إلا أن هذه التقنية الرصدية تعاني من بعض القيود الهامة، مثل معامل درجة الحرارة العالي للموصلية واحتمالية تداخل الإلكتروليتات الأصلية للحليب مع القياس. يكشف مستشعر الموصلية الحرارية عن التغيرات في انتقال الحرارة بالحمل من سلك ساخن إلى الحليب المحيط، والناتجة عن تغير اللزوجة أثناء التخثر.
أثبت مستشعر السلك الساخن قدرته على قياس نقطة التصلب بدقة عالية، ولكنه لم يكن دقيقًا في التنبؤ بنقطة قطع الخثارة. تزداد اللزوجة بشكل كبير بين بداية التكتل وبداية التخثر المرئي، مما يجعل السلك الساخن غير مناسب لقياس صلابة الهلام. كما أن السلك الساخن غير ملائم لبيئة بروتينية متغيرة، حيث يؤثر البروتين بشكل كبير على معدل تماسك الخثارة، بينما يكون تأثيره طفيفًا على وقت بدء تشكل الهلام، وهو ما يقيسه السلك الساخن.
يُجبر غياب توصيف دقيق لتقنية التخثر (CT) والتغيرات المعتادة في محتوى بروتين الحليب مصانع الجبن الحديثة على توحيد محتوى البروتين في الحليب في محاولة للتحكم في التخثر، وتماسك الهلام، وانفصال مصل اللبن، وإنتاجية الجبن، وجودة المنتج. وقد طُرحت العديد من التقنيات المختلفة على مدى أكثر من سبعة عقود لمراقبة تخثر الحليب وتماسك اللبن، مما يُظهر بوضوح أن المتطلبات الصناعية لاختيار تقنية التخثر لم تُلبَّ بشكل كامل بالطرق التقليدية.
يُعرف تفاعل جسيمات الضوء مع جسيمات المادة، والذي قد يؤدي إلى تغيير اتجاه جسيمات الضوء أو فقدان أو اكتساب جزء من طاقتها، باسم "تشتت الضوء". وتختلف شدة هذا التشتت باختلاف المواد التي يتفاعل معها الضوء، ولذا فإن تفسير تشتت الضوء له تطبيقات عديدة. أحد هذه التطبيقات هو في صناعة الجبن، حيث طُوّرت بنجاح عدة طرق بصرية لمراقبة التخثر والتنبؤ بوقت تقطيع أنواع معينة من الجبن. يتشتت الضوء في جميع الاتجاهات عند اصطدامه بالمذيلات، ولذلك يكون امتصاصه من قِبل البروتين ضئيلاً.
في حالة مراقبة التخثر أو التنبؤ بوقت القطع باستخدام تشتت الضوء، تدخل عدة عوامل مختلفة في الحسبان. أولًا، كما ذُكر سابقًا، يتشتت الضوء عن المذيلات في الحليب في جميع الاتجاهات. مع ذلك، في عملية صناعة الجبن، بعد إضافة الإنزيم، تبدأ المذيلات بالتفكك والتجمع. ويكون تشتت الضوء عن المذيلات المتفككة أكثر كثافة. لذا، يمكن استخدام هذه الخاصية لتفاعلات الضوء لتحديد مدى تماسك الخثرة.
بما أن وقت التقطيع يُحدد بناءً على نموذج، فإنه يوجد دائمًا تباين بين وقت التقطيع الفعلي والوقت المتوقع. وعند إجراء تغييرات على التركيبة والمكونات، قد يتطلب الأمر دائمًا ابتكار نموذج جديد أكثر ملاءمة لتقديم تنبؤات موثوقة، لأن هذه الطريقة ليست مباشرة.
يتطلب تطوير خوارزمية للتنبؤ بوقت القطع استخلاص العلاقة بين المعايير من منحنى الانعكاس المنتشر ووقت القطع. ولا بد من وجود خطأ في القياس عند استخدام الطرق غير المباشرة.
اللزوجة كأداة لمراقبة الجودة في إنتاج الجبن
تُعدّ خصائص الحليب المستخدم في عملية صناعة الجبن من أهم العوامل المؤثرة فيها. وتُعتبر بروتينات الحليب، على وجه الخصوص، بالغة الأهمية لجودة الجبن، إذ يعتمد مذاقه النهائي بشكل كبير على بنية هذه البروتينات وتفاعلاتها. ويمكن أن تؤثر التغييرات في تركيبة الحليب على طعم الجبن وملمسه بطرقٍ متنوعة. ولذلك، تُوحّد تركيبة الحليب في عملية صناعة الجبن بدقة عالية لتحقيق نسب متجانسة من الدهون إلى البروتين، وذلك بحسب نوع الحليب المطلوب.
تأثر تأثير موسمية الحليب بمتغيرات أخرى غير مضبوطة (المعالجة الحرارية، درجة الحرارة، الرقم الهيدروجيني، ونوع المنفحة). وهذا يُظهر أهمية القياس المباشر، إذ لم يكن من الممكن التنبؤ بصلابة الخثارة في صناعة الجبن التجارية من خلال القياسات غير المباشرة نظرًا لتأثيرات التفاعل بين العديد من المتغيرات.
قياسات العمليات المضمنة في التصنيع المستمر لتحسين الإنتاجية والسلامة.
مع ازدياد ميكنة صناعة الجبن وتزايد أهمية مسائل سلامة الغذاء، بدأت مصانع الجبن التجارية بالعمل حول سلسلة من الأحواض المغلقة، مما قلل من فرص صانع الجبن في تقييم قوة الهلام يدويًا. وقد أدى حجم عمليات المصانع الحديثة، إلى جانب المتطلبات المتزايدة باستمرار لمراقبة الجودة، إلى الاهتمام بأنظمة مراقبة تكوين الخثارة بشكل فوري. إضافةً إلى ذلك، يتطلب التشغيل المتزامن لمجموعة من أحواض الجبن دورة زمنية محددة، حيث تُملأ جميع الأحواض وتُفرغ بالتتابع لضمان تدفق مستمر للحليب من وحدة الاستلام/البسترة. لذا، يُعدّ وجود جهاز لقياس تكوين الخثارة بشكل فوري أمرًا مرغوبًا للغاية، ولكنه يجب أن يكون غير تدخلي وقابلًا للتنظيف في مكانه. هناك سببان رئيسيان يجعلان قياس العملية بشكل فوري ذا قيمة بالغة:
- الإنتاج المستمر: لدعم العمليات الآلية في الصناعات وتسهيل توسيع نطاق عمليات الإنتاج، يحتاج مصنّعو الجبن إلى أجهزة قياس موثوقة توفر لهم بيانات آنية تمكنهم من التكيف السريع. ويساهم أتمتة الإجراءات التصحيحية وتقليل الحاجة إلى التدخل اليدوي في رفع معايير السلامة وزيادة موثوقية العمليات.
- معايير السلامة والنظافة في تصنيع الأغذية: ثمة حاجة ماسة للتخلي عن القياسات اليدوية، التي قد تُخلّ بالمعايير التنظيمية وتوقعات العملاء فيما يتعلق بالنظافة. يجب أن تكون أجهزة القياس المدمجة مزودة بوصلات صحية، وأن تكون سهلة التنظيف، ومتوافقة مع أنظمة التنظيف والتعقيم في الموقع (CIP/SIP).
الشكل 3: خزانات الجبن الصناعية (المصدر – TetraPak)
مقياس لزوجة مدمج لقياس وقت القطع
يمكن لعمليات التصنيع النموذجية في صناعة الألبان، كالدورات الحرارية والعمليات الميكانيكية (التقليب، الترشيح، العجن، الضغط، إلخ)، أن تُغير بشكل ملحوظ الخصائص الريولوجية، وبالتالي خصائص المنتج النهائي. وللتحكم في عملية التصنيع، يجب أولاً تحديد خاصية أو معيار يُميز الحالة الراهنة للعملية، ثم قياسه. تُعد اللزوجة خاصية فيزيائية أساسية للحليب المتخثر، إذ تُتيح فهمًا أعمق لما يحدث بالضبط على المستوى الجزيئي، وغالبًا ما تُحدد حالة العملية بدقة، سواءً بمفردها أو بالاشتراك مع خصائص فيزيائية وكيميائية أخرى.
بالمقارنة مع طرق القياس الأخرى عبر الإنترنت، مثل طريقة السلك الساخن والطرق البصرية، يُعدّ قياس اللزوجة طريقة مباشرة، إذ لا حاجة للاعتماد على نماذج التنبؤ أو التقديرات. يتميز مقياس اللزوجة المدمج بصغر حجمه وسهولة تركيبه، كما أنه متوافق مع المعايير الصحية، ويتكامل بسهولة مع نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) الصناعي، مما يوفر قيمة كبيرة لمصنعي الألبان في تحديد توقيت تقطيع الجبن بدقة.
أكثر بكثير من مجرد تقليل الوقت المحدد لصانعي الجبن
يجب أن يتميز الجبن المُنتَج بجودة عالية ثابتة وفقًا لمواصفات صارمة، وذلك باستخدام مواد خام قد تختلف في تركيبها أو خصائصها الفيزيائية. ويتوقع المستهلك أن يتمتع المنتج بقوام مناسب ومتجانس، وهي خاصية تتأثر باللزوجة.
باختصار، يمكن أن يوفر قياس اللزوجة والتحكم فيها أثناء عملية الإنتاج وسيلة فعالة ومفيدة للتحكم في عملية تصنيع الجبن من خلال الطرق الرئيسية التالية:
- الكشف عن نقطة نهاية عملية الخلط والتجانس والتخثر: أثناء عملية التخثر، يُعدّ تحديد اللزوجة مفيدًا في تحديد استقرار العملية ونقطة النهاية. خلال عملية التجنيس، تشهد التركيبة زيادة ملحوظة في اللزوجة مع انخفاض حجم القطرات. وبالتالي، تُعدّ قيمة هذه الزيادة مؤشرًا جيدًا على جودة المستحلب. يُمكّن رصد اللزوجة أثناء العملية من إجراء تعديلات يدوية أو تلقائية على شدة التحريك وسرعة الدوران ومتغيرات المعالجة الأخرى حسب الحاجة.
- إدارة ومعالجة أفضل للمكونات: يرتبط التركيز ارتباطًا وثيقًا باللزوجة؛ وبالتالي، يمكن استخدام معلومات اللزوجة بشكل فعال للتنبؤ أو التحقق المتبادل
لهذه الأسباب، يمكن أن يوفر قياس اللزوجة الذي يتم الحصول عليه باستخدام مقياس اللزوجة المدمج معيارًا ممتازًا لمراقبة الجودة ويضمن ضمان الجودة/مراقبة الجودة للعملية والمنتج النهائي.
تحديات مراقبة إنتاج الجبن
يدرك المهندسون ومشغلو المصانع في مجال معالجة منتجات الألبان ضرورة قياس اللزوجة والتدخل من خلال إجراءات تصحيحية مناسبة لضمان جودة عالية وثبات في خصائص انسياب المنتج. ومع ذلك، فقد شكلت هذه القياسات تحديًا لهم على مر السنين.
إن أخذ العينات العشوائية دون اتصال بالإنترنت غير موثوق به ببساطة وغير مناسب لصناعة الألبان
غالبًا ما تتطلب مراقبة لزوجة سائل في عملية ما أخذ عينة منه من خزان أو خط أنابيب، ونقلها إلى مختبر حيث تُقاس خصائصها الريولوجية باستخدام مقياس لزوجة أو مقياس ريولوجي. وبناءً على النتائج، يجب إبلاغ مشغل العملية ما إذا كانت لزوجة السائل ضمن النطاق المطلوب، أو إذا لزم اتخاذ إجراء إضافي، فحينها يجب إجراء قياسات جديدة بعد التدخل. يُطلق على هذا النظام اسم التحكم اليدوي أو غير المتصل بالخط، وله عدة عيوب واضحة، فهو يستغرق وقتًا طويلاً وغالبًا ما يكون غير دقيق، حتى مع المشغلين ذوي الخبرة. وفي أغلب الأحيان، تكون النتائج متأخرة جدًا بحيث لا يمكن إنقاذ دفعة الإنتاج.
البديل هو استخدام مقياس لزوجة مدمج يراقب لزوجة سائل العملية باستمرار طوال العملية. يُصدر هذا الجهاز إشارة خرج، وعند عرضها، تُزوّد المشغل بالمعلومات اللازمة للتحكم في العملية. كما يمكن توصيل مخرجات مقياس اللزوجة بوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) أو نظام تحكم رقمي (DCS) للتحكم الآلي في العملية.
مشاكل في أجهزة قياس اللزوجة التقليدية للتثبيت المباشر
تواجه مقاييس اللزوجة التقليدية مشاكل تتعلق بتدفق السوائل في خطوط الأنابيب وخزانات الخلط. وبشكل عام، لا تعمل مقاييس اللزوجة بكفاءة في التدفق المضطرب. وتقتصر كفاءة الأجهزة الدورانية على معدل تدفق أقصى محدد. أما مقاييس اللزوجة التي تعتمد على انخفاض الضغط، فيجب التحكم في التدفق. ويمكن تجنب المشاكل المتعلقة بالتدفق عن طريق تركيب مقياس اللزوجة أثناء التشغيل وضبط تدفق العينة بما يتناسب مع الجهاز. ويرتبط زمن استجابة الجهاز بظروف التدفق، إذ يتطلب التحكم الفعال معدل تجديد مناسب للعينة. وفي حالة التركيب في الخزانات، يُفضل وضع الجهاز في موضع يُمثل فيه السائل المجاور الحالة العامة لسائل العملية، وتجنب المناطق الراكدة. ويجب أن تكون الأجهزة المستخدمة في بيئة العمليات متينة وقادرة على مقاومة أي مواد أكالة قد تتعرض لها، خاصة أثناء التنظيف.
Rheonicsحلول لمراقبة التخثر في صناعة الجبن
في عمليات تصنيع الأغذية المستمرة، مثل صناعة الجبن، يُعدّ الاستشعار الفوري والمُدمج في العملية أمرًا بالغ الأهمية للتحكم الدقيق فيها. فمن خلال القياس المستمر لظروف العملية، يستطيع المصنّعون تحسين الأداء، وتعزيز اتساق المنتج، وتقليل الفاقد.
لكي تكون أجهزة الاستشعار فعالة في هذه البيئات الصناعية، يجب أن تتكامل بسلاسة مع أنظمة التحكم، وأن تقدم قياسات مستقرة في ظل ظروف التدفق والبيئة المتغيرة، وأن تحافظ على التشغيل الصحي والموثوق بمرور الوقت وتغيرات درجة الحرارة.
Rheonicsصُممت أجهزة الاستشعار المدمجة لتلبية هذه المتطلبات، مما يتيح مستويات أعلى من الأتمتة ويدعم التحول الرقمي في إنتاج الألبان. وبفضل بيانات العمليات الموثوقة، يستطيع مهندسو المصانع تطبيق الصيانة التنبؤية، وتحسين الكفاءة التشغيلية، وضمان جودة المنتج وإنتاجيته وأدائه بشكل متسق.
أجهزة قياس اللزوجة والكثافة
- في النسق لزوجة قياسات: Rheonics' SRV يوفر المستشعر قياسًا مستمرًا وفوريًا وواسع النطاق للزوجة في جميع ظروف العملية. فهو يكشف حتى عن التغيرات الطفيفة في قوام السائل، مما يتيح مراقبة دقيقة طوال عملية الإنتاج.
- في النسق اللزوجة والكثافة قياسات: Rheonics' SRD هو جهاز قياس متزامن للكثافة واللزوجة. إذا كان قياس الكثافة مهمًا لعملياتك، فإن جهاز SRD هو أفضل مستشعر يلبي احتياجاتك، إذ يتمتع بقدرات تشغيلية مماثلة لجهاز SRV، بالإضافة إلى دقة عالية في قياس الكثافة.
أثناء عملية إنتاج الجبن، ترتبط اللزوجة ارتباطًا مباشرًا بصلابة الخثارة. Rheonics تتيح أجهزة الاستشعار SRV و SRD مراقبة تطور الصلابة في الوقت الحقيقي أثناء التخثر - مما يتيح الكشف الدقيق عن نقطة القطع المثلى وتحسين الإنتاجية الإجمالية والاتساق.
المزايا
Rheonics تعتمد أجهزة الاستشعار على تقنية الرنان الالتوائي المتوازن (BTR) الحاصلة على براءة اختراع، والتي توفر العديد من المزايا:
- تصميم مدمج وخفيف الوزن
- مقاومة عالية للاهتزازات الخارجية
- تركيب بسيط (للمصنع الأصلي أو التحديث)
- لا يتطلب صيانة أو إعادة معايرة
- لا يحتوي على مواد استهلاكية أو أجزاء متحركة
- دقة ثابتة بغض النظر عن موضع التركيب
- تصميم صحي متوافق مع عمليات التنظيف CIP/SIP
تؤدي هذه الميزات إلى قياسات موثوقة للغاية وتكاليف تشغيل منخفضة للغاية على مدار العمر الافتراضي.
الكل Rheonics صُممت مجسات النوع SR ببنية صحية، مما يجعلها مناسبة للاستخدامات الصحية. تتوفر شهادات مثل 3-A و EHEDG عند الحاجة. لمزيد من التفاصيل، تفضل بزيارة Rheonics تركيبات صحية ونظيفة.
الشكل 4: الشهادات الصحية المتاحة لـ Rheonics أجهزة الاستشعار
الأنظمة المتكاملة RPS CoaguTrack
Rheonics CoaguTrack RPS يُعدّ هذا النظام حلاً متكاملاً لمراقبة حركية التخثر والصلابة. فهو يجمع بين أجهزة استشعار مدمجة وبرمجيات صناعية وأنظمة تحكم متكاملة لتتبع ما يلي:
- سرعة التخثر
- تطوير الشركات
- سلوك درجة الحرارة
يقوم النظام تلقائياً بتحديد نقطة القطع المثلى بناءً على معايير الوصفة المحددة مسبقاً. وهذا يضمن الاحتفاظ بأقصى قدر من المواد الصلبة في الحليب وجودة منتج ثابتة.
CoaguTrack يمكن دمجها مباشرة في أنظمة أتمتة المصانع أو تشغيلها عبر لوحة تحكم محلية، مما يتيح سير العمل الآلي وسير العمل بمساعدة المشغل.
الشكل 5: نظرة عامة على Rheonics RPS CoaguTrack تم تطبيقه في إنتاج الجبن
تركيب جهاز الاستشعار
Rheonics تُركّب أجهزة الاستشعار عادةً مباشرةً في حوض الجبن للمراقبة الآنية. هذا التكوين المدمج يُغني عن الحاجة إلى أنظمة التجاوز ويضمن قياسات ثابتة ودقيقة بغض النظر عن ظروف التدفق أو الاهتزاز.
لمراقبة تخثر الجبن، Rheonics تُثبّت مجسات SRV وSRD مباشرةً في حوض الجبن لإجراء قياسات فورية للزوجة (الصلابة) والكثافة. لا حاجة لخط جانبي: يمكن غمر المجس مباشرةً في خط الإنتاج؛ ولا يؤثر معدل التدفق أو الاهتزازات على استقرار القياس ودقته. حسّن أداء الخلط من خلال إجراء اختبارات متكررة ومتتالية ومتسقة على السائل.
أنواع مجسات الاستشعار المقترحة
يُوصى باستخدام أنواع المجسات التالية لهذا التطبيق. وهي حاصلة على شهادات 3-A و EHEDG. ولتركيب صحي بالكامل، اتبع ما يلي: دليل EHPRG والتوصيات الواردة أدناه.
-
النوع X1-12G: وصلة ملولبة G1/2 بوصة، مثالية للتركيبات المستوية مع الحد الأدنى من المناطق الميتة أو انعدامها. يُوصى باستخدامها مع الملحقات HAW-12G-OTK وPLG-12G، وهما وصلة اللحام وقابس الزينة على التوالي. تتمثل ميزة هذا الحل في التخلص من المناطق الميتة، حيث يُنشئ تركيبًا مستويًا.
الشكل 6: مقياس الكثافة واللزوجة المدمج SRV وSRD X1-12G بخيط G1/2 بوصة
-
Tri-Clamp وصلة (متوفرة بأحجام 1.5 بوصة وأكبر)، تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصحية
الشكل 7: مقياس الكثافة واللزوجة المدمج SRV وSRD X3-15T Tri-Clamp 1.5 "
-
خيارات إضافية: تتوفر حواف Varinline ووصلات معالجة صحية أخرى. كما تتوفر مجسات إدخال طويلة (الخيار X5).
للحصول على قياسات دقيقة، يجب أن يكون كل من مستشعري SRV وSRD:
- مغمور بالكامل في سائل العملية
- خالٍ من الرواسب أو العوائق في منطقة الاستشعار
الرقم 8: Rheonics مناطق استشعار SRV وSRD
متطلبات إضافية لـ SRD
- الحفاظ على الاستقرار الحراري عندما تتجاوز تدرجات درجة الحرارة 15 درجة مئوية. لمعرفة المزيد.
- قم بمحاذاة طرف الاستشعار مع اتجاه التدفق، وهو أمر مهم للتركيب في الأنابيب. لمعرفة المزيد.
التثبيت في وعاء الجبن
في قاع الحوض أو جداره
للتركيب في حوض الجبن، Rheonics يجب إدخال المجسات بعمق كافٍ بحيث تغمر منطقة الاستشعار في السائل المراد قياسه. ويتم ذلك عادةً باستخدام منافذ ملحومة. أما بالنسبة للتطبيقات الصحية، Rheonics يوفر ملحقات لحام لـ G 1/2 بوصة و Tri-Clamp وصلات العمليات. تتميز هذه اللحامات بارتفاع أقصر، مما يقلل أو يزيل تمامًا المناطق الميتة في التركيب.
الرقم 9: Rheonics تم تركيب جهاز SRV-X1-12G في قاع حوض الجبن باستخدام وصلة اللحام HAW-12G
يُعدّ HAW-12G-OTK وصلة لحام صحية مصممة لأجهزة الاستشعار ذات وصلات لولبية G 1/2 بوصة. توفر هذه الوصلة إحكامًا صحيًا وآمنًا، بالإضافة إلى غمر مناسب للتطبيقات الصحية. لمزيد من التفاصيل، انظر HAW-12G-OTK.
الرقم 10: Rheonics تركيب HAW-12G-OTK المدمج
WFT-15T هو منتج صحي Tri-Clamp وصلة لحام مصممة لأجهزة الاستشعار مع Tri-Clamp وصلات العمليات. يضمن ذلك إحكامًا موثوقًا وصحيًا وغمرًا مناسبًا لعنصر الاستشعار في التطبيقات الصحية. لمزيد من التفاصيل، انظر WFT-15T.
الرقم 11: Rheonics حلقات تثبيت قصيرة WFT-15T
من أعلى الخزان
تتضمن هذه الطريقة تثبيت المسبار على جدار الخزان وغمره عموديًا في السائل. يُمكن تطبيق ذلك في بعض أنواع الخزانات ذات الغطاء المفتوح أو في تجهيزات الاختبار مثل الخزانات الصغيرة أو الكؤوس. وتكمن ميزة هذه الطريقة في سهولة الوصول إلى المسبار وإمكانية إزالته بسهولة عند الحاجة.
Rheonics تُقدم بعض الملحقات لتثبيت المجس وتركيبه في الخزانات المفتوحة. على سبيل المثال، ملحق APC و تركيب أطقم تُستخدم هذه الأدوات لتثبيت المسبار في نقطة ثابتة على الخزان. يتطلب هذا التركيب عادةً نوعًا من المسبار ذي طول إدخال طويل، أي -X5 or -X8.
الرقم 12: Rheonics مثال على طقم التثبيت للتركيب من أعلى الخزان
أفضل الممارسات والتوصيات
المرحلة الأولى
بعد التثبيت Rheonics مستشعر و/أو Rheonics RPS CoaguTrackتُراعى عادةً فترة مراقبة وتعلم أولية. ولا تزال إجراءات التشغيل العادية، مثل الفحص البصري أو التقطيع في أوقات محددة مسبقًا، ضرورية للتحكم في العملية. ويُوصى بإجراء ذلك على مدار أسبوعين تقريبًا ومع أكبر عدد ممكن من المنتجات/الوصفات التي تنتجها الشركة، وذلك للحصول على بيانات تمثيلية جيدة من Rheonics أجهزة الاستشعار. يُقترح استخدام القياسات الخارجية الشائعة في صناعة الجبن قبل وأثناء وبعد الإنتاج، مثل كميات المنفحة والبروتين والحليب والدهون ووزن الجبن النهائي ودرجة الحموضة، وما إلى ذلك، بحيث يمكن استخدام هذه المتغيرات لاحقًا في تحليل البيانات. الهدف هو تحديد عتبات الصلابة المثلى لكل وصفة. بمجرد الحصول عليها، يمكن أتمتة العملية بالكامل.
عملية التحسين
بمجرد جمع البيانات الكافية:
- حدد نقاط القطع بدقة بناءً على الصلابة المقاسة
- الانتقال إلى التحكم الآلي باستخدام CoaguTrack
- تحسين الأداء باستمرار من خلال تحليل البيانات
نقطة التثبيت في ضريبة القيمة المضافة
Rheonics يمكن تركيب مجسات الاستشعار من أسفل الخزان أو جداره أو أعلاه. يختار معظم العملاء أفضل نقطة تركيب بناءً على قيود تصميم الخزان. ومع ذلك، قد يكون من المفيد إجراء الاختبارات في نقاط مختلفة، حتى في الوقت نفسه باستخدام عدة مجسات. Rheonics باستخدام أجهزة الاستشعار، يمكن فهم أين يتم الحصول على أفضل القياسات وأكثرها تمثيلاً. يمكن أن تُظهر المنتجات والوصفات المختلفة بيانات أكثر قيمة في نقاط مختلفة من الخزان.
المنتج (المنتجات) المقترحة للتطبيق
- نطاق لزوجة واسع – مراقبة العملية بأكملها
- قياسات قابلة للتكرار في كل من السوائل النيوتونية وغير النيوتونية، والسوائل أحادية الطور ومتعددة الأطوار.
- جميع الأجزاء الملامسة للسائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ومحكمة الإغلاق.
- قياس درجة حرارة السائل المدمج
- تصميم صغير الحجم لسهولة التركيب في خطوط الإنتاج الحالية
- سهل التنظيف، لا يحتاج إلى صيانة أو إعادة تهيئة
- جهاز واحد لقياس كثافة العمليات ولزوجتها ودرجة حرارتها
- قياسات قابلة للتكرار في كل من السوائل النيوتونية وغير النيوتونية، والسوائل أحادية الطور ومتعددة الأطوار.
- هيكل معدني بالكامل (فولاذ مقاوم للصدأ 316L)
- قياس درجة حرارة السائل المدمج
- تصميم صغير الحجم لسهولة التركيب في الأنابيب الموجودة
- سهل التنظيف، لا يحتاج إلى صيانة أو إعادة تهيئة
ملاحظات التطبيق ذات الصلة
إنتاج المايونيز و Rheonics مراقبة اللزوجة المباشرة
المايونيز، وهو نوع من التوابل التي تحظى بشعبية عالمية، عبارة عن مستحلب كلاسيكي من الزيت في الماء، ويختلف عن مستحلبات الماء في الزيت مثل...
حليب الجير (ملاط حليب الجير) - مراقبة وضبط التركيز الأمثل في الوقت الفعلي
بالنسبة لمهندسي العمليات، من الضروري تطوير طريقة فعالة وموثوقة للمراقبة و...
تعمل مقاييس اللزوجة المدمجة على تحسين كفاءة عمليات التجفيف بالرش في صناعة مسحوق الحليب
تتضمن عملية تحويل الحليب السائل إلى مسحوق جاف إزالة معظم الماء...