يُعدّ إنتاج البوليمرات أحد أهم مجالات الكيمياء التطبيقية نظرًا لتعدد تطبيقاته الصناعية وتأثيره الاقتصادي الهائل. البوليمرات جزيئات ضخمة تُنتَج من مكونات كيميائية بسيطة (مونومرات) عبر تفاعل كيميائي يُعرف باسم البلمرة. وقد تطورت من كونها بدائل رخيصة للمنتجات الطبيعية إلى توفير خيارات عالية الجودة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. تُستخدم البوليمرات في تغليف الأفلام، وتصنيع قوالب صلبة لأجزاء هياكل السيارات، وهياكل أجهزة التلفاز، وأجزاء الطائرات، ورغوة أكواب القهوة وعزل الثلاجات، وألياف الملابس والسجاد، والمواد اللاصقة، والمطاط المستخدم في الإطارات والأنابيب، والدهانات والطلاءات الأخرى، وغيرها الكثير من التطبيقات.

تُعدّ مراقبة عمليات البلمرة عبر الإنترنت أمرًا صعبًا. وتُعتبر القدرة على تحديد نسبة التحويل في التفاعلات الكيميائية عمومًا، وتفاعلات البلمرة خصوصًا، بالغة الأهمية نظرًا للحاجة إلى مراقبة العمليات والتحكم بها بدقة، وتحسين أداء عمليات التصنيع الحالية والجديدة. وغالبًا ما تكون المعلومات المتعلقة بتوزيعات الأوزان الجزيئية وأنماط المجموعات الطرفية ضرورية للتحكم الدقيق في العمليات والمنتجات.

سواءً أكانت عملية البلمرة تتم عبر إضافة متسلسلة أو تكثيف متدرج، فمن الضروري فهم كيمياء هذه العملية فهمًا كاملًا للنهوض بالبحث العلمي و/أو طرح بوليمرات جديدة في السوق بسرعة. إن فهم معايير تفاعل البوليمر الأساسية يُتيح التحكم الدقيق في عمليات البلمرة متعددة المراحل، وقياسات المونومر المتبقي في الوقت الفعلي، وبالتالي تحسين خصائص البوليمر النهائي.

التطبيق ذي الصلة

يمثل التحكم في تفاعلات البلمرة تحديًا كبيرًا لمهندس الكيمياء، نظرًا لأن هذه التفاعلات عادةً ما تكون طاردة للحرارة بشدة، وغالبًا ما تحدث في أوساط شديدة اللزوجة مما يجعل انتقال الحرارة والكتلة صعبًا. وتشتهر هذه التفاعلات بسلوكها غير الخطي، وقد تم الإبلاغ عن العديد من حالات التعددية والتذبذبات المستمرة في المفاعلات الصناعية.

قيود تقنيات قياس اللزوجة التقليدية

يُعدّ السلوك الريولوجي لمعظم المواد البوليمرية معقدًا للغاية، إذ تعتمد اللزوجة على كلٍّ من القص والتاريخ الحراري. غالبًا ما تُقاس لزوجة البوليمر خارج خط الإنتاج. تنتمي معظم مقاييس اللزوجة المتوفرة تجاريًا والمستخدمة للتحكم في العمليات أثناء التشغيل - أي مراقبة درجة التفاعل في تفاعل البلمرة - إلى إحدى الفئات التالية: 1. مقاييس اللزوجة القائمة على التدفقات المدفوعة بالضغط (مثل مقاييس اللزوجة الشعرية)، 2. الدورانية، 3. ذات المكبس/الكرة الساقطة، 4. الأنابيب المهتزة. تُعدّ مقاييس اللزوجة الشعرية الزجاجية، المستخدمة تقليديًا لقياس اللزوجة، شاقة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً، إذ تتطلب تنظيفًا بين الاختبارات. تفتقر معظم أدوات قياس اللزوجة الشائعة إلى دقة عالية في التكرار، مما يجعلها غير مناسبة لهذا التطبيق.

سبق دراسة تفاعل البلمرة باستخدام عدد من الطرق التحليلية غير المتصلة بالإنترنت، بما في ذلك التحليل الوزني، والرنين المغناطيسي النووي، والكروماتوغرافيا الغازية، والأشعة فوق البنفسجية المرئية، وقياس التمدد الحراري. ومع تقدم التفاعل، تزداد اللزوجة، مما يجعل أخذ العينات غير المتصلة بالإنترنت أكثر صعوبة، ولذلك ركزت هذه الدراسات السابقة على المراحل الأولية لتفاعل البلمرة.

تُعدّ مقاييس اللزوجة الميكانيكية والكهروميكانيكية التقليدية، المصممة أساسًا للقياسات المختبرية، صعبة الدمج في بيئة التحكم والمراقبة. كما أن منهجية الاختبار الحالية في المختبرات الخارجية غير مثالية ومكلفة نظرًا للتحديات اللوجستية للشحن وارتفاع التكاليف الثابتة. غالبًا ما يتعذر تحديد التغيرات المعقدة التي تحدث داخل الجهاز من عينة روتينية، لأن البيانات التي تمثلها هذه العينة لا تعكس سوى لقطة للحالة وقت أخذ العينة، وقد تتأثر الأجهزة التقليدية بمعدل القص ودرجة الحرارة ومتغيرات أخرى.

تتطلب الهندسة الدقيقة للمواد الجزيئية الكبيرة مراقبة دقيقة لظروف التفاعل وتقدم عملية البلمرة، سواءً في مجال بلمرة الجذور الحرة على نطاق صناعي واسع أو البلمرة المُتحكم بها على نطاق صغير. تُنتج تفاعلات البلمرة المُنظمة جيدًا جزيئات ذات خصائص مُحددة بدقة من حيث التركيب والوزن الجزيئي وتوزيع الوزن الجزيئي والخواص البنيوية والفيزيائية. ولتحقيق ذلك، من الضروري فهم والتحكم بدقة في العديد من المعايير الكيميائية ومعايير التفاعل المرتبطة بعملية التخليق، والتأكد من أن البوليمر المُصنّع مُناسب للغرض المُراد استخدامه فيه. تُعد المراقبة الآلية عبر الإنترنت أداة لا غنى عنها لتوجيه التفاعلات، خاصةً عند تنفيذ العمليات على مراحل متعددة. تتميز تفاعلات البلمرة بطبيعتها بأنها طاردة للحرارة للغاية وسريعة وحساسة للشوائب الصغيرة (كميات ضئيلة من الماء). علاوة على ذلك، غالبًا ما يتم تجاوز عدة مراتب من اللزوجة خلال تفاعل واحد.

يمكن الحصول على البيانات في الوقت الفعلي من خلال التحليل المباشر لعمليات إنتاج البوليمرات، مما يتيح فحصًا حركيًا سريعًا، وبالتالي تحسينًا فعالًا للتفاعلات. ويُشكل الجمع بين المعالجة المستمرة والمراقبة المباشرة أداة مثالية في أي عملية تصنيع كيميائي. فهو يُمكّن من إجراء تحليل مستمر لمزيج التفاعل في ظل أي مجموعة من ظروف التفاعل. وبهذه الطريقة، يصبح الفحص السريع والفعال والتحسين الأمثل للتفاعلات على نطاق واسع ممكنًا.

يمكن استخدام نظام ACOMP (المراقبة الآلية المستمرة عبر الإنترنت لعملية البلمرة) كطريقة تحليلية في البحث والتطوير، وكأداة لتحسين التفاعلات على مستوى المختبرات التجريبية، وفي نهاية المطاف، للتحكم التلقائي في المفاعلات واسعة النطاق. يُعدّ استخدام التحليل الموضعي في الوقت الفعلي وسيلةً أفضل لدراسة هذه البلمرة، إذ يُحسّن دقة القياس، ويُلغي الوقت والجهد المرتبطين بأخذ العينات خارج الخط، والأهم من ذلك، يُتيح فهمًا أشمل لحركية التفاعل وديناميكياته الحرارية.

تُعد اللزوجة الذاتية أداة مهمة في مجالات أبحاث البوليمرات والبروتينات، وهي عنصر أساسي في نموذج ACOMP للأسباب الرئيسية التالية:

• إنها وسيلة لفهم التركيب الجزيئي والتفاعل في المحلول.
• يعتبر قياس اللزوجة الذاتية أكثر موثوقية من تشتت الضوء لأنه يمكنه قياس الأوزان الجزيئية المنخفضة.
• اللزوجة الجوهرية (IV) هي مقياس للوزن الجزيئي للبوليمرات، وبالتالي تعكس نقطة انصهار المادة وبلوريتها وقوة شدها.
• يُستخدم مؤشر الجودة (IV) كجزء من المواصفات لاختيار درجة البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) المناسبة لتطبيق معين، ويُقاس في نقاط مختلفة من سلسلة التوريد. تخضع المواد للاختبار في جميع المراحل، بدءًا من مختبرات البحث والتطوير التي تُطوّر بوليمرات جديدة، مرورًا بشركات الكيماويات التي تسحب عينات من أبراج البلمرة، وصولًا إلى المصنّعين الذين يرغبون في التحكم في عملياتهم وجودة منتجاتهم النهائية.

تتعدد الفوائد التحفيزية لمراقبة اللزوجة الآنية في عملية إنتاج البوليمرات، من حيث التكلفة والبيئة واللوجستيات. وقد أثبتت معلومات اللزوجة الآنية أهميتها في توفير رؤى معمقة حول الحركية والآلية والتركيب الكيميائي، مع التغلب على الصعوبات المرتبطة بالقياسات غير المتصلة بالإنترنت لتفاعلات البلمرة. وفيما يلي النقاط الرئيسية:

مزايا اقتصادية ولوجستية، وانخفاض تكاليف الإنتاج: من شأن التحليل الفوري للزوجة أن يقلل من عدد العينات المرسلة إلى المختبرات الخارجية، وبالتالي يقلل التكاليف المترتبة على ذلك. كما أن المخرجات المستمرة من التحليلات التي تُجرى في الموقع ستُقلل من تكاليف الشحن والعمالة، بالإضافة إلى تقليل أخطاء أخذ العينات.

تحسين التحكم في العمليات من خلال تحليل أفضل:

• تحليل مجموعة واسعة من عمليات البلمرة بما في ذلك المتجانسة (مثل الجذور الحرة والتكثيف) وغير المتجانسة (مثل المستحلب والمستحلب الدقيق).
• دراسة نمو السلسلة، والتشابك، والتصلب
• فهم الدور الآلي للمحفزات في عمليات البلمرة؛ تحديد الأنواع النشطة للمحفزات وحركيتها.
• مراقبة ظروف التفاعل وتعديلها بشكل استباقي حسب الحاجة لضمان الامتثال لمواصفات المنتج النهائي المقصودة
• قياس مستويات المونومر المتبقية والتأكد من أنها تلبي متطلبات المنتج والمتطلبات التنظيمية.
• مراقبة التفاعل طوال عملية البلمرة بأكملها. يقتصر تحليل العينات المأخوذة خارج الخط على دراسة المراحل المبكرة بسبب زيادة اللزوجة والصعوبة المرتبطة بإزالة العينة.
• يُمكّن من قياس أكثر دقة للمونومر المتبقي خلال المراحل الأخيرة من تفاعل البلمرة بسبب صعوبة إخراج كل العينة من جهاز استخلاص العينات لإجراء التحليل خارج الخط.
• بما أنه لا يوجد تأخير بين العينات المنفصلة، ​​يتم الحصول على تمثيل أكثر اكتمالاً للحركية. وهذا يُمكّن من قياس حركية التفاعل بشكل أفضل، والقدرة على التنبؤ بحركية التفاعل والتحكم بها في الوقت الفعلي.
• يوفر المزيد من نقاط بيانات التحليل على مدار عملية البلمرة، مما ينتج عنه قياسات أكثر تمثيلاً وحسابات دقيقة للحركية والديناميكا الحرارية.

تحسين جودة المنتج وتقليل الهدر: يتضمن فهم كيمياء التفاعلات عوامل عديدة، منها حركية التفاعل، ومعدلات تحويل المونومر، ونسب التفاعل، وعلاقة معلمات التفاعل بتوزيع الوزن الجزيئي وتأثيرها عليه، وفهم آلية البلمرة فهمًا دقيقًا في مراحل البدء والانتشار والإنهاء، وضمان أن بنية البوليمر الكلية تلبي متطلبات التطبيق المستهدف. إن القدرة على تحديد حركية التفاعل بدقة والتحكم بها بدقة تساعد في الحصول على خصائص البوليمر المطلوبة وتقليل الهدر.

انخفاض استهلاك الطاقة: الاستخدام الأمثل للموارد والكهرباء في المفاعلات مع التحكم الدقيق في العمليات

زيادة سلامة العمال: تساهم عوامل أخرى مثل متطلبات الصحة والسلامة للعمل مع المذيبات، ومراعاة البيئة، والحاجة إلى موظفين متخصصين لإجراء هذه الاختبارات (التي يجب إجراؤها في المختبر) في زيادة شعبية الطريقة الخالية من المذيبات.

أوقات استجابة أسرع: من شأن تحليل اللزوجة (والكثافة) في الموقع أن يقلل/يزيل التأخير بين أخذ العينات وتلقي الرد من المختبر.

بيئة: يمكن تحقيق أقصى استفادة من الموارد من خلال أنظمة المراقبة الإلكترونية، مما يؤدي إلى تقليل الهدر، وهو أمر مفيد للبيئة. كما يُسهم خفض الانبعاثات في تعزيز الاستدامة.

يُعد قياس اللزوجة الآلي والفوري أثناء عملية الإنتاج أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج البوليمر. Rheonics يقدم الحلول التالية، استنادًا إلى رنان التواء متوازن، للتحكم في العملية وتحسينها في عملية البلمرة:

1. في النسق لزوجة قياسات: Rheonics' SRV هو جهاز قياس لزوجة واسع النطاق ومدمج مع قياس درجة حرارة السائل، وقادر على اكتشاف تغيرات اللزوجة داخل أي تيار عملية في الوقت الحقيقي.
2. في النسق اللزوجة والكثافة قياسات: Rheonics' SRD هو جهاز قياس متزامن للكثافة واللزوجة، مزود بخاصية قياس درجة حرارة السائل. إذا كان قياس الكثافة مهمًا لعملياتك، فإن جهاز SRD هو الخيار الأمثل لتلبية احتياجاتك، إذ يتمتع بقدرات تشغيلية مماثلة لجهاز SRV، بالإضافة إلى دقة عالية في قياس الكثافة.

يُغني قياس اللزوجة الآلي المباشر باستخدام مستشعر SRV أو SRD عن التباينات في أخذ العينات وتقنيات المختبر المستخدمة في قياس اللزوجة بالطرق التقليدية. يقع المستشعر في خط الإنتاج ليقيس اللزوجة (والكثافة في حالة SRD) باستمرار. يُسهم استخدام SRV/SRD مع نظام ACOMP في تحسين الإنتاجية وزيادة هوامش الربح. يتميز كلا المستشعرين بحجمهما الصغير الذي يُسهّل تركيبهما من قِبل الشركات المصنعة الأصلية أو تحديث الأنظمة القائمة. لا يتطلبان أي صيانة أو إعادة تهيئة. يوفر كلا المستشعرين نتائج دقيقة وقابلة للتكرار بغض النظر عن طريقة أو مكان تركيبهما، دون الحاجة إلى حجرات خاصة أو أختام مطاطية أو حماية ميكانيكية. وبفضل عدم استخدام أي مواد استهلاكية، يُعدّ تشغيل SRV وSRD في غاية السهولة.

تصميم صغير الحجم، بدون أجزاء متحركة، ولا يتطلب صيانة

Rheonicsتتميز وحدات SRV وSRD بحجمها الصغير جدًا، مما يسهل تركيبها في أنظمة التصنيع الأصلية وأنظمة التحديث. كما أنها تتيح دمجها بسهولة في أي خط إنتاج. تتميز بسهولة تنظيفها ولا تتطلب صيانة أو إعادة تهيئة. وبفضل حجمها الصغير، يمكن تركيبها مباشرةً في أي خط إنتاج، مما يغني عن الحاجة إلى مساحة إضافية أو محولات.

ثبات عالٍ وعدم تأثر بظروف التركيب: أي تكوين ممكن

Rheonics تستخدم مستشعرات SRV وSRD رنانًا محوريًا فريدًا حاصلًا على براءة اختراع، حيث يلتف طرفا المستشعرين في اتجاهين متعاكسين، مما يلغي عزم الدوران الناتج عن تركيبهما، وبالتالي يجعلهما غير حساسين تمامًا لظروف التركيب ومعدلات التدفق. يمكن لهذه المستشعرات التعامل بسهولة مع عمليات النقل المتكررة. يوضع عنصر المستشعر مباشرة في السائل، دون الحاجة إلى غلاف خاص أو قفص واقٍ.

قراءات فورية ودقيقة لظروف العملية – نظرة عامة كاملة على النظام وتحكم تنبؤي

Rheonicsالبرنامج قوي وسهل الاستخدام وبديهي. يمكن مراقبة اللزوجة في الوقت الفعلي على جهاز كمبيوتر. تتم إدارة العديد من أجهزة الاستشعار من لوحة تحكم واحدة موزعة على أرضية المصنع. لا يؤثر نبض الضغط الناتج عن الضخ على عمل أجهزة الاستشعار أو دقة القياس. لا يتأثر بالصدمات أو الاهتزازات أو ظروف التدفق.

سهولة التركيب وعدم الحاجة إلى إعادة التكوين/إعادة المعايرة

استبدل الحساسات دون الحاجة إلى استبدال أو إعادة برمجة الإلكترونيات، فهي بدائل مباشرة للحساس والإلكترونيات دون أي تحديثات للبرامج الثابتة أو تغييرات في معامل المعايرة. سهلة التركيب. تُثبّت ببراغي في وصلة خط الحبر ذات سن لولبي ¾ بوصة NPT. بدون حجرات. O-ring حشوات أو مانعات تسرب. سهلة الإزالة للتنظيف أو الفحص. صمام التحكم في الضغط متوفر مع شفة و tri-clamp وصلة لسهولة التركيب والفك.

انخفاض استهلاك الطاقة

مزود طاقة تيار مستمر 24 فولت باستهلاك تيار أقل من 0.1 أمبير أثناء التشغيل العادي

زمن استجابة سريع ولزوجة مُعوضة لدرجة الحرارة

تُساهم الإلكترونيات فائقة السرعة والمتانة، بالإضافة إلى النماذج الحسابية الشاملة، في جعل Rheonics تُعدّ هذه الأجهزة من بين الأسرع والأكثر دقة في هذا المجال. توفر تقنيتا SRV وSRD قياسات دقيقة للزوجة (والكثافة في حالة SRD) في الوقت الفعلي كل ثانية، ولا تتأثر بتغيرات معدل التدفق!

قدرات تشغيلية واسعة

Rheonicsصُممت هذه الأجهزة لإجراء القياسات في أصعب الظروف. تتميز SRV بأوسع نطاق تشغيل في السوق لأجهزة قياس اللزوجة المدمجة في العمليات الصناعية.

• نطاق الضغط يصل إلى 5000 رطل لكل بوصة مربعة
• نطاق درجة الحرارة من -40 إلى 200 درجة مئوية
• نطاق اللزوجة: من 0.5 سنتي بواز إلى 50,000 سنتي بواز

SRD: جهاز واحد، ثلاث وظائف - اللزوجة، ودرجة الحرارة، والكثافة

Rheonicsيُعدّ جهاز SRD منتجًا فريدًا يغني عن ثلاثة أجهزة مختلفة لقياس اللزوجة والكثافة ودرجة الحرارة. فهو يُزيل صعوبة وجود ثلاثة أجهزة مختلفة في نفس المكان، ويُقدّم قياسات دقيقة للغاية وقابلة للتكرار حتى في أقسى الظروف.

التنظيف في المكان (CIP)

يراقب نظاما SRV وSRD عملية تنظيف الأنابيب من خلال قياس لزوجة (وكثافة) المذيب أثناء عملية التنظيف. ويكشف المستشعر عن أي بقايا صغيرة، مما يُمكّن المشغل من تحديد الوقت المناسب لتنظيف الأنبوب. كما يوفر نظام SRV معلومات لنظام التنظيف الآلي لضمان تنظيف كامل ومتكرر بين عمليات التنظيف، على عكس ما يحدث في حالة الأنابيب الشعرية الزجاجية.

تصميم وتقنية استشعار فائقة

تُشغّل هذه المستشعرات إلكترونيات متطورة حاصلة على براءة اختراع من الجيل الثالث، وتقوم بتقييم استجابتها. يتوفر كل من SRV وSRD بوصلات عملية قياسية في الصناعة مثل ¾ بوصة NPT و1 بوصة. Tri-clamp يسمح للمشغلين باستبدال مستشعر درجة الحرارة الحالي في خط المعالجة الخاص بهم بـ SRV/SRD مما يوفر معلومات قيمة وقابلة للتنفيذ للغاية عن سائل المعالجة مثل اللزوجة بالإضافة إلى قياس دقيق لدرجة الحرارة باستخدام Pt1000 المدمج (DIN EN 60751 الفئة AA، A، B متوفرة).

أجهزة إلكترونية مصممة لتناسب احتياجاتك

تتوفر إلكترونيات المستشعر في كل من غلاف جهاز الإرسال المقاوم للانفجار وحامل سكة DIN صغير الحجم، مما يتيح سهولة دمجها في خطوط أنابيب العمليات وداخل خزائن معدات الآلات.

من السهل دمج

تُسهّل طرق الاتصال التناظرية والرقمية المتعددة المُطبقة في إلكترونيات المستشعرات عملية الربط بأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الصناعية وأنظمة التحكم الأخرى. كما تُسهّل هذه الطرق دمج المستشعرات في نظام ACOMP.

Rheonics تُقدّم الشركة أجهزة استشعار آمنة بطبيعتها، حاصلة على شهادات ATEX وIECEx، للاستخدام في البيئات الخطرة. وتتوافق هذه الأجهزة مع متطلبات الصحة والسلامة الأساسية المتعلقة بتصميم وبناء المعدات وأنظمة الحماية المُخصصة للاستخدام في الأجواء القابلة للانفجار.

الشهادات التي تحملها جهاتٌ تتمتع بالأمان الجوهري ومقاومة الانفجار Rheonics كما يتيح ذلك تخصيص المستشعرات الموجودة، مما يوفر على عملائنا الوقت والتكاليف المرتبطة بتحديد واختبار بديل. ويمكن توفير مستشعرات مخصصة للتطبيقات التي تتطلب وحدة واحدة أو آلاف الوحدات، مع فترات تسليم تتراوح بين أسابيع وأشهر.

Rheonics SRV & SRD كلاهما حاصل على شهادة ATEX و IECEx.

قم بتثبيت المستشعر مباشرةً على خط المعالجة لإجراء قياسات فورية للزوجة والكثافة. لا حاجة لخط جانبي: يمكن غمر المستشعر مباشرةً في الخط، ولا يؤثر معدل التدفق أو الاهتزازات على استقرار القياس ودقته. حسّن عملية اتخاذ القرار من خلال إجراء اختبارات متكررة ومتتالية ومتسقة على السائل.

Rheonics تصمم وتصنع وتسوق أنظمة استشعار ومراقبة السوائل المبتكرة. مصنعة بدقة في سويسرا. Rheonicsتتميز مقاييس اللزوجة المدمجة بالحساسية المطلوبة للتطبيق والموثوقية اللازمة للعمل في بيئات تشغيل قاسية. نتائج ثابتة حتى في ظل ظروف تدفق معاكسة. لا تتأثر بانخفاض الضغط أو معدل التدفق. وهي مناسبة تمامًا لقياسات مراقبة الجودة في المختبر.