Nass-chemische Prozesse in der chemischen Industrie, die von Brechungsindexmessungen profitieren, müssen beispielsweise verschiedene Salze messen, die in Chemikalien auf Wasser- und Erdölbasis vorliegen. Branchenübergreifend ist die Messung des Brechungsindex (RI) für wasserbasierte Chemikalien wie Glykole, Harze und Polymere, erdölbasierte Chemikalien wie Kunststoffe und Lösemittel sowie für Additive, Schmiermittel, Wachse usw. in der erdölverarbeitenden Industrie relevant. 

In diesem Blog beantworten wir die Fragen, für die in unserem Webinar zum Thema der Flüssigkeitsmessungen in anspruchsvollen chemischen Anwendungen – Dichte vs. Konzentration keine Zeit blieb. Wenn Sie das Webinar noch nicht gesehen haben, können Sie sich jederzeit die Aufzeichnung ansehen.  

Frage: Wird es in Zukunft möglich sein, sehr kleine Mengen Wasser (ppm-Konzentrationen) in organischen Lösemitteln zu messen? Dies wäre für Anwendungen in der organischen Chemie beispielsweise bei Destillations- oder Verdampfungsprozessen für organische Lösemittel sehr nützlich, damit möglichst viel Wasser entfernt wird.

Antwort: Ja. Das Vaisala Refraktometer kann kleine Mengen Wasser in Lösemitteln messen, wenn diese gelöst sind. Derzeit liegt die Erfassungsgrenze, die von Prozessparametern wie der Temperatur des Mediums abhängig ist, bei etwa 100 ppm.

Frage: Wir mischen im Prozessverlauf zwei Produkte mit statischen Mischern und Druck. Kann ein Inline-Refraktometer dabei helfen, den prozentualen Anteil jedes Materials im Mischvorgang zu bestimmen? Derzeit nehmen wir zu Beginn, in der Mitte und am Ende des Mischprozesses Proben. Wir setzen Gaschromatografie ein, um die Konzentration jedes Materials in diesen Proben zu bestimmen. Das kann aber 1 – 2 Stunden pro Probe dauern. 

Antwort: Ja. Wir können das Konzentrationsverhältnis berechnen, wenn wir die Konzentration der zugeführten Produkte kennen. Schicken Sie uns bitte weitere Informationen zu den verwendeten Chemikalien, damit wir feststellen können, ob unsere Lösung Ihre Anforderungen erfüllt.

Frage: Sind Konzentration und pH-Wert mit der verbrauchten Schwefelsäure korreliert?

Antwort: Ja. Kontaktieren Sie uns und sprechen Sie mit einem/einer Anwendungstechniker*in, um mehr zu erfahren. 

Frage: Kann dieser Sensor ein Signal von 4 ... 20 mA an ein Gerät senden?

Antwort: Vaisala Polaris Refraktometer verfügen über integrierte Ausgänge für 4 … 20 mA und Modbus RTU. 

Frage: Ich sehe viele Durchflussinstallationen. Können die Refraktometer von Vaisala in einen Tank oder ein anderes Gefäß eingebaut werden, sodass sie sich vollständig im Prozessmedium befinden?

Antwort: Ja. Sie können das Vaisala Polaris Inline-Refraktometer direkt in einen Tank oder Behälter einbauen. Wir bieten Standard-Sensorflanschverbindungen an. Weitere Informationen enthält die PR53 GP Produktseite. 

Frage: Ich werde häufig gefragt, welche Genauigkeiten Coriolis-Messgeräte und Refraktometer im Vergleich bieten. Können Sie dazu etwas sagen? 

Antwort: Ja. Unser eBook enthält eine umfassende Tabelle, in der die wichtigsten Merkmale gängiger Messverfahren für Flüssigkeiten verglichen werden: Coriolis, Mikrowelle, Ultraschall und Nukleardensiometrie. Unten ist ein Teil der Tabelle dargestellt. Die gesamte Tabelle mitsamt Vergleich der Installationsoptionen, maximaler Betriebstemperatur, Betriebsdruck, typischer Genauigkeit, Langzeitstabilität, Verifizierung und mehr ist in der herunterladbaren PDF-Datei enthalten. 

Frage: Funktionieren Brechungsindexmessungen bei dunklen Flüssigkeiten?

Antwort: Ja. Da das Refraktometer reflektiertes Licht misst, kann das Prozessmedium jeden Zustand von völlig dunkel bis klar aufweisen. Dies ist eine der einzigartigen Eigenschaften von Inline-Refraktometern und Brechungsindexmessungen, die eine flexible Messung in flüssigen Chemikalien ermöglichen. 

Erfahren Sie mehr über Vaisala Refraktometer in nass-chemischen Prozessen.

Aggressive Chemikalien, klebriger Zucker und Sirup, extreme Temperaturen und ätzende Säuren. Industrielle Prozesse, bei denen Flüssigkeiten im Spiel sind, sind kein Ort für zerbrechliche, unzuverlässige und schwer zu wartende Messgeräte. Und wenn enge Toleranzen und hohe Hygieneanforderungen hinzukommen, ist es nicht verwunderlich, dass die Auswahl der richtigen Messtechnik ein Muss ist. In diesem Blog werfen wir einen Blick auf die Prozessrefraktometer-Plattform der neuesten Generation von Vaisala, die dafür entwickelt wurde, Ihre Prozesse zu optimieren, Ressourcen, Energie und Zeit zu sparen und die Produktivität und Produktqualität zu verbessern. 

Ganz gleich, ob Sie Lebensmittel und Getränke, Zucker, Arzneimittel, Chemikalien oder Zellstoff herstellen, eine zuverlässige und stabile Inline-Messung von Flüssigkeitskonzentrationen ist ein Muss, um Qualität, Sicherheit und Compliance zu gewährleisten. Zu diesem Zweck verlassen sich viele Betreiber in der Prozessindustrie auf die Refraktometer-Technologie – eine genaue, zuverlässige und wiederholbare Methode, die den Brechungsindex (RI) misst, eine Eigenschaft des Lichts, mit deren Hilfe Flüssigkeitskonzentrationen direkt in den Prozessleitungen gemessen werden können.

Und mit der Einführung der modularen Vaisala Polaris Prozessrefraktometer-Plattform beginnt nun eine neue Ära. Werfen wir einen genaueren Blick auf diese Technologie der nächsten Generation und sehen uns an, was sie bei zahlreichen industriellen Messanwendungen zu bieten hat. 

Basierend auf vier Jahrzehnten kontinuierlicher Weiterentwicklung

K-PATENTS ist seit 2019 Teil der Vaisala Familie und verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung in der Entwicklung industrieller Prozessrefraktometer für eine Vielzahl von Anwendungen. Darauf bauen die modernen Vaisala Polaris Produkte der 5. Generation mit dem umfassenden Anwendungswissen von Vaisala und weltweit führenden Messgerätelösungen auf. 

Die Produkte der Vaisala Polaris Produktfamilie sind für den reibungslosen sofortigen Einsatz mit Vaisala Indigo520 Messwertgebern für Prozessrefraktometer konzipiert und mit einer Vorlaufzeit von nur drei Tagen für Produkte mit Standardspezifikationen erhältlich. Die Messungen der Instrumente basieren auf der Bibliothek von Vaisala mit über 500 Konzentrationsmodellen für genaue Messungen verschiedener gelöster Feststoffe. Mehr über die Technologie und das Messprinzip erfahren Sie hier. 

Der Vorteil der digitalen Messung gegenüber konkurrierenden analogen Lösungen besteht darin, dass sie nicht auf aggregierten Messwerten basiert, wobei Unregelmäßigkeiten übersehen werden können, sondern auf kontinuierlichen, ununterbrochenen Messungen.  Darüber hinaus kann sie inline in praktisch jeden industriellen Prozess installiert werden und Echtzeitmessungen von Prozessbedingungen ermöglichen, wodurch zeitaufwändige Messungen im Labor entfallen.    

Stillen Sie den Hunger auf sichere, qualitativ hochwertige Lebensmittel und Getränke

Messgeräte, die in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion verwendet werden, müssen zahlreiche strenge Anforderungen erfüllen, damit die Sicherheit und Hygiene des Herstellungsprozesses und des Endprodukts gewährleistet bleibt. Gleichzeitig können die Prozessumgebungen für die Geräte herausfordernd sein, da hohe Temperaturen, viskose und klebrige Substanzen und sich schnell ändernde Bedingungen an der Tagesordnung sind. 

Die Fähigkeit, Flüssigkeitskonzentrationen zuverlässig und in Echtzeit kontinuierlich zu überwachen, bietet Vorteile in der gesamten Produktionskette – von der Rohstoffzufuhr bis zur Verarbeitung des Endprodukts und der Kontrolle des Abfallstroms. Die Vaisala Polaris Produktfamilie umfasst zwei Hygienemodelle, die speziell für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie entwickelt wurden: das kompakte Vaisala Polaris™ Prozessrefraktometer PR53AC und das Vaisala Polaris™ Prozessrefraktometer PR53AP mit langer Sonde.

Das PR53AC wurde für Kunden in der Lebensmittel-, Getränke-, Molkerei- und Brauereiindustrie entwickelt, um Flüssigkeitskonzentrationen wie Brix, Saccharose, Gelatine und Wasserstoffperoxid in Rohrleitungen zu messen. Es ist 3-A- und EHEDG-zertifiziert, was garantiert, dass alle Hygieneanforderungen erfüllt werden und das Produkt sicher in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung verwendet werden kann. 
 

Die richtige chemische Formel für eine schnelle, genaue und sichere Messungen  

Jede industrielle Anwendung, bei der es um Chemikalien geht, stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik. Aggressive, giftige und korrosive Chemikalien, oft in Kombination mit hohen Temperaturen, sorgen für eine äußerst herausfordernde Umgebung, während sorgfältig ausgewogene Prozesse eine Kontamination durch Materialien aus Messgeräten nicht tolerieren können. 

Die Möglichkeit, Konzentrationen von Säuren, Laugen, Alkoholen, Kohlenwasserstoffen, Lösemitteln und anderen Lösungen während der Produktion und des Transports direkt in Rohrleitungen und Tanks zu messen, erhöht die Sicherheit und bedeutet, dass wertvolle Prozessdaten sofort erfasst werden können, anstatt auf die Ergebnisse von Laborproben warten zu müssen.

Für die chemische Fertigung, die petrochemische Verarbeitung und andere Industriezweige, in denen giftige und korrosive Lösungen an der Tagesordnung sind, bietet die Vaisala Polaris Produktfamilie die Prozessrefraktometer-Modelle Vaisala Polaris™ PR53GC, Vaisala Polaris™ PR53GP und Vaisala Polaris™ PR53M.

Erhöhung von Sicherheit, Effizienz und Qualität in der Zellstoffherstellung

Genau wie in chemischen Produktionsanlagen finden sich in Zellstofffabriken Prozesse, bei denen hochgiftige Chemikalien sowie hohe Temperaturen und Prozessdrücke zum Einsatz kommen. Die Aufrechterhaltung von Prozesseffizienz und Betriebszeit sind entscheidend für die Rentabilität, da Ausfälle für Wartung, Austausch oder Entfernung von Messgeräten zu Umsatzeinbußen führen. 

Darüber hinaus werden bei der Zellstoffherstellung Flüssigkeiten verwendet, deren Konsistenz und Zusammensetzung stark schwanken können. Prozessflüssigkeiten wie Zellstoffschlamm und Filtrate sind Mischungen aus anorganischen Kochchemikalien und gelösten organischen Stoffen, die eine genaue Messung erschweren können.

Bei der Braunstoffwäsche werden Waschwasser und schwache Schwarzlauge von den Zellstofffasern getrennt. Die Wäsche trägt sowohl zur Gesamteffizienz der Fabrik als auch zur Produktqualität bei, daher ist eine genaue  Messung der Zellstoffreinheit entscheidend. Sie kann dazu beitragen, übermäßigen Wasser- und Energieverbrauch sowie entsprechende Kosten zu vermeiden, und zu einer besseren Chemikalienrückgewinnung, niedrigeren Bleichkosten und einer verbesserten Zellstoffkonsistenz führen.  

Die Antwort von Vaisala auf diese Herausforderungen ist das Vaisala Polaris™ Prozessrefraktometer PR53SD, das für die Messung des Gehalts an echt gelösten Stoffen und anderer Konzentrationen in Zellstofffabriken und Chemikalienrückgewinnungslinien konzipiert ist. Das SAFE-DRIVE Retraktorsystem ermöglicht das Einsetzen und Entfernen des Refraktometers während des laufenden Betriebs, sodass der Prozess nicht unterbrochen werden muss, um Messungen vorzunehmen.

Das SAFE-DRIVE System wurde entwickelt, um die Anwendersicherheit zu erhöhen, und hält den extremen Prozessbedingungen der Zellstoffherstellung stand, wobei ein einfaches Funktionsprinzip unbeabsichtigte Anwendungsfehler verhindert. Das einziehbare Refraktometer, das speziell für Grünlaugenanwendungen entwickelt wurde, und die einziehbare Waschdüse sind einzigartig auf dem Markt.

Die Messung des Brechungsindex erkennt sowohl organische als auch anorganische Anteile in Prozessflüssigkeiten und reagiert sofort auf Prozessschwankungen. Die gesammelten Daten können zur Prozessoptimierung in Echtzeit verwendet werden. Bei Schwarzlaugenanwendungen, bei denen Lauge zur Energierückgewinnung in einem Kessel konzentriert wird, kann ein Gehalt an echt gelösten Stoffen bis zu 85 % direkt inline gemessen werden – unabhängig von der Laugenkonsistenz, den sich schnell ändernden Prozessbedingungen oder dem Vorliegen von Partikeln oder Fasern. 

Vaisala Polaris PR53SD ist mit verschiedenen bewährten Waschsystemen erhältlich, um zuverlässige Messungen in Faseranlagen, Braunstoffwäsche, Verdunstung, Schwarzlaugenzündung, Lösch- und Kalkvorgängen zu ermöglichen. 

Bewährt für die Herstellung von Zucker und Süßstoffen

Bei der Herstellung von Zucker und Süßstoffen spielt eine genaue Messung der Flüssigkeitskonzentrationen eine entscheidende Rolle für die Verbesserung der Energieeffizienz im Herstellungsprozess und die Qualität des Endprodukts. Hohe Umgebungs- und Prozesstemperaturen sind in diesen Prozessen üblich, was bedeutet, dass die Messgeräte so robust sein müssen, dass sie den Bedingungen standhalten.

Die Prozessrefraktometer Vaisala Polaris PR53GP und Vaisala Polaris PR53AP sind die optimale Wahl für diese Anwendungen. Sie verfügen über einen speziellen Algorithmus für die vertikale Erkennung der Zuckerkristallisation, um genaue Messungen der Mutterlaugenkonzentration bei Kristallisationskristallisatoren zu ermöglichen. Insbesondere können sie erkennen, wann sich Kristalle bilden, und bieten den vollen Messbereich von 0–100 Brix. 

Vaisala Polaris PR53GP und Vaisala Polaris PR53AP ermöglichen eine zuverlässige Konzentrationssteuerung durch genaue Messung von Brix, Gesamtkonzentration und Übersättigung bei der Herstellung von Stärkesüßstoffen und Zuckerersatz, einschließlich Glukose (Dextrose), Fruktoseglukosesirup, Maissirup und Sorbitol.  

Entdecken Sie alle Vaisala Polaris Prozessrefraktometer

Die genaue Messung der relativen Feuchte und Temperatur spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung und Lagerung von Chemikalien in flüssiger und pulverförmiger Form. Die in diesen Prozessen eingesetzten Messgeräte müssen rauen Bedingungen einschließlich hoher Temperaturen standhalten. Bei der Auswahl Ihrer Messtechnik ist es neben der Zuverlässigkeit und Genauigkeit auch wichtig, die Lebensdauerkosten und die verfügbaren Installationsoptionen zu berücksichtigen. 

Verbessern Sie die Effizienz der chemischen Trocknung

Trocknungsprozesse wie die Vakuumtrocknung, die üblicherweise in der chemischen Verarbeitungsindustrie verwendet werden, erfordern eine genaue Messung der relativen Feuchte und der Temperatur, um energieeffizient zu arbeiten. Diese Art von Prozessen ist aufgrund der hohen Temperaturen und aggressiven Chemikalien eine Herausforderung, daher müssen die verwendeten Messtechnologien robust genug sein, um unter diesen Bedingungen zuverlässig zu funktionieren. 

Das Angebot von Vaisala umfasst druckfeste Feuchte- und Taupunktmessgeräte, die so konstruiert sind, dass sie hohen Temperaturen standhalten und stabile, driftfreie Messungen ermöglichen. Instrumente mit Vaisala HUMICAP^® und DRYCAP^®-Technologien enthalten auch eine chemische Reinigungsfunktion. Diese Funktion ist nützlich, wenn der Sensor Lösemitteln und Dämpfen ausgesetzt ist, die in das Polymer eindringen und die elektrischen Eigenschaften des Sensors verändern können. Dies macht sich für den Benutzer als Sensordrift bemerkbar. Die chemische Reinigung stellt die ordnungsgemäße Sensorleistung wieder her, indem der Feuchtesensor schnell erhitzt wird und alle Gasmoleküle ausgetrieben werden, die das Polymer des Sensors besetzen. Die chemische Reinigung kann von Hand ausgelöst oder so eingestellt werden, dass sie automatisch in benutzungsdefinierten Intervallen ausgeführt wird. Weitere Informationen zur chemischen Reinigungsfunktion finden Sie in dieser wissenschaftlichen Veröffentlichung.
 

Gesicherte Qualität des Endprodukts durch optimale Lagerbedingungen

Je länger ein chemisches Produkt gelagert wird, desto wichtiger ist es, optimale Lagerbedingungen zu gewährleisten.  Eine genaue und zuverlässige Feuchte- und Temperaturüberwachung in Chemikalienlagern ist aus Sicherheitsgründen und zum Erhalt der Qualität des Endprodukts unerlässlich. Viele Chemikalien sind feuchtigkeitsempfindlich – einige Chemikalien können beispielsweise mit Wasser reagieren und dabei giftige Dämpfe freisetzen oder sogar eine explosive chemische Reaktion hervorrufen. 

Eine nicht optimale Luftfeuchtigkeit kann auch dazu führen, dass einige pulverförmige Chemikalien Klumpen bilden, ein Phänomen, das als Anbacken bekannt ist und Probleme beim Transport und bei der Anwendung verursachen kann.
Um die Überwachung von Chemikalienlagern so einfach wie möglich zu gestalten, bietet Vaisala eine große Auswahl an Sonden für Temperatur und Feuchte, die an der Wand montiert werden können und zur schnellen und einfachen Wartung eine austauschbare Sonde enthalten. 
 

Sorgen Sie für eine sichere Verwendung von Handschuhkästen, Reaktionskammern und Vakuumkammern 

Feuchte- und Temperaturüberwachung tragen auch zur Erhöhung der Sicherheit beim Umgang mit feuchte- oder temperaturreaktiven Chemikalien bei, sei es in Handschuhkästen oder bei der Verarbeitung in Reaktionskammern oder Vakuumkammern.  Zum Beispiel können Instrumente mit Vaisala DRYCAP®-Technologie in Handschuhkästen verwendet werden, um die Bedingungen im Inneren des Fachs zu überwachen und zu steuern. Diese Instrumente bieten Langzeitstabilität und schnelle Reaktionszeiten und verfügen über eine chemische Reinigungsfunktion, um eine hohe Genauigkeit beibehalten zu können.

Einfache Datenspeicherung und Zugriff mit cloud-basierter Technologie

Mit Vaisala-Sonden durchgeführte Feuchte- und Temperaturmessungen können bequem über das Vaisala Jade Smart Cloud-System gespeichert und abgerufen werden. Mit diesem System können Sie Daten protokollieren, in Echtzeit speichern und von jedem Ort aus mit einem mobilen Gerät darauf zugreifen.

Zu den wichtigsten Vorteilen des Systems gehören:

• Skalierbarkeit: Als modulares System lässt sich Jade Smart Cloud problemlos für eine Vielzahl von Zwecken skalieren. Benutzende können einfach so viele Logger und Zugangspunkte einrichten, wie sie benötigen, und weitere hinzufügen, wenn sich ihre Anforderungen ändern. 
• Speicherung in der Cloud: Alle gesammelten Daten werden in der Cloud gespeichert, sodass Sie sich keine Gedanken über die IT-Infrastruktur, Sicherheit, Systemwartung oder das Bereitstellen von Serverplatz für die Datenspeicherung machen müssen.
• Extrem gute Funkverbindung: Die drahtlose Konnektivität der Jade Smart Cloud basiert auf der bereits weithin anerkannten LoRa-Funktechnologie. Vaisala hat diese durch Modifizierung der Funktionen noch weiter entwickelt, um sicherzustellen, dass es auch die anspruchsvollsten Anforderungen unserer Kunden erfüllt.
• Regelmäßige Firmware-Updates: Die Software von Jade Smart Cloud wird automatisch aktualisiert, ohne dass der Endbenutzer etwas unternehmen muss, da die neue Firmware-Version direkt aus der Cloud auf dem lokalen System installiert wird.
• Vaisala HUMICAP®-Sensoren: Da das System bewährte HUMICAP-Sensoren verwendet, liefert es äußerst stabile und qualitativ hochwertige Messungen.

Mehr erfahren über das Jade Smart Cloud-System.

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Sparen Sie Kosten und Energie, und verbessern Sie die Prozesskontrolle durch genaue Messung der Konzentration flüssiger Chemikalien

Die Konzentration flüssiger Chemikalien kann sich während der Verarbeitung mehrmals ändern. Typische Prozesse sind:

• Mischen/Blending/Reaktion:  Das Ziel des Reaktionsprozesses, bei dem Zutaten kontinuierlich in einer Reihe von statischen Mischern gemischt werden, besteht darin, den endgültigen erforderlichen Wert eines Produkts zu erreichen. Eine Beispielanwendung ist das Waschmittel-Blending.
• Filtration/Separation:  Filtration wird verwendet, um ungelöste Partikel aus einer Flüssigkeit abzutrennen, beginnend mit der Grobfiltration durch Separatoren, Karaffen oder Absetzbecken und schließlich die Endreinigung. Die Effizienz des Filtrationsprozesses wirkt sich auf die Gesamtproduktivität aus. Eine Beispielanwendung ist die Reinwasseraufbereitung mit chemischem Niederschlag.
• Verifizierung/Qualitätskontrolle:  Die Kontrolle der Zusammensetzung eines Produkts trägt dazu bei, Hochleistungsmaterialien mit genau den richtigen Eigenschaften zu erzielen. Die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Qualität kann zu erheblichen Einsparungen führen. Präzise Produktkonzentrationen minimieren auch die Notwendigkeit einer weiteren Behandlung. Eine Beispielanwendung ist die Produktqualitätskontrolle im Polymerisationsprozess.
• Destillation/Verdünnung:  Die Destillation dient dazu, Alkohol aus einem Gärprodukt abzutrennen und verschiedene Alkohole – wie Methanol, Ethanol und Propanol – voneinander zu trennen. Viele Chemikalienkonzentrate müssen vor Gebrauch auch verdünnt werden. Der Verdünnungsprozess kann im Tank oder in einer Zirkulationsleitung überwacht werden. Die Konzentrationsmessung ist ein wichtiges Hilfsmittel bei der Verdünnung. Eine Beispielanwendung ist der Autoxidationsprozess bei der Wasserstoffperoxidherstellung.
• Produktkennzeichnung:  Aus Sicherheitsgründen und zur Vermeidung von Kreuzkontaminationen ist es wichtig sicherzustellen, dass die richtige Chemikalie während des Beladens, Entladens oder eichamtlichen Transfers in den richtigen Tank gefüllt wird. Das Vaisala Inline-Prozessrefraktometer unterscheidet Chemikalien in flüssiger Form basierend auf ihrem charakteristischen Brechungsindex. Eine Beispielanwendung ist die Identifizierung von Chemikalienschnittstellen beim Be-/Entladevorgang. 

Das Inline-Prozessrefraktometer kann verwendet werden, um Echtzeitmessungen der Flüssigkeitskonzentration in all diesen Prozessen bereitzustellen. Die Technologie erübrigt eine zeitaufwändige manuelle Probenahme und verringert das Risiko einer Messdrift beispielsweise aufgrund von Turbulenzen. Die Technologie ist wartungsarm, da es keine beweglichen Teile gibt, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen, was bedeutet, dass die Betriebskosten im Vergleich zu Dichtemessgeräten niedrig sind.
Erfahren Sie mehr in unserem Webinar: Alles Wissenswertes über Konzentrations- und Dichtemessungen von Flüssigkeiten.

Darüber hinaus halten die Inline-Prozessrefraktometer dank ihres digitalen Messprinzips korrosiven Chemikalien und hohen Temperaturen stand, und die Messungen werden nicht durch Luftblasen oder die Farbe der Messflüssigkeit beeinflusst. Bei Bedarf kann auch ein Waschsystem eingebaut werden, um das Prisma sauber zu halten und so eine genaue Messung zu gewährleisten.

Entdecken Sie die Technologie hinter den HUMICAP®- und DRYCAP®-Technologien von Vaisala, die in Vaisalas Feuchtesonden verwendet werden, und erfahren Sie mehr über Vaisala Inline-Prozessrefraktometer.

Dieser Blog ist der erste einer dreiteiligen Serie darüber, wie Inline-Refraktometer Herstellungsprozesse von Arzneistoffen optimieren können.

Die Herstellung von Arzneistoffen ist ein wesentlicher Teil der pharmazeutischen Produktion. Die Arzneistoff-Formulierung beginnt typischerweise mit dem Bestücken eines Reaktors mit Chemikalien, in dem chemische Bindungen aufgebrochen und neue Bindungen gebildet werden. Nach der Reaktion wird der Wirkstoff durch nachgeschaltete Reinigungsschritte wie Zentrifugieren und Filtration abgetrennt. Typischerweise wird der Arzneistoff als Feststoff aus der flüssigen Phase gewonnen und das verwendete Lösemittel wird in speziellen Lösemittelrückgewinnungseinheiten zurückgewonnen.  Die Lösemittelrückgewinnung ist in der pharmazeutischen Industrie wichtig, weil sie hilft, Kosten und Umweltbelastungen zu reduzieren. Der endgültige Arznei-Feststoff wird dann getrocknet, bevor er als Zwischenprodukt oder zur Formulierung des endgültigen Arzneimittelprodukts verwendet werden kann.

Die Entwicklung und Optimierung pharmazeutischer Herstellungsprozesse kann ein komplexer und langwieriger Prozess sein, der mehrere Jahre in Anspruch nehmen kann. Um diese Prozesse zu rationalisieren und Medikamente schneller auf den Markt zu bringen, ist es für Pharmaunternehmen wichtig, sich auf die Schaffung effizienter Prozesse zu konzentrieren, die skalierbar und im kommerziellen Maßstab reproduzierbar sind. Eine Möglichkeit, die Hochskalierung zu erleichtern, ist die Prozessäquivalenz.

Prozessäquivalenz bezieht sich auf die Konsistenz und Vergleichbarkeit verschiedener Verfahren, die zur Herstellung desselben Produkts verwendet werden. Beispielsweise verlangt die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA), dass Unternehmen Prozesse validieren, um die Konsistenz ihrer Herstellungsprozesse nachzuweisen. Die Prozessvalidierung wird von der Entwicklung und auch während der Skalierung durchgeführt, um Kontrollen einzurichten und eine konsistente Produktion sicherzustellen. Prozessäquivalenz ist ein entscheidender Aspekt der Leitlinien der FDA zur Prozessvalidierung. 

Verwendung des Brechungsindex als Teil der Prozessanalysentechnik

Der Brechungsindex (RI) hat sich als nützliches Tool der Prozessanalysentechnik für die Entwicklung, das Design und die kontinuierliche Optimierung von Arzneistoff-Herstellungsprozessen erwiesen. Kontinuierliche Inline-Messung des RI liefert Daten- und Prozesseinblicke, die beim Verständnis und Design verschiedener Fertigungsschritte helfen. Die Daten ermöglichen die Erstellung von Prozessprofilen, die zur Erkennung von Abweichungen und zur Sicherstellung der Prozessäquivalenz verwendet werden können. Das Vaisala Refraktometer liefert Trenddaten mit der hohen Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit, die in der pharmazeutischen Herstellung erforderlich sind. Brechungsindexmessungen werden nicht durch das Vorhandensein von Gasblasen, festen Partikeln oder der Farbe der Flüssigkeit beeinflusst. Diese Merkmale des Brechungsindex machen es ideal für viele Anwendungen im Arzneistoff-Herstellungsprozess.  

Der Brechungsindex ist eine grundlegende physikalische Eigenschaft von Flüssigkeiten und im Allgemeinen nicht von der Menge der gemessenen Probe abhängig. Dies vereinfacht die Hochskalierung von Prozessen vom Labor zum Pilotprojekt und dann zur großtechnischen Produktion.  

Trenddaten werden in Echtzeit gewonnen und können mit dem anhand des RI erstellten Design-Prozessprofils verglichen werden. Dadurch ergibt sich die Prozessäquivalenz, die bei der Bewertung und Bestimmung anderer kritischer Prozessparameter, von Toleranzen und der optimalen Betriebsbedingungen hilfreich ist. Darüber hinaus helfen Prozessprofile aus RI-Daten dabei, Probleme bei der Hochskalierung zu identifizieren und bestehende Prozesse kontinuierlich zu optimieren.

Optimierung des Lösemittelaustauschs

Lösemitteltausch/‑austausch, ein üblicher Reinigungsschritt in der Arzneistoffproduktion, zielt darauf ab, das ursprüngliche Lösemittel aus der Reaktion durch ein Lösemittel zu ersetzen, das für den nächsten Verarbeitungsschritt besser geeignet ist. Der Lösemittelaustausch erfolgt typischerweise durch Destillation. Während der Destillation werden RI-Messungen verwendet, um die Flüssigkeitskonzentrationen des oberen (nach dem Kondensator) und des unteren Produkts zu überwachen, z. B. um sicherzustellen, dass die richtige Konzentration des Arzneistoffs oder Lösemittels erhalten wird, um den richtigen Punkt für zusätzliche Lösemittelzugabe zu erkennen und den gesamten Lösemittelverbrauch zu verringern. Während der Prozessentwicklung kann RI auch verwendet werden, um wichtige Daten für das Design zu erhalten, wie z. B. Daten des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht (VLE). 

Inline-Messungen sind auch nützlich, um Probleme im Prozess zu erkennen. Beispielsweise wurden im Fall eines Kunden während der Skalierung des Prozesses Trenddaten des Vaisala-Refraktometers verwendet, um die Prozessäquivalenz zweier Anlagen (einer in den USA und einer in Europa) mit dem Prozessprofil des Labors zu erlangen. Dank der Inline-Daten des Refraktometers stellte dieser Kunde fest, dass sich die US-Anlage nicht wie geplant verhielt und einen zusätzlichen Austauschschritt erforderte, um die gleiche Reinheit zu erreichen, die beim Design im Labor und in der EU-Pilotanlage erreicht wurde. In diesem Fall waren die RI-Trenddaten ein unschätzbares Tool zur Fehlersuche, womit sichergestellt werden konnte, dass in allen Einrichtungen optimale Betriebsbedingungen erreicht wurden. 

Durch die Verwendung von Brechungsindexmessungen identifizierte unser Kunde Abweichungen zwischen Labor und Pilotanlage. Daraufhin konnten sie sofort Korrekturmaßnahmen ergreifen, was zu Einsparungen beim Lösemittelverbrauch und zu einer höheren Produktausbeute führte. Der Kunde hatte Brechungsindexmessungen von Anfang an im Labor verwendet, um die Mischung zu untersuchen, VLE-Daten und ein Prozessprofil zu erhalten und den Austauschprozess zu gestalten. Das Hochskalieren vom Labor zur Pilotanlage wurde durch Inline-Brechungsindexmessungen vereinfacht.

Brechungsindexmessungen sind ein leistungsstarkes Tool in der Prozessanalysentechnik für das Design, die Überwachung und Optimierung von Lösemittelaustauschprozessen, sowie ein wertvolles Trending-Tool für Prozesseinblicke und Fehlerbehebung.  
 

Sprühtrocknung ist alltägliche Praxis bei der Herstellung von Molkereiprodukten wie Molkenproteinkonzentrat (WPC) und Laktose sowie in der pharmazeutischen Fertigung. Das Verfahren erzeugt in einem einzigen Schritt trockenes Pulver aus einer Flüssigkeit oder Aufschlämmung, indem es schnell mit heißem Gas getrocknet wird. Stabile und genaue Messungen von Feuchte, Gesamtfeststoffgehalt (TS) und Temperatur können Ihnen helfen, große Einsparungen beim Energieverbrauch und bei den Kosten zu erzielen, ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen.

Die Überwachung der richtigen Parameter ist entscheidend 

Die Sprühtrocknung wird in einer Vielzahl unterschiedlicher industrieller Produktionsprozesse eingesetzt, um:
•    die Produkthaltbarkeit zu verlängern
•    die Handhabung der Produkte bei Verpackung, Transport und Lagerung zu erleichtern
•    mikrobielles Wachstum zu verhindern 
•    die Produktqualität zu gewährleisten
•    Energie zu sparen
•    Erträge zu steigern

Um Ihren Sprühtrocknungsprozess zu optimieren, müssen Sie einige wichtige prozesskritische Parameter im Auge behalten: den Gehalt an löslichen Feststoffen in der Beschickung des Trockners (normalerweise gemessen in Brix oder den Gesamtfeststoffgehalt (TS) sowie Feuchte und Temperatur der Zu- und Abluft. 

Bild: Präzise Messungen der Relativen Feuchte (RH), Temperatur (T) und des Gesamtfeststoffgehalts (TS) der Zufuhrleitung sind entscheidend für die Gewährleistung einer effizienten Sprühtrocknung

Die Überwachung der Sprühtrocknung mit stabilen, zuverlässigen und genauen Messinstrumenten stellt sicher, dass Ihr Produkt ausreichend getrocknet wird, um mikrobielles Wachstum zu vermeiden – was bei Lebensmitteln besonders wichtig ist –, aber nicht übertrocknet, was sich negativ auf die Produktqualität auswirken kann und zu übermäßigem Energieverbrauch und Mehrkosten führt. Angesichts der derzeit explodierenden Energiekosten steht bei allen die Effizienz ganz oben auf der Agenda.

Optimierung von Prozessen durch genaue Brix- und TS-Messungen

Hersteller können die Produktivität steigern, indem sie ihre Prozesse automatisieren und optimieren. Dazu können sie Inline-Messungen des Brix und des Gesamtfeststoffgehalts (TS) nutzen, die vom Vaisala K-PATENTS Sanitärrefraktometer PR-43-AC bereitgestellt werden. 

Beispielsweise hilft eine zuverlässige, genaue Inline-Messung in der Molkenprotein- und Laktoseproduktion – wichtigen Nahrungsergänzungsmitteln, die üblicherweise konzentriert und als Pulver konserviert werden, die Konzentrationen nach der Ultrafiltration und am
Verdampfereinlass zu kontrollieren und einzustellen. Die präzise Konzentrationsmessung am Verdampferauslass hilft bei der Optimierung des Energieverbrauchs und sorgt für die richtige Konzentration des Zwischenprodukts, das dem Sprühtrockner oder Kristallisator zugeführt wird. 

Bei der Hefeproduktion, wo Sprühtrocknung verwendet wird, um den Hefeextrakt zu einem feinen Pulver oder Granulat zu trocknen, kann die Inline-Konzentrationsmessung verwendet werden, um in der Anfangsphase die Verdünnung der Melasse zu kontrollieren, den Fermentationsvorgang zu kontrollieren und die Konzentration des Hefeextrakts zu messen und sicherzustellen, dass der angestrebte Feststoffgehalt erreicht wird. 

Sparen Sie Energie und Kosten durch genaue Feuchte- und Temperaturmessung

Neben der Sprühtrocknung sind Feuchtemessungen ein wichtiger Faktor bei der Optimierung einer Vielzahl anderer Hochtemperatur-Trocknungsverfahren, einschließlich Wirbelschichttrocknung und Backvorgängen. Beim Sprühtrocknen von Molke können Feuchte- und Temperatursonden von Vaisala verwendet werden, um Feuchte und Temperatur in der Einlass- und Auslassluft des Trockners zu messen.

Die Feuchtedaten der Einlassluft werden zur Steuerung des Prozesses verwendet, während die Feuchtedaten der Auslassluft mit dem Feuchtegehalt des Pulvers korrelieren. Die Daten können daher als Indikator für die Qualität des Endprodukts verwendet werden. Die perfekte Balance zu finden, spart Zeit und Energie, indem Übertrocknung vermieden wird.

Wenn Sie selbst sehen möchten, wie genaue Feuchtemessungen Ihnen helfen können, die Energieeffizienz zu steigern und die Qualität und den Ertrag in Ihrem Prozess zu verbessern, probieren Sie unseren interaktiven Trocknungssimulator aus.
 

Die Zukunft der Lebensmittel – besser dank einer Portion Wissenschaft

Was gibt es heute zum Abendessen? Wir alle verbringen täglich Zeit damit, über Lebensmittel nachzudenken, auch wenn wir sie gerade nicht verzehren. Nahrungsmittel stimmen uns glücklich und sind zum Leben notwendig. Lebensmittel haben Einfluss auf unsere Gesundheit, unser Wohlbefinden, unsere Finanzen und die Umwelt. Daher ist es wichtig, dass die Verfahren zum Anbau, zur Herstellung, zum Transport und zur Lagerung so effizient, nachhaltig und sicher wie möglich sind. Wie können wir das erreichen? Mit einer Prise Wissenschaft und ganz viel Messtechnik.

Messangaben beim Kuchenbacken

Auch beim Backen zu Hause stellen wir fest, wie wichtig das Maß ist – für einen lockeren Kuchen mit perfektem Geschmack brauchen wir das richtige Verhältnis von Zucker, Mehl, Butter und Eiern. Dann ist es wichtig zu wissen, dass unser Ofen bei der von uns eingestellten Temperatur backt und dass unsere Zutaten unter den richtigen Bedingungen gelagert wurden. Ohne dies wird der Kuchen nicht so schmecken, wie wir es uns erhoffen oder erwarten. Das Gleiche gilt für Industrieküchen, nur in viel größerem Maßstab. Hersteller müssen dafür sorgen, dass ihre Produkte konsistent, hochwertig, schmackhaft und sicher sind. Außerdem müssen sie ihre Kosten optimieren, damit wir uns die produzierten Lebensmittel leisten können. Dies ist nur mit genauen und zuverlässigen Messdaten möglich.

Messtechnik für eine gesunde Ernte

Dieser Bedarf an Messtechnik erstreckt sich auch darauf, wie unsere Nahrungsmittel angebaut und wie Produkte verarbeitet, transportiert und gelagert werden, bevor sie die Geschäfte erreichen. Ohne genaue und zuverlässige Sensortechnologie zur Überwachung von Parametern wie Temperatur, Feuchte und Kohlendioxidkonzentration sind die Erträge gering und Produkte verderben. In modernen Gewächshäusern und vertikalen Farmen wird die Umgebung streng kontrolliert. Ziel ist es, die perfekten Wachstumsbedingungen zu erreichen, sodass mehr Nutzpflanzen mit weniger Ressourcen angebaut werden können. Je mehr Sie messen, desto mehr können Sie steuern – und desto effizienter können Sie die Ressourcen nutzen, um mehr und bessere Nahrungsmittel anzubauen. Sobald dies gelingt, werden durch perfekte Lager- und Transportbedingungen Lebensmittel länger frisch gehalten, Abfall reduziert sowie Geschmack und Nährwert verbessert. „Man bekommt, was man misst“ heißt es – das trifft in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie auf jeden Fall zu.

Steigern der Nachhaltigkeit der Lebensmittel

Um den CO2-Fußabdruck von Nahrungsmitteln zu reduzieren, müssen Lebensmittel- und Getränkehersteller ihre Prozesse entsprechend entwickeln. Die Energieeffizienz soll verbessert und die Nutzung anderer Ressourcen wie Hauptinhaltsstoffe und Wasser optimiert werden. Der Wert von Abfall kann gesteigert werden, indem er in Biogas oder Biomethan umgewandelt wird. Dieses kann zur Erzeugung von Wärme und Strom verwendet werden – ein fantastisches Beispiel für Kreislaufwirtschaft. Dies ist nur mit zuverlässigen Messdaten möglich. Sie unterstützen Hersteller, die richtigen Prozessentscheidungen zu treffen und gleichzeitig Konsistenz, Qualität und Sicherheit zu überwachen.

In Zukunft müssen wir noch weitere Schritte tun, um Nahrungsmittel nachhaltiger zu gestalten. Die Technologie existiert bereits, um uns dabei zu helfen. Die meisten derzeitigen landwirtschaftlichen Erzeugnisse werden zur Tierfütterung angebaut, wodurch der ökologische Fußabdruck von Fleisch erheblich ist. Burger auf pflanzlicher Basis sind beispielsweise weitaus nachhaltiger, gesünder und ethischer als tierische Alternativen. Ihre Entwicklung basiert auf umfangreicher Forschung.

Für weitere Nachhaltigkeitsvorteile brauchen wir mehr Daten, Messungen und Wissenschaft. Zum Beispiel speichert landwirtschaftlicher Boden viel Kohlendioxid, und durch die Landwirtschaft wird dieser Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Früher war dies schwierig zu erkennen. Aber jetzt verfügen wir über Messtechnik zur Nachverfolgung und Messung, welche landwirtschaftlichen Praktiken es uns ermöglichen, den meisten Kohlenstoff im Boden zu halten – und vielleicht sogar noch mehr zu binden. Zur Bestimmung dieser Verfahren sind Daten erforderlich, und diese Daten stammen, Sie haben es erraten, aus Messungen.

Der Beginn des Mikroben-Megatrends

Ein weiterer aufkommender Trend ist der Einsatz von Mikroben in der Lebensmittelproduktion. Wir werden in der Lage sein, aus landwirtschaftlichen Abfällen Nahrungsmittel herzustellen oder sogar Kohlendioxid aus der Luft aufzufangen und daraus Lebensmittel zu produzieren, und zwar, indem wir Mikroben in Fermentationstanks verwenden. Dadurch entsteht eine völlig neue Branche, die noch mehr Messtechnik benötigt. Aber in Wirklichkeit ist es einfach eine weitere Anwendung derselben Technologie, die wir heute in der Brauindustrie einsetzen. Wenn wir noch weiter in die Zukunft blicken, könnten wir vielleicht Eier ohne Hühner, Milchproteine ohne Kühe und neue Fette herstellen, die pflanzliche Nahrungsmittel noch saftiger und leckerer machen.

Erhöhte Anpassungsfähigkeit der Lebensmittelproduktion

Innovationen werden auch benötigt, um die Nahrungsmittelproduktion anpassungsfähiger gegen Unwetter und andere Probleme, die eine direkte Folge des Klimawandels sind, zu gestalten. Außerdem sind neue Messtechnologien erforderlich, die möglicherweise aus einer unerwarteten Richtung stammen – der Weltraumforschung. Wissenschaftler*innen untersuchen Messdaten von Mond und Mars, um herauszufinden, wie man Nahrungsmittel für Astronaut*innen produzieren kann, wenn eine Forschungsstation im Weltraum errichtet wird. Wenn wir das Rätsel lösen können, wie man Lebensmittel in solch rauen Umgebungen wie diesem herstellt, können wir diese Informationen nutzen, um Nahrungsmittel auf der Erde unter sich ändernden klimatischen Bedingungen widerstandsfähiger und nachhaltiger zu produzieren.

Wir sind, was wir essen, aber was soll das sein?

In Zukunft könnte sich der Fokus der Messtechnik dahingehend erweitern, uns dabei zu unterstützen, die richtigen Lebensmittel zum richtigen Zeitpunkt zu essen. Messdaten könnten unseren persönlichen Nahrungsbedarf aufzeigen. Wir könnten damit die geeigneten Lebensmittel bestimmen, um den Bedarf zu decken, und so bessere Entscheidungen über unsere Ernährung treffen. Diese Art der personalisierten Ernährung könnte der nächste große Trend bei zukünftigen Nahrungsmitteln sein.

Messtechnik trägt dazu bei, die Gesundheit der Menschen und des Planeten zu bewahren. Außerdem hilft sie bei der Verbesserung der Erträge und der Steigerung der Produktions- und Ressourceneffizienz, um den CO2-Fußabdruck unserer Lebensmittel zu verringern. Zukünftig können wir mithilfe von Messtechnik Nahrungsmittel auf intelligentere, präzisere und effizientere Weise herstellen – und in vielerlei Hinsicht hat die Zukunft bereits begonnen.