Die Auswirkungen von In-Process-NIR auf die Industriell- und Lebensmittelproduktion

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Von Pulvern in großen Mengen bis hin zu Backwaren — die Feuchtigkeitskontrolle gehört zu den wichtigsten Qualitätssicherungsmaßnahmen von Prozessfertigungsbetrieben. Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen wirken sich direkt auf die Produktqualität aus, verursachen zusätzliche Betriebs- und Energiekosten und führen zu Produktverschwendung, wenn keine Maßnahmen zur Parameterkontrolle getroffen werden.

Angesichts der Tatsache, dass die meisten industriell- und Lebensmittelverarbeitungsbetriebe in widrigen Betriebsumgebungen herrschen, reicht nicht irgendein Feuchtigkeitsanalysator aus. In besonders schwierigen Momenten ist eine Feuchtigkeitskontrolle erforderlich, z. B. am Ausgang eines Trockners oder Ofens, über ein offenes Förderband mit Partikeln in der Luft oder beim Blick in einen Behälter, eine Rutsche, eine Schnecke usw.

Umweltschutzinitiativen setzen sich durch und das Lohnwachstum veranlasst Werksleiter dazu, die Kosten genau unter die Lupe zu nehmen. Online-Feuchtemessgeräte sind zu Instrumenten geworden, die Unternehmen dabei unterstützen, die Qualität zu kontrollieren und anhand von Echtzeitdaten bessere Betriebsentscheidungen zu treffen. In vielen industriell- und Lebensmittelproduktionsprozessen haben Online-Feuchtemessgeräte im Nahinfrarot (NIR) an Beliebtheit gewonnen, um Unternehmen dabei zu unterstützen, diese Ziele zu erreichen.

Online-Feuchtebestimmer: Was ist heute verfügbar?

In industriell Prozessen werden heute verschiedene Arten von schnellen Online-Feuchteanalysatoren verwendet, aber zwei der gängigsten sind NIR und Radiofrequenz (RF). Mikrowellen- und Kapazitätstechnologien sind andere Typen von Feuchtigkeitsanalysatoren, sie eignen sich jedoch nicht gut für die Herstellung von Pulver- oder Lebensmittelmengen in großen Mengen. Darüber hinaus werden in der Fertigung häufig Infrarottechnologien (IR) verwendet, aber diese IR-Instrumente messen nur die Temperatur, nicht die Feuchtigkeit.

Jeder Sensortyp hat seine Stärken und wird auf der Grundlage der spezifischen Anforderungen des Prozesses und der erforderlichen Messtiefe ausgewählt.

Online-NIR-Feuchteanalyse

NIR ist eine Oberflächenmessung — der Feuchtigkeitsgehalt wird gemessen, indem NIR-Licht gelenkt und das Reflexionsvermögen des von der Probe abgestrahlten Lichts analysiert wird. Es handelt sich um eine Methode zur sekundären Feuchtigkeitsanalyse, was bedeutet, dass jedes Instrument für jede Art von Material, das es misst, kalibriert werden muss. Das NIR-Messgerät muss auch in einem festen Abstand zum Produkt installiert werden (~200-450 mm (8-18 Zoll)).

NIR bietet auch die Möglichkeit, andere Qualitätsparameter wie Temperatur und Harze/Öle mit einem einzigen Gerät zu messen, das nur einen geringen Platzbedarf in der Produktionshalle beansprucht. Aufgrund dieser Vorteile eignet sich NIR hervorragend für die Analyse der Feuchtigkeit homogener Produkte, die eine gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung von pulverförmigen Chemikalien bis hin zu Snacks aufweisen.

Online-HF-Feuchteanalyse

HF ist eine Durchdringungsmessung, bei der ein Signal durch ein Produkt übertragen wird, um dessen Feuchtigkeitsgehalt anhand der dielektrischen Eigenschaften von Wasser zu ermitteln. HF-Analysatoren eignen sich ideal für heterogene Produkte mit einer bestimmten Produktmasse, einheitlicher Form und Dichte.

HF-Feuchteanalysatoren liefern das komplette Feuchtigkeitsprofil von Produkten, deren Eindringtiefe in der Regel unter 10 mm (4 Zoll) liegt. Es wird häufig bei der Herstellung von Platten (Spanplatten, Gips, Dämmstoffe usw.) und bei Holzpellets/Bioenergieprodukten verwendet. Für Lebensmittel oder inhomogene Produkte gibt es jedoch bessere Optionen als RF.

NIR ist die praktischste und flexibelste Methode zur berührungslosen Feuchtigkeitsanalyse für viele industriell Prozesse und hauptsächlich für alle Lebensmittelproduktionsprozesse. Darüber hinaus sind diese Systeme robust, benötigen nur eine geringe Stellfläche und sind mit Zubehör erhältlich, mit dem die Feuchtigkeit praktisch überall im Prozess gemessen werden kann, sodass die meisten Anlagenbesitzer nicht woanders suchen müssen.

Beispiele für Online-Feuchtigkeitsanalysen bei der Massenverarbeitung

Qualitätskontrolle von Keramikpulver

Ton, Talkum und andere mineralische Bestandteile werden abgebaut, raffiniert, gemischt und auf ein bestimmtes Feuchtigkeitsniveau getrocknet, bevor sie sich in einer Staub- oder Stampfpresse bei sehr hohem Druck formen. Die Kontrolle der Ton- und Pulverfeuchte ist für die Herstellung hochwertiger Boden- und Wandfliesen mit gleichbleibenden Abmessungen und für die Sicherheit des Herstellungsbetriebs von größter Bedeutung.

Geformte Fliesen haben einen unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalt von bis zu 6% und müssen vor dem Brennen im Ofen oder an der Luft getrocknet werden, bis auf 1% genau. Selbst ein winziger Prozentsatz über 1% kann zu explosiven Ergebnissen führen.

Online-NIR-Feuchtemessgeräte bieten die Möglichkeit, die Feuchtigkeit eines Förderbandes zu messen, das Tonpulver zu späteren Produktionsstufen transportiert. Den meisten Unternehmen ist es gelungen, das Messgerät unmittelbar nach einem Förderbandwechsel zu positionieren, sodass eine genaue Feuchtigkeitsanalyse von frisch gedrehten Produkten möglich ist.

Diese Online-Messung kann nicht nur die Produktqualität verbessern, sondern gewährleistet auch eine sichere Produktionsumgebung.

Einsparung von Energiekosten bei der Sandtrocknung

Der Feuchtigkeitsgehalt von Sand ist ein kritischer Qualitätsparameter, der bei der Entwicklung von Baustoffen (Putz, Mörtel, Beton und andere) verwendet wird. Die meisten Produktionsunternehmen lagern ihren Sand im Freien und sind der Witterung ausgesetzt, was bedeutet, dass der Feuchtigkeitsgehalt im Rohmaterial erheblich variieren kann. Wenn es dann an der Zeit ist, den Sand in der Produktion zu verwenden, lassen sie das Produkt durch leistungsstarke Trockner laufen.

Unternehmen, die den Feuchtigkeitsgehalt des Sandes vor oder nach dem Betreten des Ofens nicht kennen, können unwissentlich und unnötig höhere Energiekosten in die Höhe treiben. Daher kann In-Process-NIR dazu beitragen, den ROI von Sandproduktionsunternehmen und anderen Herstellern von Schüttgütern, die ähnliche Trocknungsprozesse vor der Produktion anwenden, zu steigern.

Erstens hilft die Installation eines Online-NIR-Feuchtemessgeräts an einem Förderband für eingehenden Sand dem Bediener dabei, den Feuchtigkeitsgehalt vor dem Trocknungsprozess zu messen. Wenn der Verarbeitungsstandort lange Zeit trockenes Wetter hatte oder der Sand aus einem neuen Bunker transportiert wird, könnte der einströmende Sand einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt aufweisen. Somit kann der Bediener seine Ofentemperatur anpassen, um den Energieverbrauch zu senken. Echtzeitdaten von einem Online-NIR-Analysator machen diese Entscheidung einfach.

Um den Qualitätskreislauf zu schließen, installieren einige Sandhersteller dann einen Online-NIR-Analysator am Ausgang des Trockners, um die richtige Feuchtigkeit sicherzustellen, oder leiten den Sand möglicherweise wieder durch den Trockner zurück, wenn zu viel Feuchtigkeit vorhanden ist. Das Unternehmen kann davon profitieren, seinen Kunden Produkte von höchster Qualität zu garantieren, und allein die Energieeinsparungen, die durch diese Technologien erzielt werden, können sich ihre Systeme schnell auszahlen.

Beispiele für Online-Feuchtigkeitsanalysen in der Lebensmittelproduktion

Feuchtigkeits- und Fettkontrolle von chargenweise hergestellten Snacks

Im Kessel gekochte kartoffelchips sind bei Snack-Food-Verbrauchern beliebt und vor allem für ihre besonders knusprige Textur im Vergleich zu herkömmlichen gebratenen kartoffelchips bekannt. Daher ist die Kontrolle des Feuchtigkeits- und Fettgehalts wichtig für die Produktqualität, nicht nur für Textur und Geschmack, sondern auch für übermäßige Feuchtigkeit und Fett können zu Schimmelbildung in der Produktverpackung führen.

Bei diesem Produktionsprozess werden kartoffelchips in einzelnen Kesseln gebraten und durch ein Förderband geleitet. Das Produkt verlässt den Kessel in unregelmäßigen Abständen, sammelt sich bis zu einem Höchstwert an und sinkt allmählich, wenn sich der Kessel leert. Dies bedeutet, dass es zu bestimmten Zeiten zu einer ungleichmäßigen Produktbetttiefe kommen würde.

Um dieses Problem zu lösen, ermittelte der Anwendungstechniker gemeinsam mit dem Anwender die ungefähre ideale Höhe (250 mm (~10 Zoll über dem Produkt)) und die ideale Position auf dem Förderband, um das Analysegerät für eine repräsentative Messung zu positionieren (Abbildung 2). Erst nach sorgfältigen Tests wurde diese ideale Analysenhöhe erreicht.

Die Ausstattung des Sensors mit einem Luftkühlungszubehör ermöglichte auch einen sorgenfreien Betrieb an einem heißen und feuchten Betriebsort. Jetzt kann der Hersteller von kartoffelchips auch ohne kontinuierlichen Produktfluss genaue Messwerte über den Feuchtigkeits- und Fettgehalt seiner Kartoffelchips erhalten.

Feuchtigkeits- und Fettanalyse vor und nach dem Backen

Hersteller von Crackern in großen Mengen formen ihre Produkte oft vor dem Backen zu langen Teigblättern. Sie verwenden bereits die In-Line-NIR-Technologie für gelegentliche Probenanalysen auf Feuchtigkeit und Fettgehalt. Angesichts der Menge der Produkte, die sie mit konstanter Geschwindigkeit herstellen, wurde jedoch eine prozessinterne Methode zur Kontrolle dieser Parameter erforderlich, um die Kosten zu kontrollieren und die Konsistenz des Endprodukts zu verbessern.

Ihre anfängliche Priorität bestand darin, den Feuchtigkeits- und Fettgehalt des gemischten Crackerteigs beim Verlassen der Teigmaschine zu bestimmen. Bei dieser Installation half ein statisches Online-NIR-Feuchtemessgerät, das am Ausgang der Teigausrollmaschine angebracht war, dabei, die repräsentativen Maße bereitzustellen, die für die Bestimmung der Teigqualität vor dem Backen benötigt wurden (Abbildung 3).

Wenn die Produkte den Ofen verlassen, scannt der am Rahmen befestigte Analysator kontinuierlich die gesamte Breite des Ofenausgangs auf den Feuchtigkeitsgehalt des Produkts. Auf dem Display konnte der Bediener feststellen, ob ein bestimmter Bereich des Ofens zu heiß oder zu kalt lief, und bei Bedarf Korrekturen vornehmen.

Online-NIR ermöglicht Feuchtigkeitsanalysen überall dort, wo es darauf ankommt

Die Flexibilität, Kompaktheit und das unkomplizierte Design machen Online-NIR-Technologien zu einer hervorragenden Methode für Industrieprodukte und Küchenmaschinen, um Feuchtigkeit in kritischen Phasen ihres Prozesses zu analysieren. Indem wir die wichtigsten Voraussetzungen für eine erfolgreiche Installation in den Vordergrund des Prozesses stellen und mit einem seriösen Technologieanbieter zusammenarbeiten, entstehen ständig neue Einsatzmöglichkeiten und neuartige Anwendungen für die Technologie.