过程近红外对工业和食品生产的影响（《加工》杂志）

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从散装粉末到烘焙食品，湿度控制在工艺制造工厂最重要的质量保证工作中名列前茅。湿度和温度的变化直接影响产品质量，引发额外的运营/能源成本，如果没有参数控制措施，则会导致产品浪费。

但是，考虑到大多数工业和食品加工厂的运行环境不佳，并非任何快速水份测定仪都可以。在特别具有挑战性的时刻需要进行湿度控制，例如在干燥机或烤箱的出口，越过装有空气颗粒的敞开式输送机，或者看着垃圾桶、滑槽、螺旋钻和其他地方。

随着绿色举措的扎实以及工资增长鼓励工厂经理仔细审查成本，在线湿度计已成为推动投资回报率的工具，可帮助企业控制质量并利用实时数据做出更好的运营决策。在许多工业和食品生产过程中，近红外（NIR）在线湿度计越来越受欢迎，可以帮助公司实现这些目标。

在线水份测定仪：目前有哪些产品？

尽管当今工业过程中使用了几种类型的快速在线水份测定仪，但最常见的两种包括 近红外线 和 无线电频率 (RF)。微波和电容技术是其他类型的水份测定仪，但它们不太适合散装粉末或食品的生产。此外，红外（IR）技术通常用于制造，但是这些红外仪器只能测量温度，不能测量湿度。

每种传感类型都有其优势，是根据过程的特定要求和必要的测量深度来选择的。

在线近红外水分分析

近红外是一种表面测量——水分含量是通过引导近红外光和分析样品光的反射率来测量的。这是一种二次水份分析方法，这意味着每台仪器都必须针对所测量的每种材料进行校准。近红外测距仪还必须安装在产品的固定距离内（约 200-450 毫米（8-18 英寸）。

近红外还提供了测量温度和树脂/油等其他质量参数的能力，所有这些都可以在生产车间占用很小的占地面积的单一仪器上完成。这些优点使近红外非常适合分析从粉末化学品到休闲食品等水分分布均匀的同质产品的水分。

在线射频湿度分析

射频是一种穿透性测量，它通过产品传输信号，根据水的介电特性收集其水分含量。射频分析仪非常适合于具有特定产品质量、均匀形状和密度的异构产品。

射频水份测定仪可提供穿透深度通常低于 10 mm（4 英寸）的产品的完整水分曲线。它通常用于板材制造（刨花板、石膏、隔热材料等）和木屑颗粒/生物能源产品。但是，对于食品或非同质产品，有比射频更好的选择。

近红外是最实用、最灵活的非接触式水份分析方法，适用于许多工业过程，主要是所有食品生产过程。此外，这些系统坚固耐用，只需要很小的安装占地面积，并且配有配件，几乎可以在过程中需要的任何地方测量湿度，因此大多数工厂所有者无需将目光投向其他地方。

批量加工中的在线水份分析示例

陶瓷粉末质量控制

粘土、滑石粉和其他矿物成分经过开采、提炼、混合和干燥至设定的水分水平，然后在非常高的压力下在除尘器或冲压机中成型。控制粘土和粉末的湿度对于生产尺寸一致的高质量地砖和墙砖以及确保制造操作的安全至关重要。

成型瓷砖的水分变化多达6％，在窑烧之前必须经过烤箱或风干至1％以内。即使是超过1％的微小百分比也可能造成爆炸性结果。

在线近红外湿度计能够测量输送粘土粉到生产后期阶段的输送机的水分。大多数公司都已成功地在更换输送机后立即对仪器进行了定位，从而可以对刚生产的产品进行准确的水分分析。

这种在线测量不仅可以提高产品质量，还可以确保安全的制造环境。

节省沙子干燥的能源成本

沙子中的水分含量是用于开发建筑材料（混凝土、砂浆、混凝土等）的关键质量参数。大多数生产公司将沙子储存在室外，暴露在天气条件下，这意味着原材料中的水分含量可能会有很大差异。然后，当需要在生产中使用沙子时，他们将通过高功率烘干机对产品进行输送。

公司在进入烤箱之前或之后不知道沙子的水分含量，可能会在不知不觉中和不必要地推高能源成本。因此，过程内近红外可以帮助制砂公司和其他遵循类似预生产干燥过程的散装材料制造商提高投资回报率。

首先，在进砂输送机上安装在线近红外水分测定仪有助于操作员在干燥过程之前测量水分含量。如果加工地点长期处于干燥天气中，或者沙子是从新的掩体中输送的，则进入的沙子的水分含量可能会降低。因此，操作员可以调整烤箱温度以减少能耗。来自在线近红外分析仪的实时数据使这一决策变得简单。

然后，为了闭合质量的循环，一些沙子制造商在干燥机的出口处安装了在线近红外分析仪，以确保适当的水分，或者如果水分过多，可能会将沙子重新排回干燥机。该公司可以从保证为客户提供最优质的产品中受益，而光是这些技术所节省的能源就能快速为他们的系统付出代价。

食品生产中的在线水份分析示例

控制批量生产的休闲食品的水分和脂肪

用水壶煮熟的薯片是休闲食品消费者的最爱，与标准的油炸薯片相比，其口感特别松脆而闻名。因此，控制水分和脂肪含量对产品质量很重要，不仅对质地和口感很重要，而且过多的水分和脂肪会导致产品包装内霉菌的生长。

在这个生产过程中，薯片在单独的水壶中油炸，然后通过传送带。该产品以间歇性的速度离开水壶，堆积到峰值，并随着水壶的清空而逐渐降低。这意味着在某些时候会出现不均匀的产品床深度。

为了解决这个问题，应用工程师与用户合作确定了近似的理想高度（250mm（比产品高出约 10 英寸））和输送机上的位置，以定位分析仪进行代表性测量（图 2）。只有经过仔细测试，才实现了理想的分析仪高度。

为传感器配备空气冷却附件还可以在炎热潮湿的操作位置无忧运行。现在，即使没有持续的产品流动，薯片生产商也可以获得有关其薯片水分和脂肪含量的准确读数。

烘烤前后的水分和脂肪分析

大批量饼干生产商通常在烘烤前将其产品制成长片面团。他们已经使用在线近红外技术偶尔对水分和脂肪含量进行样品分析。但是，鉴于他们生产的产品数量是恒定的，因此需要一种控制这些参数的过程方法来管理成本和提高最终产品的一致性。

他们最初的优先事项是评估混合饼干面团退出切面机时的水分和脂肪含量。在本次安装中，位于切面机出口处的静态在线近红外水分测定仪有助于提供烘烤前确定面团质量所需的代表性测量结果（图 3）。

当产品离开烤箱时，安装在框架上的分析仪会持续扫描烤箱出口的整个宽度，以了解产品的水分含量。通过显示屏，操作员可以确定烤箱的特定部分是运行得太热还是太冷，并在需要时进行更正。

在线近红外允许在任何重要的地方进行水份分析

灵活性、紧凑性和简洁的设计使在线近红外技术成为工业产品和食品加工商在工艺关键阶段分析水分的绝佳方法。通过将成功安装的核心必要条件放在流程的最前沿，并与信誉良好的技术供应商合作，该技术的新用途和新应用不断出现。