Hygienische optische Tauchsonden In den Prozess eintauchen – Effizientere Prozesse durch PAT

Kostengünstige und effiziente Prozessüberwachung sowie -steuerung sind entscheidende Wettbewerbsfaktoren. Der Trend geht zur Prozessanalysenmesstechnik – und das nicht ohne Grund.

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Zeit ist Geld, lautet ein altes Sprichwort. Das gilt besonders im laufenden Produktionsprozess. Denn falls die Prozessparameter nicht so sind, wie sie sein sollten, verursacht jede Minute, die zu spät gehandelt wird, hohe Kosten. Das Gleiche gilt auch für die Qualitätssicherung: Je schneller die Ergebnisse vorliegen, desto eher kann der Operator reagieren und regulieren. Die Geschwindigkeit beeinflusst damit maßgeblich die Produktqualität sowie den Ressourceneinsatz.

Gängige Methoden zur Prozesskontrolle sind die manuelle oder automatische Probenahme. Dabei werden dem Produktstrom – z.B. am Reaktor oder Mischbehälter – in vorgeschriebenen Zeitabständen kleine Mengen des Zwischenprodukts entnommen und im Labor untersucht. Nach der Analyse lässt sich genaueres über den laufenden Prozess aussagen. Diese Vorgehensweise entspreche aber größtenteils nicht mehr der Realität und den Anforderungen in der Prozessindustrie, weil so eine aktive Steuerung schlecht möglich sei, berichtet Dr. Oliver Mandal von Hellma Analytics.

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Der Produktmanager für Faseroptische Systeme und studierte Chemiker hat Erfahrungen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie gesammelt, bevor er auf die Ausrüsterseite gewechselt ist. Als Experte für Online-NIR-Spektroskopie weiß er sehr gut um die Anforderungen in modernen Produktionsprozessen. Die Produktion muss ständig überwacht, ständig im grünen Bereich und kontinuierlich steuerbar sein.

Trendthema PAT

Genau hier kommt die Prozessanalysentechnik (PAT) ins Spiel. Sie sorgt dafür, dass der Prozess nicht erst nach einer eventuell unrepräsentativen Probe und entsprechender Wartezeit auf das Analysenergebnis reguliert werden kann. „Und dabei spielen, im Vergleich zur klassischen Probenahme, Verfälschungen und Verunreinigungen auf dem Weg aus der Produktion ins Labor keine Rolle“, betont Mandal die Vorzüge der Online-Analytik.

Prozessanalytik (PAT) auf der ACHEMA

Darum gewinnt die Prozessanalytik weiter an Bedeutung

Wie relevant und aktuell das Thema Prozessanalytik ist, hat auch die Wahl zum Fokus-Thema auf der diesjährigen Achema gezeigt. Und auch auf der Namur Hauptsitzung in Bad Neuenahr werden mit großer Sicherheit Anwendungsmöglichkeiten von PAT unter dem Motto „Smarte Sensorik“ diskutiert werden. Sie gelten als weiterer Schritt hin zur Produktion unter dem Credo „Industrie 4.0“.

Auf einzelnen Gebieten geht es zügig voran, wie bei der Online-Spektroskopie. Diese dient hauptsächlich dazu, quantitative Aussagen zum Produkt zu treffen, aber auch zur Identifikation einzelner Bestandteile. Stark im Kommen sind dabei Tauchsonden, über die sich ein Spektrometer einfach in den Prozess integrieren lässt. Äußere Einflüsse und Sicherheitsrisiken werden erheblich reduziert. Die flexibel einsetzbaren Sonden sorgen für eine einfachere Handhabung in stark regulierten Prozessumgebungen, z.B. in Reinräumen, Ex- oder Atex-Zonen, Druck- oder Vakuumtanks sowie beim Umgang mit Gefahrstoffen.

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Um direkt im Prozess zu messen, werden Sonden mittels Flansch oder als Durchflussmesszelle in Flanschform eingesetzt. Die neuen UV/Vis- und NIR-Tauchsonden Excalibur 25 Hygienic von Hellma sind die weltweit ersten 3-A-zertifizierten spektroskopischen Sonden dieser Art. Bei dieser Spektroskopie-Methode werden elektromagnetische Spektren gemessen – vom NIR-Bereich, in dem Molekülschwingungen angeregt, bis zum energetisch höheren UV-Bereich, in welchem Valenzelektronen angeregt werden. So lassen sich in Echtzeit valide Aussagen über den laufenden Herstellungsprozess treffen.

Kosteneffizienz sorgt für Einsparungen durch PAT

Und kosteneffizient ist die Methode ebenfalls: Das Einsparpotenzial anhand einer Getreidemühle belegt laut Produktmanager Mandal, dass der Zeitaufwand für die Online-Analytik bei ca. 6 % der Zeit liegt, die herkömmliche Analysenmethoden bräuchten. Für die Feuchtigkeitsmessung bei der Trocknung werden 0,6 h statt 1 h, bei Feuchtigkeits- und Proteinmessung beim Blending 0,1 h statt 7 h und bei der Bestimmung des Aschegehalts beim Finishing 0,1 h statt 6 h benötigt. Das ergäbe in Summe pro Batch ein beachtliches Einsparpotenzial von 13,2 h.

Besonders in Pharma- und Lebensmittelproduktion steigen die Anforderungen an die Hygiene. Hier ist die 3-A-Zertifizierung aus den USA ein etablierter, hoher Standard, welcher garantiert, dass alle produktberührenden Oberflächen sehr leicht zu reinigen und zu sterilisieren sind. Das technische Anlagenequipment muss laut Zertifikatanforderungen CIP (Cleaning in Place)- und SIP (Sterilization in Place)-fähig sein. Die neue Hellma-Sonde treibt den Weg zu branchenübergreifend transparenteren Prozessen damit weiter voran, und neue Entwicklungen werden nicht lange auf sich warten lassen.

Nächster Schritt zu besserem Prozessverständnis

Auch Mandal ist überzeugt, dass sich die Online-Spektroskopie deutlich weiter verbreiten wird: „Der Trend geht dahin, dass Prozesse immer enger gefasst werden, Zeit und Ressourcen müssen gespart werden. Die Online-Spektroskopie ist dabei ein wertvolles Hilfsmittel.“ Immer kleiner und leistungsfähiger werdende Geräte machen ihre Anwendung in Prozessen möglich, wo es bislang keine Chance auf Einsatz gab: Der nächste Schritt zu besserem Prozessverständnis, weitere werden folgen…

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