全球領(lǐng)先的南非特種化學(xué)品制造商采用Hydramotion在線粘度計，成功解決了生產(chǎn)工藝控制中的一項關(guān)鍵難題。
作為南半球最大的有機絮凝劑供應(yīng)商，該企業(yè)生產(chǎn)多種特種聚合物及化學(xué)品管理體系。在其德班工廠的生產(chǎn)線上，粘度監(jiān)測是控制水處理用聚胺類絮凝劑聚合度的關(guān)鍵指標——這類產(chǎn)品主要用于促進水處理過程中的液固分離。
挑戰(zhàn)：在沒有實時數(shù)據(jù)的情況下管控聚合反應(yīng)
基于先前的戰(zhàn)略決策，該公司開始自主生產(chǎn)而非外購聚胺類產(chǎn)品。生產(chǎn)經(jīng)理Richard Winter回憶道：
“我們的首套生產(chǎn)裝置采用人工操作，每批次產(chǎn)量5000公斤。由于操作人員缺乏相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗，尤其在試車階段，出錯風(fēng)險極高。根據(jù)我對聚胺生產(chǎn)的了解，預(yù)估此階段廢品率可能高達50%。”
“有鑒于此，我們設(shè)計的工藝流程盡可能簡化，以降低產(chǎn)生不合格品——甚至整批報廢——的風(fēng)險。在公司當前發(fā)展階段，我們還希望盡量控制設(shè)備資本支出。”
基于這一理念，公司決定在首套裝置中最大化利用現(xiàn)有資源：采用廠區(qū)現(xiàn)有小型儲罐存放原料，通過重力自流方式按需投料至反應(yīng)器。為減少操作誤差，每個儲罐均加裝視鏡以便操作人員準確計量每批投料量。公司還調(diào)整了生產(chǎn)工藝，以降低單體生產(chǎn)中原料濃度波動（主要涉及初始胺濃度）帶來的影響。
生產(chǎn)不合格品的風(fēng)險
在缺乏連續(xù)實時粘度監(jiān)測的情況下，只能通過離線旋轉(zhuǎn)粘度計測量反應(yīng)釜樣品來監(jiān)控反應(yīng)進程。當判定聚合反應(yīng)達到足夠程度時，需通過添加水和鹽酸終止反應(yīng)。
Richard Winter表示：”雖然這套方法可行，但其結(jié)果高度依賴操作技巧，且存在重大不確定性：樣品能否代表整體特性？我們假設(shè)可以，但永遠無法絕對確定。此外，采樣后如何保持樣品溫度也是問題——溫度下降會導(dǎo)致粘度升高，而持續(xù)聚合又會使粘度進一步增加。”
實際操作中也存在困難：即便佩戴防護裝備，人工取樣仍可能接觸胺類和環(huán)氧氯丙烷蒸氣；在沒有泵循環(huán)系統(tǒng)的情況下，大量樣品需人工回輸至反應(yīng)釜。但最突出的問題是：人工取樣、檢測及設(shè)備清潔耗時可達15分鐘，”在聚合反應(yīng)加速階段，這么長的數(shù)據(jù)空白期極其危險”。
當反應(yīng)接近終點需要持續(xù)監(jiān)測時，問題尤為嚴峻。此時若缺乏實時數(shù)據(jù)，可能錯過最佳終止時機，導(dǎo)致產(chǎn)品粘度超出上限標準。
Winter回憶道：”取樣需要特定技巧。尤其在反應(yīng)后期，樣品冷卻過度會形成表面結(jié)皮，此時必須重新取樣，可能導(dǎo)致長達30分鐘的數(shù)據(jù)中斷。”
盡管公司嘗試通過繪制曲線圖推測反應(yīng)終點來降低誤差，但前10批次的實踐表明，仍可能有30%的產(chǎn)品超出規(guī)格。公司預(yù)估，即便積累經(jīng)驗后，高粘度產(chǎn)品的次品率仍可能達10%。輕微偏差的產(chǎn)品尚可回爐處理，但若形成凝膠則徹底報廢，后續(xù)廢料處理更會加劇損失。
“我們絕不能承受這種代價，”Winter強調(diào)，”在線粘度計顯然是解決方案，但該如何選型？我們需要一款能直接安裝在反應(yīng)釜上的堅固設(shè)備，無需溫控循環(huán)系統(tǒng)——這不僅涉及額外的管道、泵組和控溫系統(tǒng)安裝，更關(guān)鍵是一旦該設(shè)備故障，粘度監(jiān)測將完全失控。”
“我們理想的粘度計應(yīng)能直接集成到反應(yīng)釜，提供穩(wěn)定可解讀的數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)波動最小化。Hydramotion XL7在線粘度計正是這樣的設(shè)備。盡管缺乏使用經(jīng)驗，但離線取樣系統(tǒng)的弊端已嚴重到我們必須嘗試新方案。”
立竿見影：實時數(shù)據(jù)重塑生產(chǎn)格局
首臺粘度計在反應(yīng)釜安裝后，企業(yè)立即獲得顯著成效。通過對比Hydramotion XL7與離線粘度計在所有聚胺產(chǎn)品各生產(chǎn)階段的讀數(shù)，兩者呈現(xiàn)出高度一致性。XL7每2秒采集一次數(shù)據(jù)，通過全可配置的4-20mA模擬信號和串行通訊接口（RS232/RS422/485）將粘度數(shù)據(jù)實時傳輸至企業(yè)SCADA系統(tǒng)。
Richard Winter回憶道：”我們成功將原始粘度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵控制參數(shù)，確保產(chǎn)品始終符合規(guī)格。”
“設(shè)備獲得操作人員高度認可。聚合階段的工作負荷大幅降低，使他們能更專注于工藝控制。這為團隊實施’多技能培養(yǎng)’計劃創(chuàng)造了條件，為未來擴展產(chǎn)線奠定基礎(chǔ)。不合格品率迅速降至1%以下并保持至今。更令人驚喜的是，借助該粘度計，我們部分聚胺產(chǎn)品成功獲得NSF認證。”
隨著業(yè)務(wù)擴展，企業(yè)新建計算機控制的聚胺生產(chǎn)線，單批產(chǎn)量從5,000公斤提升至20,000公斤。新產(chǎn)線配置XL7粘度計后，不合格品率始終趨近于零。該設(shè)備卓越的長期可靠性驗證了當初選擇的正確性——運行數(shù)年間幾乎零維護需求。
Winter表示：”自安裝以來設(shè)備始終穩(wěn)定運行，至今未出現(xiàn)需重新校準的顯著漂移。這些粘度計已連續(xù)無故障工作多年。”
企業(yè)的售后體驗同樣令人滿意：”曾有反應(yīng)釜內(nèi)部支架脫落損壞探頭，Hydramotion提供了高效且經(jīng)濟的專業(yè)服務(wù)。”
XL7提供的持續(xù)實時粘度數(shù)據(jù)還為工藝優(yōu)化帶來新視角。雖然當前產(chǎn)線已滿負荷運行，”但建立的數(shù)據(jù)庫足以支撐我們利用粘度數(shù)據(jù)進一步優(yōu)化工藝流程。”
Winter總結(jié)道：”這款’安裝即忘’的設(shè)備，成功將聚合生產(chǎn)從經(jīng)驗主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動。Hydramotion粘度計是我們生產(chǎn)工藝中最重要的單項改進，持續(xù)保障產(chǎn)品合格率并降低損耗。”
