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聚合反应中的在线粘度测量

介绍

聚合物的生产是应用化学领域最重要的领域之一，这是因为它在应用行业的数量众多，并且产生了巨大的经济影响。聚合物是由简单的化学成分（单体）通过称为聚合反应的化学反应生产的大分子。它们已从天然产品的廉价替代品转变为为各种应用提供高质量的选择。它们被用作汽车车身零件，电视柜，飞机零件，咖啡杯和冰箱保温材料的泡沫，服装和地毯的纤维，粘合剂，轮胎和油管的橡胶，油漆和其他涂料的薄膜包装固体成型形式，以及许多其他应用程序。

应用领域

在线监测聚合反应具有挑战性。与需要密切监视和控制过程并改善现有制造过程以及新制造过程的性能有关，确定一般化学反应特别是聚合反应中转化率的能力非常重要。分子量分布和端基样式的信息对于准确的过程和产品控制通常是必不可少的。

无论是通过链式反应加成聚合反应还是一步式缩合反应聚合，都必须充分了解化学反应，以便进行研究和/或快速将新聚合物推向市场。了解关键的聚合物反应参数可以导致对多步聚合的精确控制，实时残留单体测量，并最终改善最终用途的聚合物性能。

挑战

应用相关

聚合反应的控制对化学工程师提出了严峻的挑战，因为这些反应通常是高度放热的，并且通常在非常粘稠的介质中进行，这使热量和传质变得困难。这些反应以表现出非线性行为而著名，并且在工业规模的反应器中已经报道了多重性和持续振荡的几种情况。

传统粘度测量技术的局限性

大多数聚合物材料的流变行为相当复杂。粘度取决于剪切和热历史。通常，聚合物粘度是离线测量的。大多数市售粘度计用于在线过程控制 – monitoring 聚合反应中的反应程度属于以下类别之一： 1. 基于压力驱动流的粘度计（例如毛细管粘度计）， 2. 旋转式， 3. 下降活塞/球体和 4. 振动管。传统上用于粘度测量的玻璃毛细管粘度计极其费力且耗时——玻璃毛细管需要在测试之间进行清洁。大多数流行的粘度测量工具缺乏高重复性，使其不适合该应用。

聚合反应以前已经通过许多离线分析方法进行了研究，包括重量分析，NMR，GC，UV-Vis和膨胀法。随着反应的进行，粘度的增加使得离线取样变得越来越成问题，因此这些较早的研究集中在聚合反应的初始阶段。

主要为实验室测量设计的传统机械和机电粘度计很难集成到控制和监测中oring 环境。由于运输和高固定成本的后勤挑战，当前场外实验室的测试方法不是最佳的且昂贵。内部发生的复杂变化通常无法从常规样品中确定，因为此类样品所代表的数据仅反映了取样时状况的快照，而传统仪器可能会受到剪切速率、温度和其他因素的影响。变量。

为什么要连续在线粘度监测oring 在聚合反应中重要吗？

高分子材料的精密工程需要密切监控oring 反应条件和聚合进程的影响，无论是在工业规模自由基聚合还是小规模受控聚合领域。良好调节的聚合反应产生的分子在组成、分子量、分子量分布、结构和物理性质方面具有良好的特征。为了实现这一目标，有必要了解并仔细控制与合成过程相关的许多化学和反应参数，并确保合成的聚合物“适合其预期用途”。在线自动监测oring 是控制反应的宝贵工具，特别是当过程以多步骤方式进行时。聚合反应本质上是高度放热的、快速的并且对小杂质（痕量的水）敏感。此外，在一次反应中粘度通常会达到几个数量级。

可以通过聚合物生产过程的在线分析来获取实时数据，从而实现快速动力学筛选，从而实现有效的反应优化。两者的结合——连续流处理和在线监控oring – 构成任何化学合成的理想工具。它能够在任何给定的反应条件下对反应混合物进行连续的“不间断”分析。通过这种方式，可以实现快速有效的筛选和真正的高通量反应优化。

ACOMP（自动连续在线监测oring 反应的聚合）可以用作研发中的分析方法，作为实验室和中试工厂水平反应优化的工具，并最终用于全尺寸反应器的反馈控制。使用原位实时分析是研究这种聚合的更好方法，因为它提高了测量精度，消除了与离线采样相关的时间和困难，最重要的是，可以更全面地了解反应动力学和热力学。

特性粘度是聚合物和蛋白质研究领域的重要工具，并且是ACOMP的重要组成部分，因为它具有以下几个要点：

这是了解溶液中分子结构和相互作用的一种方法。
特性粘度的测量被认为比光散射更可靠，因为它可以测量较低的分子量。
本征粘度（IV）是聚合物分子量的量度，因此反映了材料的熔点，结晶度和拉伸强度。
IV用作规范的一部分，以为特定应用选择合适的PET等级，并在供应链的各个点进行测量。从研发实验室（开发新的聚合物）和化学公司（从聚合塔中提取样品）到想要控制其过程和制成品质量的加工商的各个阶段都对材料进行了测试。

从成本、环境和物流角度来看，在线实时粘度监测具有多种激励优势oring 在聚合物生产过程中。事实证明，实时粘度信息对于深入了解关键动力学、机械和化学结构信息非常有价值，同时消除了与聚合反应离线测量相关的困难。要点如下：

经济和后勤优势，降低了生产成本： 在线粘度分析将减少发送到异地实验室的样品数量以及所涉及的成本。现场分析的连续输出还将减少运输人工/成本和抽样误差。

通过更好的分析来增强流程控制：

分析各种聚合反应，包括均相（例如自由基和缩合）和非均相（例如乳液和微乳液）
研究链增长，交联和固化
了解催化剂在聚合反应中的机理作用；确定催化剂的活性种类和动力学
监视并根据需要主动调整反应条件，以确保符合预期的最终产品规格
测量残留单体水平，并确保它们满足产品和法规要求。
monit的oring 反应贯穿整个聚合过程。由于粘度增加以及与样品去除相关的困难，离线抓取样品分析仅限于调查早期阶段。
由于难以将所有样品从样品提取器中取出进行离线分析，因此可以在聚合反应的后期进行更准确的残留单体测量。
由于离散样本之间没有延迟，因此可以更完整地表示动力学。这样可以更好地测量反应动力学，并具有实时预测和控制反应动力学的能力。
在聚合过程中提供更多的分析数据点，产生更具代表性的测量结果以及准确的动力学和热力学计算。

提高产品质量并减少浪费： 了解反应的化学原理涉及以下因素：反应动力学，单体转化率和反应率，反应参数对分子量和分布的关系和影响，对引发，扩散和终止阶段的聚合机理有透彻的了解，并确保整体聚合物结构满足目标应用需求。能够表征精确的反应动力学并精确控制它，有助于获得正确的聚合物性能并减少浪费。

减少能源消耗： 通过严格控制过程，在反应堆中最佳利用资源和电力

提高工人安全性： 其他因素，例如使用溶剂的健康和安全要求，对环境的考虑以及需要专业人员进行这些测试（必须在实验室中进行），都增加了无溶剂方法的广泛普及。

更快的响应时间： 原位粘度（和密度）分析将减少/消除采样和从实验室接收响应之间的延迟。

环境： 通过在线监控可以最大限度地提高资源利用率oring 系统，从而减少浪费，这对环境有利。通过减少排放增强可持续性。

Rheonics' 解决方案

自动化、实时在线粘度测量对于聚合物生产至关重要。 Rheonics 基于平衡扭转谐振器，提供以下解决方案，用于聚合过程中的过程控制和优化：

一致粘性测量： Rheonics和 SRV 是一款具有内置流体温度测量功能的大范围在线粘度测量设备，能够实时检测任何工艺流中的粘度变化。
一致 粘度和密度 测量： Rheonics和 SRD 是具有内置流体温度测量功能的在线同时密度和粘度测量仪器。如果密度测量对您的操作很重要，则SRD是满足您需求的最佳传感器，它具有类似于SRV的操作能力以及精确的密度测量值。

通过SRV或SRD进行的自动化在线粘度测量可消除传统方法用于粘度测量的样品采集和实验室技术的差异。传感器位于行内，因此可以连续测量粘度（在SRD情况下为密度）。将SRV / SRD与ACOMP结合使用可以提高生产率并提高利润率。两种传感器都具有紧凑的外形尺寸，可简化OEM和改造安装。他们不需要维护或重新配置。无论安装方式或位置如何，这两种传感器均可提供准确，可重复的结果，而无需特殊的腔室，橡胶密封或机械保护。不使用任何耗材，SRV和SRD极其易于操作。

紧凑的外形，无活动部件，无需维护

RheonicsSRV 和 SRD 的外形尺寸非常小，适合简单的 OEM 和改装安装。它们可以轻松集成到任何流程中。它们易于清洁，无需维护或重新配置。它们占地面积小，可在任何生产线中进行内联安装，从而避免任何额外的空间或适配器需求。

高稳定性，对安装条件不敏感：可以进行任何配置

Rheonics SRV和SRD采用独特的专利同轴谐振器，其中传感器的两端以相反方向扭转，抵消了安装时的反作用扭矩，从而使它们对安装条件和流量完全不敏感。这些传感器可以轻松应对定期搬迁。传感器元件直接位于流体中，不需要特殊的外壳或保护笼。

即时准确地读出过程条件–完整的系统概述和预测性控制

Rheonics'软件功能强大、直观、使用方便。可以在计算机上监控实时粘度。多个传感器通过遍布工厂车间的单个仪表板进行管理。泵送的压力脉动对传感器操作或测量精度没有影响。不受冲击、振动或流动条件的影响。

易于安装，无需重新配置/重新校准

无需更换或重新编程电子设备即可更换传感器，无需任何固件更新或校准系数更改即可直接更换传感器和电子设备。安装方便。拧入墨水管接头中的 XNUMX/XNUMX” NPT 螺纹。没有暗室， O-ring 密封件或垫圈。易于拆卸以进行清洁或检查。 SRV 可提供法兰和 tri-clamp 连接方便安装和拆卸。

低功耗

24V直流电源在正常运行期间消耗的电流小于0.1 A

快速响应时间和温度补偿粘度

超快且强大的电子设备与全面的计算模型相结合，使 Rheonics 设备是业内最快、最准确的设备之一。 SRV 和 SRD 每秒提供实时、准确的粘度（以及 SRD 的密度）测量，并且不受流量变化的影响！

广泛的运营能力

Rheonics' 仪器专为在最具挑战性的条件下进行测量而设计。 SRV 具有市场上最广泛的在线过程粘度计操作范围：

压力范围高达5000 psi
温度范围为-40至200°C
粘度范围：0.5 cP至50,000 cP

SRD：单仪器，三功能 –粘度，温度和密度

RheonicsSRD 是一款独特的产品，可替代三种不同的粘度、密度和温度测量仪器。它消除了同时放置三种不同仪器的困难，并在最恶劣的条件下提供极其准确和可重复的测量。

就地清洁（CIP）

SRV（和SRD）通过monit监控线路的清理oring 清洁阶段溶剂的粘度（和密度）。传感器会检测到任何细小的残留物，使操作员能够决定何时清洁管线。或者，SRV 向自动清洁系统提供信息，以确保运行之间进行全面且可重复的清洁，这与玻璃毛细管的情况不同。

卓越的传感器设计和技术

先进的专利第三代电子设备驱动这些传感器并评估它们的响应。 SRV 和 SRD 可采用行业标准过程连接，例如 3/1” NPT 和 XNUMX” Tri-clamp 允许操作员用 SRV/SRD 替换生产线中的现有温度传感器，除了使用内置 Pt1000（可用 DIN EN 60751 AA、A、B 级）精确测量温度之外，还提供粘度等非常有价值且可操作的过程流体信息。

满足您需求的电子产品

传感器电子器件既可以在防爆变送器外壳中使用，也可以在小尺寸DIN导轨安装中使用，从而可以轻松集成到过程管道和机器内部的设备柜中。