To automate or not to automate? Advantages of PAT – Part 1
01.04.2020
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Zugegebenermaßen war mir die Welt der Prozessanalysentechnik lange fremd und wenn ich etwas über Prozessautomatisierung hörte, stellte ich mir futuristische Roboter vor, sterben Arbeit übernehmen. Ganz so wie in modernen Science-Fiction-Filmen. Ich glaube so wie mir, geht es vielen Menschen. Die Unsicherheit darüber, was der Ausdruck „wir automatisieren Ihren Prozess“ bedeutet, ist oft groß. In dieser Blog-Serie wollen wir zeigen, dass Prozessanalysentechnik weniger kompliziert als gedacht ist und dennoch viele Vorteile für Anwender bringt.
Was bedeutet Prozessanalysentechnik (PAT)?
In einem Gespräch wurde mir mal gesagt:
Prozessanalytik ist für alle die, die glauben, dass sie es nicht brauchen
,
bei
Eine gewisse Wahrheit steckt darin und zeigt die Fülle an Möglichkeiten der Anwendungen. Es ist zu bedenken, dass der zukünftige Anwender nicht nur in die Erfassung der Messgrößen (Direktmessung, TDLAS, GC) sondern zunehmend in die Bestimmung von Stoffeigenschaften und Materialzusammensetzungen investiert.
Prozessanalysetechnik dient der Optimierung, Kontrolle sowie Analyse von Prozessen bzw. deren kritischen Parametern und leistet einen großen Beitrag zur Qualitätssicherung und der gesamten Prozesssicherheit. Denkt man an bekannte Chemiekatastrophen (Bsp. Minamata, Toulouse oder Tianjin), in denen Gifte ausgetreten sind und einen immensen Schaden für Mensch und Umwelt zur Folge hatten, wird deutlich wie wichtig eine regelmäßige Überwachung kritischer Parameter ist. Die Liste der Analyten, die überwacht werden können, und muss lang und reicht von Kontaminationen in Abwässern aus kommunalen oder industriellen Kläranlagen, über pharmazeutische Wirkstoffe bis hin zu Gasen und Aerosolen in der Umgebungsluft.
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Vom Labor zum Prozess
Was es bedeutet, dass das industrielle Prozesse heute meist am Optimum gefahren werden, zeigt die Tatsache, dass die Herstellung von Produkten immer schneller und unabhängiger abläuft. Um den Prozess entlang der gesamten Wertschöpfungskette auch wirtschaftlich effizient zu gestalten, sollen die gewonnenen Produkte mit höchster Qualität in kurzer Zeit und mit einem einheitlichen Chemikalieneinsatz und Energieaufwand gefertigt werden. Vor allem im 24/7-Betrieb ist das Wissen über die Zusammensetzung von Ausgangs- und Zwischenprodukten oder auch Verunreinigungen essentiell für eine optimale Prozessführung und die Prozesssicherheit. Nur wie kann rund-um-die Uhr eine zuverlässige Prozessüberwachung sichergestellt werden? Die wenigsten Unternehmen haben Betriebslabore mit einem tatsächlichen 3-Schicht-Betrieb und schicken ihre Proben oft an externe Labore. Darüber hinaus werden Proben mitunter in größeren zeitlichen Abständen genommen. Dies birgt verschiedene Risiken.
Auf der einen Seite ist der Zeitverlust zwischen Probennahme und Analyse enorm. Auf Schwankungen und Abweichungen von Zielkonzentrationen oder Grenzwerten kann nur verzögert reagiert werden. Auf der anderen Seite sind Arbeits- und Umgebungsbedingungen nicht vergleichbar und können zu Veränderungen der Probe führen.
Möchten Sie mehr über die Geschichte der Prozessanalysentechnik bei Metrohm erfahren? Schauen Sie sich unseren vorherigen Blog-Beitrag an:
Prozessanalysatoren: automatisierter Betrieb rund um die Uhr
Üblicherweise können manuell durchgeführte Analysen durch den Einsatz industrieller Prozessanalysatoren automatisiert werden. An kritischen Stellen im Produktionsprozess werden die Proben automatisch entnommen und weiterverarbeitet. Die gewonnenen Informationen werden ohne Verzögerung zur Steuerung des Prozesses verwendet, da die Daten sofort an ein zentrales Rechensystem im Werk übertragen werden können. Die automatisierte Analyse direkt an der Probenahmestelle ermöglicht eine erhöhte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Daten.
In der Praxis wird dazu ein Teilstrom des zu analysierenden Produktstroms mittels Ventilen oder Ansaugen mit Schlauchpumpen oder mittels Bypass-Leitungen dem Analysator zugeführt. Die so automatisch entnommene Probe wird in das Titriergefäß überführt und mit den entsprechenden Hilfsreagenzien versetzt. Die Analyse erfolgt mit den aus dem Labor bekannten Messtechniken der Titration, Spektroskopie, Ionenchromatographie oder auch elektrochemischen Methoden, die optimal und anwendungsspezifisch in den Analysator integriert werden. Die Methoden können kombiniert werden und erlauben auch mehrere Messstellen parallel mit einem System zu überwachen. Dank der auf die Anwendung spezifisch konfigurierten und erweiterbaren Analysatoren werden die optimalen Voraussetzungen für eine stabile Prozessregelung geschaffen
Laden Sie sich hier unsere Übersicht der Prozessanalysesysteme herunter!
Im Gegensatz zu konventionellen Analysemethoden sterben zeigt NIR-Spektroskopie Insbesondere durch die Analysengeschwindigkeit Eine Reihe von Vorteilen. Ergebnisse können innerhalb weniger Sekunden gewonnen und direkt in das Prozessleitsystem übertragen werden, sodass chemische Prozesse zuverlässig optimiert werden können. Zusätzlich wird die Probe in situ, dh komplett ohne Einsatz von Chemikalien untersucht was einen zusätzlichen Mehrwert für die Prozesssicherheit bedeutet
Haben Sie eine Frage zu NIRS? Schauen Sie sich unsere FAQ-Blogpost-Reihe an.
Häufig gestellte Fragen in der Nahinfrarot-Spektroskopie-Analyse – Teil 1
Die Vorteile von PAT
Automatisierung im Rahmen der Prozessanalysentechnik hat nicht immer etwas mit futuristischen Robotern zu tun und bietet stattdessen eine Reihe von Vorteilen:
- Vollautomatische Überwachung des Prozesses rund um die Uhr
- Zeitnahe und automatische Rückmeldung der Analyseergebnisse an die Anlagensteuerung zur automatischen Prozessnachregelung
- Reduzierung von Schwankungen der Produktqualität
- Verbessertes Prozessverständnis, um die Produktion effizienter zu gestalten
- Unabhängig vom eigenen Labor (oder Auftragslabor)
- Vollständige digitale Rückverfolgbarkeit der Analyseergebnisse
- Gesamtlösungskonzepte einschließlich Probenvorbereitung, Zeitersparnis und Erhöhung der Sicherheit
Was kommt als nächstes?
In unserem nächsten Beitrag dieser Serie erfahren Sie, welche Rolle die Technologie der Prozessanalyse bei der digitalen Transformation im Hinblick auf «Industrie 4.0» spielt. Klicken Sie hier, um direkt dorthin zu gelangen!
