自動化工廠的起源-PAT技術:Online-NIR的應用與效益

我們在本篇文章中會說明:

(1)Online-NIR如何幫助工廠自動檢測

(2)Online-NIR如何傳輸數據

(3)你適不適合導入NIR技術

關鍵字|Online NIR、PAT、產線監控

 

Online-NIR如何幫助工廠自動檢測

Online-NIR在化工廠或者是聚合物廠中最常見的應用主要以即時觀察產線合成的經過,從起始物的消耗、中間體的產生以及最終合成產品的含量,全部都涉及到化合物中官能基的轉換,包含雙鍵開鍵中=CH與-CH的消長、水解產生的-OH還有紫外固化(Curing)中在-NH鍵結上的反應等等,因此我們可以把整個反應過程想像成官能基隨著時間的變化趨勢,因此NIR可以提供以下效益:

 

(1)NIR對CH、NH、OH有特定的吸收波段

(2)NIR最快10秒鐘產出一筆結果

(3)NIR藉由光纖探頭進行遠距分析、即時回傳

 

因此以聚合物廠常見的檢測項目中,NIR可以分析OH值(Hydroxyl Value)、酸價(Acid Value)、密度(Density)、黏度(Viscosity)、水分(Moisture Content)、添加劑含量(additive)、異氰酸酯含量isocyanate(NCO)、固化程度(Curing Level)等過去使用滴定儀或HPLC等方式進行的分析項目。NIR本身原理基於官能基對近紅外光的吸收來產生光譜,因此相較於傳統方法,NIR的優勢在於:

 

(1)幾乎不需要前處理

(2)分析速度<1分鐘/樣品

(3)沒有廢液產生(衍生化試劑kit、滴定廢液)

(4)一次分析可以得到多個測項的結果

 

Online-NIR如何傳輸數據

NIR從產線中取得光譜之後,軟體會進行預測(Prediction)得到每一個項目的定性(Pass/Fail)或定量(數值+單位)結果,接著將這些數值透過Analog/Digital或OPC等不同的通訊方式,將分析結果傳送到工廠中SCADA/DCS/PLC等控制單元,接著根據廠務或製程工程師預設的判斷基準來決定需不需要啟動其他的設備,例如反應速度不如預期,可以啟動加快反應物的添加速度或者啟動溫控設備升高溫度。

過去在產線開發的時候,現場會仰賴品管部門的取樣分析,或者是自行在工廠端分析中間體,無論如何都需要中斷或者等待,反觀Online-NIR是不間斷的持續收集光譜並產出數據,使得現場的同仁可以隨時掌握產線的狀況。此外Online-NIR的分析結果也可透過電腦網路連線,在公司的內部網域中,所有相關的人員都可以遠端了解產線狀況,整體來說效益如下:

(1)遠端掌握,最大程度降低人力需求

(2)即時監測,品質可控制

(3)長期修正,優化產線競爭力

 

你適不適合導入NIR,要先從您產線的整個流程開始檢查:

(1)中間體或成品的分析時間包含樣品前處理是否超過30 分鐘甚至2小時以上?

(2)分析過程產生的廢液處理與消耗的反應試劑成本是否過高?

(3)是否有需要在一次分析中取得多種結果?

(4)未來是否考慮到導入連續製程來增加產能?

 

從上述的問題中,我們可以注意到Online-NIR提供的是更少的時間成本,時間是唯一無法彌補的成本,無論是為了搶先上市而需要產線開發與優化、快速找出產線問題回應產品客訴、複製產線並維持品質來提升產能等,都需要時間,因此如何有效的利用時間,將會是您最需要思考的重點。

 

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