Opracowała dr. inż. Karolina Orłowska
CASE STUDY
Kontrola jakości żywic alkidowych w czasie rzeczywistym: korelacja lepkości i liczby kwasowej z widmem Ramana
W produkcji żywic alkidowych liczą się minuty – im szybciej wykryjesz odchylenia jakości, tym mniej kosztownych korekt i strat materiału. W Gekko Photonics pokazaliśmy, że spektroskopia Ramana w połączeniu z zaawansowaną chemometrią pozwala wyznaczać lepkość i liczbę kwasową w czasie zbliżonym do rzeczywistego.
Wprowadzenie i kontekst projektu
W przypadku żywic alkidowych w rozpuszczalnikach kluczowe parametry jakościowe – lepkość oraz liczba kwasowa – są najczęściej weryfikowane metodami laboratoryjnymi, na próbkach pobieranych po filtracji. Takie podejście zapewnia precyzję, ale wprowadza istotne opóźnienie pomiędzy produkcją a decyzją jakościową.
Celem projektu było sprawdzenie, czy platforma Spectrally oparta o spektroskopię Ramana może przejąć rolę szybkiego i powtarzalnego „czujnika jakości”, który dostarcza wynik w krótkim czasie i stanowi podstawę do automatyzacji kontroli jakości oraz docelowo stabilizacji procesu.
Wyzwanie biznesowe
- Brak informacji o jakości produktu w czasie rzeczywistym – wyniki z laboratorium pojawiają się z opóźnieniem.
- Ryzyko wykrycia odchyleń dopiero po zakończeniu wytwarzania partii, co może generować straty i wydłużać zwolnienie produktu.
- Złożona matryca żywicy i rozpuszczalników powoduje nakładanie się sygnałów w widmie i utrudnia proste przypisanie pojedynczego pasma do jednego parametru.
- W środowisku procesowym obecne są rozpuszczalniki łatwopalne, dlatego przyszłe wdrożenie musi uwzględniać wymagania dla stref zagrożonych wybuchem.
Poznaj rozwiązania Gekko Photonics
Chcesz dowiedzieć się więcej na temat analizatorów Spectrally? Skontaktuj się z naszym ekspertem, który na podstawie krótkiej rozmowy doradzi najlepsze możliwości mierzenia Państwa procesu.
Cele projektu
- Ocenić wykonalność pomiaru lepkości i liczby kwasowej na podstawie widma Ramana dla żywic alkidowych w rozpuszczalnikach.
- Zbudować wstępny model chemometryczny do predykcji parametrów jakościowych.
- Określić docelową koncepcję wdrożenia, z preferowanym pomiarem in-line po filtracji, bezpośrednio w rurociągu.
- Ustalić kierunek dalszej walidacji modelu dla predykcji wartości pośrednich.
Zastosowane rozwiązanie i podejście projektowe
Przeprowadziliśmy pomiary wykonalności w konfiguracji at-line na platformie Spectrally, rejestrując widma Ramana dla próbek o zróżnicowanej matrycy i wykonując powtórzenia w celu potwierdzenia powtarzalności. Zoptymalizowaliśmy akwizycję do czasów integracji poniżej 1 s, a widma uśrednialiśmy wieloskanowo, aby poprawić stosunek sygnału do szumu.
Ze względu na złożoność widm zastosowaliśmy podejście oparte na analizie całego widma oraz przetestowaliśmy dwa typy modeli predykcyjnych: regresję liniową i model oparty o sieć neuronową. Docelowo rekomendujemy pomiar in-line z montażem sondy za węzłem filtracji, co zapewnia ciągły odczyt, szybką reakcję technologiczną i gotowość do dalszej automatyzacji procesu.
Rezultaty i korzyści
- Wyniki wykazały wysoki potencjał technologii Ramana w połączeniu z chemometrią do monitoringu parametrów jakościowych żywic alkidowych.
- Uzyskano współczynnik determinacji R² > 0,99 dla lepkości oraz liczby kwasowej.
- Przewidywany rząd niepewności pomiarowej dla lepkości wyniósł około ±0,25 Pa·s, z możliwością dalszej poprawy po rozszerzeniu bazy próbek.
- Decyzja jakościowa może zostać przyspieszona z godzin do sekund lub kilkudziesięciu sekund, co przesuwa model pracy z kontroli reaktywnej na proaktywne monitorowanie procesu.
- Rekomendowanym kolejnym krokiem jest rozszerzenie zestawu kalibracyjnego i walidacja w warunkach zbliżonych do procesowych.
Skontaktuj się z nami
Dowiedz się ile możesz zaoszczędzić na swoim procesie ze Spectrally.
Kontakt
dr inż. Maciej Jaworski
Jeśli mierzą się Państwo z podobnym wyzwaniem w zakresie kontroli procesów chemicznych, stabilizacji jakości lub monitoringu reakcji w czasie rzeczywistym, porozmawiajmy o rozwiązaniu dopasowanym do Państwa warunków technologicznych.
- maciej@gekkophotonics.com
- +48 786 867 071