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      科里奥利流量计如何用于食品厂的在线质量监控

      来源: 作者: 发布日期:2021-08-21

       根据接受审查的产品,食品和饮料工厂经理可能必须满足食品和药物管理局 (FDA)、欧盟 (EU) 以及其他机构的要求。适用的法规可能包括 cGMP、GFSI、ISO、HACCP、SQF、SID 等。

      这些要求和法规规定了适当的成分、程序和卫生条件。在许多情况下,要遵守这些法规,需要在生产期间和之后进行实验室分析。 
       
      为了进行实验室测试(图 1),技术人员会定期抽取样品,将其带到现场设施进行分析,并将结果传达给工厂人员。操作员和维护人员然后进行调整和纠正,以改进对过程的控制,或在需要时进行维修。 
      从采样到分析可能需要几个小时。
      图 1:从采样到分析可能需要几个小时。 
       
      这会带来一些问题,因为实验室分析不是实时完成的、耗时的、劳动密集型的,并且增加了人为错误的可能性。即使采集样本、分析样本和报告结果需要 30 分钟,这些信息也代表了 30 分钟前的过程——而不是现在。结果可能是一批变质了。 
       
      如果测量是在线完成的,则会检测到突然的偏差。在线测量还可用于实现手动测量无法实现的自动闭环控制。典型的闭环控制策略使用在线测量作为 PID 控制器的过程变量输入?刂破魇涑銮持掷嘈偷牡鹘谧爸,例如控制阀。PID 控制器不断地自动调整其输出,以维持接近设定值的所需值。
       
      许多业内人士经常忽视科里奥利流量计用于质量控制的能力。本文展示了如何在食品工业中使用科里奥利流量计来监控过程并减少或消除实验室分析的需要。
       
      需要测试
      检查产品纯度和质量很重要,但满足消费者对适当口味和质地的期望也很重要。 
       
      例如,啤酒厂中的冷麦汁和热麦汁测量对于确保非常佳质量和产量以及口味非常重要。 
       
      粘度测量可以测试豆类、洋葱、肉类和家禽的面糊涂层的一致性。测量番茄酱的白利糖度有助于控制切割过程中添加的番茄酱量。
       
      单个科里奥利流量计(图 2)可以同时测量多个参数,包括密度、浓度、粘度、白利糖度、柏拉图、体积、质量流量和温度——通常无需多台仪器。 
      使用流量计测量提高质量
      图 2:科里奥利流量计(例如 Endress+Hauser Promass®)进行多次测量,可用于在线质量控制。
       
      例如,流量计的高精度密度功能可用于测量白利糖度和柏拉图值,以确保成分的质量。粘度读数提供连续测量,以非常大限度地减少生产不合格产品的机会。
       
      科里奥利流量计内置的诊断功能有助于识别过程问题。例如,管线中夹带的空气会影响产品质量。操作员需要知道外部空气是否是通过泄漏的密封件、空化泵或空的平衡罐吸入的。 
       
      科里奥利流量计在夹带大量空气时无法正常工作,因此它具有诊断功能来检测这种情况。在 Endress+Hauser 科里奥利流量计中,诊断值显示管振荡处于良好范围内,表明没有夹带空气。如果管线中出现空气,诊断值将发生变化(图 3),从而向操作员发出警报。
      科里奥利流量计中的诊断可以确定是否存在夹带空气
      图 3:科里奥利流量计中的诊断可以确定是否存在夹带空气(图中紫色迹线)。此数据可用作操作员警报并在设置过程中提供帮助。
       
      科里奥利质量流量计在流体流经管道时同时测量其密度和流速(图 4)。这些装置原则上基于科里奥利效应,即管内流体路径的偏转。励磁线圈在谐振频率的非常好个节点处使管振荡,振荡频率随流体密度而变化。  
      测量科里奥利流量计中流量管的偏转允许仪表测量流量、质量流量、密度、浓度和其他参数
      图 4:测量科里奥利流量计中流量管的偏转允许仪表测量流量、质量流量、密度、浓度和其他参数。
       
      非常初,当没有流动时,管子同步振荡,但随着流体开始流动,入口和出口弯头上的传感器开始以相移非同步方式振荡。测量振荡频率可提供确定流量、质量流量、密度、浓度等的数据。  
       
      流量计安装了 RTD 以测量流体的温度。RTD 还测量管子的温度,这是必需的,因为管子弹性随温度变化。弹性的变化会影响管子的弯曲方式,从而影响密度测量,因此密度计算需要温度补偿因子。  
       
      下面描述的应用包括测量浓度、粘度和密度,但这些只是科里奥利流量计可能进行的一些在线质量测量。
       
      检查浓度使啤酒更好
      浓度测量由啤酒厂进行,需要控制麦芽汁的糖含量以确定啤酒的酒精强度。糖含量与柏拉图度数 (°P) 相关;例如,1°P 麦芽汁每 100 克麦芽汁将含有 1 克糖分。 
       
      科里奥利流量计提供精确的密度和温度测量,这两者都是确定柏拉图度数所必需的?评锇吕髁考苹咕哂惺褂貌饬康拿芏群臀露壤醇扑闩ǘ鹊募晒。 
       
      在啤酒厂中,谷物经过发芽和碾磨后,醪液进入过滤器,这是一种用于将醪液与麦芽汁分离的容器。当麦芽汁离开过滤器运行时进行密度和浓度测量。
       
      有多种方法 (Ref.1) 可以测量糖含量,包括手动和自动。然而,手动测量通常在过滤过程完成后进行,而在线测量允许对过程进行实时校正,通常通过闭环控制通过自动化方式进行。非常终结果是减少了不良批次造成的浪费,并且无需手动采样麦汁,从而减少了时间和劳动力。
       
      验证粘度
      水果加工厂需要生果温度、密度、白利糖度、粘度、流速和总流量的历​​史记录。
       
      科里奥利流量计测量密度,因此它可以计算出与水中蔗糖含量成正比的白利糖度。该测量提供了传入水果的状况和质量的图片。例如,仍呈实心块状的硬水果将显示出低糖度。相比之下,高白利糖度测量值可能表明过熟的糊状水果,几乎没有完整的固体。操作员或控制系统可以使用白利糖度测量来确定如何处理传入的水果。
       
      测量水果产品的粘度以确定非常终产品质量。粘度描述了流体的流动特性,它取决于分子之间作用的力。流体越粘稠,分子间作用力越强。因此,必须克服更大的内部阻力才能移动流体或对其施加力。粘度是对产品一致性和质量的间接测量。 
       
      科里奥利流量计可以使用两个同时驱动的频率来测量质量流量和粘度。扭转或粘度模式使用更高的频率在流体上产生剪切速率(图 5),管内的剪切力是剪切速率和粘度的函数。通过测量驱动电流,可以计算粘度。
      粘度计算为剪切速率和粘度的函数
      在新型科里奥利流量计中,测量管上的激励器会激发两种本征模式:弯曲模式和扭转模式。弯曲模式决定了流体密度和质量流量,而粘度是基于扭转模式计算的。
       
      粘度通常在实验室条件下在实验室中测量。在过程中直接测量粘度的优势在于它真实反映了过程条件,避免了将样品带到实验室的延迟。如果粘度超出产品的公差范围,通?梢酝ü远绞蕉怨探惺凳毙拚。  
       
      冰淇淋溢出
      食品通常用气体发泡以达到所需的稠度。例如,当生产冰淇淋时就会发生这种情况(图 6)。在冷冻过程中注入气体,将微泡捕获到冰淇淋中,使其具有奶油质地。此过程适用于高脂肪和低脂肪冰淇淋。
      冰淇淋在冷冻前注入空气,使其具有奶油质地
      气体含量是非常终产品整体质量的一个重要因素,也是一个重要的工艺参数。由注入气体引起的非常终产品体积的增加称为溢出。根据产品的不同,冰淇淋或冷冻产品的膨胀率可能在 20% 到 120% 之间。
       
      可以使用科里奥利流量计进行这种测量。例如,采用多频技术 (MFT®) 的 Endress+Hauser Promass Q 可实现对超限的连续监控。液体冰淇淋的密度在它被转移到冷冻机时被测量。
       
      冰淇淋厂通常注入空气,手动测量密度并相应地调整过程。如果配方、冷冻室温度或气压发生变化,也需要调整注气量?评锇吕髁考铺峁┰谙卟饬浚ú慰嘉南 2),节省采样时间并允许立即和自动调整空气注入。  
       
      添加仪器
      本文仅介绍了科里奥利流量计如何用于食品厂的在线质量监控。尽管科里奥利流量计功能强大,但添加额外的仪器(例如 pH 计、色度计、溶解氧传感器和其他在线分析设备)可以帮助食品厂实时分析和控制更多过程。

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