超音波減衰法 OPUS


超音波減衰法 OPUS

超音波減衰法により、高濃度の不透明懸濁液の粒度分布を測定できます。

この数年、化学プロセスの制御と最適化の必要から、インライン粒子径測定は重要度は増大する一方です。超音波減衰法を用いた OPUS は、このようなインライン粒子径計測に最適なシステムです。超音波減衰法は周波数依存で、粒子径に関する基本的な計測に用いられるほか、数学的アルゴリズムにより粒子径分布にも変換できます。内蔵センサは非常に堅牢で、代表的なプロセス圧力や温度に対応できます。また大きな特長として、高濃度の懸濁液(最高 体積当り70%濃度まで)の計測が挙げられます。この粒子径分布計測は、広い測定レンジでも濃度による影響をほとんど受けず、さらにセンサ部品の汚染が結果に影響することもありません。

超音波減衰法では測定領域全体を分析できるため、光学装置での測定のようなガラス窓前の小さな領域の情報だけでなく、ボリューム全体のサスペンション情報を得ることができます。超音波減衰法は分析対象の音響特性に依存します。この音響特性は素速く簡単に、また高精度に測定できます。ただし粒子径分析前に、測定対象物の濃度については十分に把握しておく必要があります。

 

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超音波減衰法の測定原理

OPUS 測定原理電気高周波発生装置をピエゾ素子による超音波トランスデューサに接続します。発生した超音波は懸濁液にカップリングされ、その粒子と相互作用します。測定領域を通過後、超音波は超音波検出器で受容され、電気信号に変換されます。発生器と検出器における信号の振幅から、超音波の減衰率が算出されます。

 

インライン粒子測定の実現

本装置はフィンガー・プローブで、DN 100 フランジを用いてほぼ全種類のプロセスパイプやベッセルに取り付けられます。OPUS は加工環境下(温度0~120℃、圧力0~40bar、pH値1~14)に対応した完全自動リアルタイム粒子径分析装置です。オプションとして防爆バージョン(周囲環境 Zone 1, 測定領域 Zone 0)もございます。OPUS はフランジからチップまでの長さを 330~3500mm 範囲でご指定できますので、多彩なプロセスに適用できます。

DN10 までのより小さなパイプ径への取付けも可能です。自動クリーニングシステムにより、プロセスをシャットダウンせずに、プローブをプロセスパイプやベッセルから取り外して、クリーニング、検査、メンテナンスできます。

 

応用例

OPUS は高濃度な懸濁液やエマルジョン(体積濃度 約70%まで)を希釈することなくインラインまたはオンラインで粒度分布測定できる装置です。ミリング、結晶化、重合、沈殿、乳化、容積濃度、品質管理、研究などのプロセスのリアルタイムモニタに最適です。
Real time monitoring of a milling process

ミリングプロセスのリアルタイムモニタ

左図は粒度分布の特性値(x10, x50, x90)を経過時間に対する関数で表した、ミリングプロセスのリアルタイムモニタの例です。OPUS を用いることで、余計な手間や時間を消費することなく、求める品質に確実にミリングされたことを確認できます。OPUS は 10-200mm のプロセスアダプタを用いた再循環ループを用いてインストールできます。

Real time monitoring of a continuous salt crystallisation

連続的な塩結晶化のリアルタイムモニタ@115°C, 2 bars, ドッキング・ポジショナ&クリーナー使用

左図は連続的な塩結晶化プロセス中に測定した粒度分布の特性値です。表示期間の終わりでみられる x90 値の急激な上昇は、この結晶化プロセスに問題があることを示すものです。OPUS は結晶のサイズ分布をリアルタイムに測定するので、得られた情報をプロセス管理に即時に使用することができます。連続運転される晶析装置について既知の振動をモニタできます。OPUS は晶析装置の再循環ループ内に設置され、この測定での長さは約1400mm でした。

Real time monitoring of an emulsification process

乳化プロセスのリアルタイムモニタ

超音波減衰法は懸濁液だけでなく、乳化プロセスのモニタにも適用できます。希釈すると乳化作用に影響を与えることがままあるため、希釈が不要な OPUS による測定は乳化プロセスのモニタに最適です。左図は異なるエネルギー量で乳化した際の液滴サイズの分布の変化を示したものです。

 

仕様

センサ: OPUS フィンガープローブ 直径 = 89mm、長さ = 330~3500 mm、DN 10 以上のパイプやベッセルなどに取付可
測定範囲: 粒子サイズ <0.1~3000 μm、固体物濃度 31 classes, xmax/xmin < 1000、媒質 1~70 Vol % (typ.); 懸濁液, エマルジョン
原理: 超音波; 100 kHz to 200 MHz、固定ダイナミクス 150 dB、精度 0.1dB (typ.)
解析: 消光関数; ライブラリ >300 プロダクツ
操作: プロセスコントロール・ソフトウェア(optional via PLC WINDOWS 7, XP Professional)
再現性: SD. < 0.5% (repeated sample)、SD. < 1.0% (riffled sample)
可比較性(x10, x50, x90): SD. < 5% mean rel. SD
測定時間: 1分未満(代表値)
環境: 温度 120℃以下(標準) 150℃(オプション)、圧力 40bar以下