Inline process monitoring of the moisture content in propylene oxide

Význam tématu

Propylene oxide je klíčový průmyslový produkt vyráběný v objemu přesahujícím 10 milionů tun ročně. Kontrola obsahu vody je zásadní pro prevenci nežádoucích vedlejších reakcí, zajištění vysokých výtěžků a kvality finálního produktu. Hygroskopické a hořlavé vlastnosti PO vyžadují bezkontaktní a nepřerušovanou analýzu vlhkosti přímo v procesní linii.

Cíle a přehled studie / článku

Tato studie představuje použití inline NIR spektroskopie k monitorování nízkých hladin vody v propylene oxide v reálném čase. Cílem je nahradit časově náročné laboratorní metody, snížit expozici personálu rizikovým látkám, zkrátit dobu odezvy na změny procesních parametrů a optimalizovat kvalitu produktu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro kvantifikaci obsahu vody byla využita near-infrared spektroskopie s kalibrací založenou na referenční metodě Karl Fischerovy titrace. Spektrální data z inline NIRS analyzátoru jsou porovnávána s výsledky titrace a vytvářejí prediktivní model pro přesné určení vlhkosti přímo v procesu. Model byl validován měřením v laboratorních i procesních podmínkách.

Použitá instrumentace

• NIRS XDS Process Analyzer – SingleFiber 9 Channels s možností připojení až 9 sond na vzdálenost až 100 m
• Nerezové průtokové kyvety (SS316) se stálou a variabilní optickou dráhou (0,5–12 mm)
• PTFE průtoková kyveta pro přímý průtok vzorku
• Single Fiber optika pro robustní přenos signálu
• Kalibrační Karl Fischer titrátor pro referenční měření vlhkosti
• Rozsah vlnových délek NIR: 1850–1950 nm
• Výbušně odolné provedení vhodné pro nebezpečná prostředí

Hlavní výsledky a diskuse

Inline NIRS měření ukázala vysokou shodu s referenční Karl Fischer titrací, po korekci modelu pomocí on-line titrací. Model zohlednil rušení způsobené absorpcí vlhkosti z atmosféry a minimalizoval odchylky mezi laboratorními a procesními daty. Real-time monitoring umožňuje okamžitou detekci zvýšení obsahu vody a rychlou korekci výrobního procesu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá odezva na změny v procesu a okamžité zásahy
• Eliminace manuálního odběru vzorku a snížení expozice personálu
• Zvýšení kvality finálního produktu a minimalizace výrobních ztrát
• Zkrácení doby potřebné pro kontrolu vlhkosti a snížení provozních nákladů

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj NIR modelů s využitím strojového učení a multivariační analýzy může dále zlepšit přesnost predikce. Rozšíření inline spektroskopie na monitorování dalších klíčových parametrů (např. složení meziproduktů, peroxidy) přispěje ke komplexní optimalizaci výroby PO. Integrace dat z více analyzátorů a pokročilá vizualizace procesních dat zajistí lepší řízení výroby.

Závěr

Inline NIR spektroskopie představuje spolehlivou a bezpečnou metodu pro kontinuální monitorování vlhkosti v propylene oxide. Integrace s referenčními Karl Fischer metodami zaručuje vysokou přesnost a umožňuje efektivní řízení výrobního procesu. Nasazení výbušně odolných analyzátorů v nebezpečném prostředí zvyšuje bezpečnost a ekonomiku výroby.

Reference

• Kawabata T.; Yamamoto J.; Koike H.; Yoshida S. Trends and Views in the Development of Technologies for Propylene Oxide Production; Sumitomo Kagaku, 2019; pp 4–11
• Kleimeier. Nahinfrarotspektroskopie Produktionsprozesse Unter Der Lupe. GIT Labor-Fachzeitschrift 2018, 36–38