Laboratoř vs. procesní analýza: klíčové faktory pro správná rozhodnutí

Manažeři v průmyslovém prostředí se denně setkávají s mnoha obtížnými otázkami a musí činit klíčová rozhodnutí. Jedním z těchto rozhodnutí je, zda umístit analytické přístroje online/at-line (přímo do procesu) nebo do laboratoře za účelem monitorování procesu a kontroly kvality výroby. Znalosti znamenají moc, proto je nezbytné, aby manažeři měli k dispozici všechny relevantní informace, které jim umožní činit správná rozhodnutí v souladu s individuálními procesními podmínkami. Každý proces je jedinečný a vyžaduje specifická analytická řešení – a to je přesně to, co Metrohm nabízí.

Faktor 01: Sledovatelnost dat a komunikace

Manažeři a operátoři výrobního závodu musí být neustále informováni o stavu svých procesů. Zvládnout několik různých měřicích technik nebo analyzovat kumulativní trendy dat z více zdrojů je velmi náročné.

Faktor 02: Data z procesních analyzátorů

Procesní analyzátory jsou schopny efektivně ukládat, vyhodnocovat a inteligentně využívat analytická data, aby umožnily okamžitý zásah v souladu s defi novanými požadavky procesu. Analyzátory Metrohm mohou být využity k podpoře řízení a optimalizace procesu pomocí přímé zpětné vazby výsledků do systémů DCS/PLC/SCADA pro různé účely, jako je například správné dávkování chemikálií. Za sběr dat zodpovídá plně integrovaný software IMPACT (obr. 1), který v případě potřeby spouští varovné signály a upozornění, což umožňuje okamžité přijetí nápravných opatření.

Chemagazín/Metrohm: Obr. 1 IMPACT software Metrohm Process Analytics

Faktor 03: Data z laboratorních přístrojů

Sdílení nejaktuálnějších dat do operačního střediska závodu není při použití laboratorních přístrojů tak jednoduché. Pro dosažení tohoto cíle by zázemí výrobního závodu muselo investovat do více platforem pro sjednocení softwaru. To zvyšuje náklady, ale může být také obtížné splnit všechny nezbytné požadavky a získat souhlas všech zúčastněných stran.

V případě, že je proces relativně jednoduchý a stabilní, může být postačující občasná analýza s výsledky, které se obvykle používají k monitorování trendů. V takovém případě není nezbytné provádět přímé zasílání dat do operační centrály. Zde by laboratorní přístroj mohl být vhodnou volbou. Poskytuje stejnou přesnost měření jako procesní analyzátor, ale s další výhodou, že jeden přístroj může provádět mnoho těchto méně kritických analýz, což vede k rychlejší návratnosti investic (ROI).

Faktor 04: Frekvence analýz

Před rozhodnutím a nákupem analytické instrumentace by měli manažeři závodu a operátoři procesů zvážit, jak často potřebují provádět měření procesu pro lepší kontrolu a efektivitu výroby.

Faktor 05: Pravidelnější analýzy

Za jednu pracovní směnu nebo den může být potřeba více analýz s předúpravou vzorku. V takových případech je ideální volbou procesní analyzátor, online nebo at-line přístroj s panelem pro přípravu vzorků. Díky výsledkům v reálném čase lze získat nejrychlejší zpětnou vazbu pro automatické a nepřetržité řízení procesu bez zbytečných prodlev. Vyšší frekvence analýz umožňuje podrobný pohled na aktuální podmínky procesu, čímž se snižuje riziko výroby produktů nesplňující normu (obr. 2).

Chemagazín/Metrohm: Obr. 2 Porovnání výsledků z laboratoře (oranžové body) s výsledky procesního analyzátoru v reálném čase (zelená linie) jasně ukazuje, že občasná laboratorní analýza nedokáže poskytnout operátorům procesů stejné informace jako průběžná online procesní analýza

Online procesní analyzátory mohou být naprogramovány k využití inteligentních podmíněných akcí založených na příkazech ”if”, což přináší revoluci v řízení procesů. Díky neustálému sledování kritických parametrů v reálném čase umožňují operátorům procesů informovanější rozhodování v klíčových okamžicích. Pokud se monitorovaný proces udržuje v určených kontrolních mezích, procesní analyzátor automaticky snižuje frekvenci vzorkování, což optimalizuje efektivitu a snižuje provozní náklady.

Při přiblížení procesu kritickým kontrolním limitům rychle reaguje online procesní analyzátor automatickým zvýšením frekvence analýzy, aby zachytil ještě více dat. To umožňuje včasné odhalení, varování a vyžádání si okamžitých nápravných opatření, která mají být provedena ještě před tím, než se situace stihne zhoršit.

Schopnost přizpůsobit se měnícím se podmínkám procesu zvyšuje produktivitu online procesních analyzátorů, minimalizuje vady a plýtvání. Tím snižuje náklady a zajišťuje maximální přesnost při udržování stability procesu.

Procesní analyzátory od společnosti Metrohm (obr. 3) byly navrženy s funkcí ukládání výsledků do šifrované databáze, což zajišťuje bezpečnost dat. Veškerá shromážděná data jsou plně sledovatelná, což brání jakékoli manipulaci s nimi. Operační systém je vestavěný a umožňuje přístup pouze oprávněným uživatelům pro zvýšenou ochranu dat.

Chemagazín/Metrohm: Obr. 3 2060 Procesní analyzátor Metrohm Process Analytics

Využijte výhody online/at-line procesní analýzy:

• Přesnější zobrazení aktuálních podmínek výrobního procesu díky reprezentativnímu vzorkování.

• Snížení chyb způsobených lidským faktorem.

• Snížení odpadu z výroby díky rychlé době odezvy.

Faktor 06: Méně pravidelné analýzy

Na druhou stranu, pokud je potřeba určité parametry měřit jednou za výrobní směnu nebo den, nebo ještě méně často, je pro účely kontroly kvality dostatečné použití laboratorního přístroje. Nicméně je důležité brát v úvahu celkové podmínky procesu a prostředí. Manuální odběr vzorků má mnohem pomalejší průběh, protože vyžaduje přepravu vzorku do blízké laboratoře ke skladování a následnému testování. Toto časové zpoždění znamená, že zachycený vzorek již nemusí odpovídat aktuálním procesním podmínkám, zejména pokud jde o pH, teplotu a obsah vlhkosti.

Vzorky pro laboratorní analýzu jsou odebírány méně často než u procesní analýzy, což snižuje kvalitu kontroly a možnost zachycení chyb ve výrobním procesu. I přesto však laboratorní analýza stále poskytuje cenné poznatky o procesu. I když ruční vzorkování může být zdrojem chyb, tak je lze často minimalizovat dodržováním přesných postupů a využíváním dobře proškolených analytiků. Navíc nižší frekvence analýz umožňuje dostatek času na důkladnou kontrolu procesu, což vede k detailním a komplexním výsledkům.

K zamyšlení

Online a at-line procesní analyzátory mají své výhody, zejména pokud jde o poskytování dat v reálném čase a konzistenci mezi jednotlivými měřeními. Nicméně, pokud jsou laboratorní analýzy provedeny a spravovány správně, mohou stále poskytovat spolehlivé a cenné informace, které napomáhají řízení a optimalizaci průmyslových procesů.

Faktor 07: Bezpečnost Kontakt s nebezpečnými chemikáliemi je vždy zdrojem rizika a měl by být minimalizován.

V nebezpečných průmyslových prostředích je nejlepším řešením předejít expozici a omezit lidský zásah na minimum. V těchto situacích jsou laboratorní analytická řešení jednoznačně méně preferována. Použitím online nebo at-line procesního analyzátoru (obr. 4) se ruční manipulace omezuje a riziko vystavení nebezpečným chemikáliím se snižuje. Vzorkování může být prováděno na základě času a může být naprogramováno tak, aby probíhalo častěji, což umožňuje lepší řízení procesu.

• Minimalizujte vystavení personálu nebezpečným chemikáliím při odběru vzorků a během laboratorní analýzy.
• Využijte včasné detekce nebezpečného složení vzorku.
• Provádějte analýzy i v prostředích s možností výbuchu pomocí procesních analyzátorů odolných proti výbuchu.

Chemagazín/Metrohm: Obr. 4 Procesní analyzátor pro nebezpečná prostředí Metrohm 2060 Process Analyser

Faktor 08: Umístění

Místo, kde probíhá analýza, může významně ovlivnit výběr vhodného nástroje. Například pro ověření identity vstupních surovin byly tradičně laboratorní přístroje zřejmou volbou. Nicméně s ohledem na pracovní vytížení a požadovanou rychlost lze dosáhnout vyšší efektivity pomocí snadno použitelných ručních spektroskopických zařízení, jako je například Metrohm Instant Raman Analyzer (obr. 5).

Chemagazín/Metrohm: Obr. 5 Ruční Ramanův spektrometr MIRA se používá k ověření identity surovin přes jejich obaly

Tyto ruční přístroje umožňují přímé určení identity a kvality látky na místě příjmu, například v přijímacím skladu, a to přímo v originální přepravní nádobě, jako je láhev, pytel nebo jiný typ obalu, aniž by byl proces narušen. To znamená, že není třeba látku přenášet do laboratoře nebo jiného zařízení pro analýzu.

Pokud jde o měření parametrů kontroly kvality na více místech v průběhu procesu, preferovaným řešením jsou online/at-line analyzátory. Tyto přístroje mají nižší náklady na analýzu, což vede k rychlejší návratnosti investic. Bez použití automatizovaných procesních analyzátorů by bylo zapotřebí více laboratorních analytiků a přístrojů. Zároveň nalezení dobře vzdělaných a vyškolených laboratorních techniků může být náročné a finančně nákladné.

Faktor 09: Implementace

V části týkající se bezpečnosti byla zdůrazněna důležitost používání procesních analyzátorů v nebezpečných oblastech. Nyní se budeme zabývat prostorovými omezeními, kterým může čelit výrobní zařízení, a způsoby jejich řešení při odběru vzorků.

V některých průmyslových zařízeních může být k dispozici velmi omezený prostor pro instalaci automatizovaného analytického systému. Proto jsou v těchto situacích často preferována laboratorní řešení, jelikož umožňují větší flexibilitu při uspořádání pracovních stanic.

Metrohm Process Analytics nabízí řešení tohoto problému pomocí vzdálených skříní. Díky flexibilitě platformy 2060 je analytická platforma montována blízko místa odběru vzorků, zatímco lidské rozhraní je instalováno na místě s dostatečným prostorem (obr. 6).

Chemagazín/Metrohm: Obr. 6 Platforma 2060 Metrohm Process Analytics umožňuje připojení až dvou měřicích kabinetů NIR k jednomu 2060 Procesnímu analyzátoru (vlevo dole), jak je znázorněno na tomto obrázku. Každý kabinet může monitorovat až pět vzorkovacích bodů.

Vzdálenost mezi procesním analyzátorem a místem odběru vzorku může být značná. Například s analyzátorem 2060 NIR/Raman Analyzer je možné monitorovat až pět vzorkovacích bodů pomocí blízkého infračerveného záření (NIR) nebo Ramanovského zařízení v místech vzdálených stovky metrů od analyzátoru. Toto nastavení lze snadno propojit pomocí optických vláken s nízkou disperzí, což umožňuje bezproblémové spojení bodu vzorku s přístrojem.

In-line senzory jsou také nezávislé na prostorových omezeních. Například pH senzory ProTrode (ProTrade pH sensors) lze přímo namontovat do potrubí, reaktorů nebo nádrží.

Integrovaný konektor senzoru VarioPin (VarioPin sensor) zajistí spolehlivý přenos signálu ze senzoru do procesního analyzátoru 2060 (2060 Process Analyzer) nebo do vysílače umístěného jinde v objektu.

Závěr

Je zřejmé, že jak procesní, tak laboratorní technologie hrají v průmyslovém světě zásadní roli – každá má své vlastní výhody v závislosti na situaci. Rozhodnutí, zda implementovat jednu před druhou, závisí na specifických potřebách a okolnostech každého závodu. Laboratorní přístroje nejsou lepší než procesní analyzátory a naopak. Každý případ použití je jedinečný. Bez ohledu na to, co si vyberete, Metrohm nabízí správné řešení pro řešení vašich problémů, ať už v laboratoři nebo přímo v procesu.

Dovolujeme si vás pozvat k osobnímu setkání a seznámení se s procesními i laboratorními technologiemi Metrohm v naší expozici na veletrzích LABOREXPO a PROCESEXPO 2024 ve dnech 5. a 6. června v Hale 1 areálu PVA EXPO PRAHA v Letňanech.