在线折光法在过程工业中被低估了吗？

五年前，工业测量领域VAISALA（维萨拉）对K-PATENTS的正式收购曾备受业界瞩目。

维萨拉是一家在全球范围内研发、生产、销售环境和工业测量产品的企业，其生产的产品97%用于出口，其中环境测量产品居于世界领先地位。K-PATENTS创办于四十多年前，该公司始终以其在恶劣环境下也能提供精准且可靠的测量产品，备受客户信赖与赞誉。2018年12月，维萨拉正式收购K-PATENTS。

“K-PATENTS在液体测量领域所积累的经验和专业知识令我们印象深刻。同样地，应用领域的专业知识、测量的准确度以及长期的可靠性，也是维萨拉的专长所在。”维萨拉液体测量主管Jutta Hakkarainen表示，“但更重要的是，在精益求精的产品背后，我们看到了这项技术的巨大增长潜力，因此希望借助维萨拉的全球影响力进一步发掘它的广泛可能。”

2023年2月，在经过与客户长期访谈以及对折光仪系列进行细致的工程审查后，维萨拉宣布推出新一代在线折光仪Polaris™。新型Polaris™仪表具有良好的性能水平，并且与维萨拉Indigo系列产品兼容，可用于数据记录和显示、棱镜清洗控制、仪表配置、安全保护等用途。“新一代折光仪系列的设计旨在满足极为苛刻的应用要求，为多种工业领域提供准确、可靠的在线液体测量技术。”Jutta Hakkarainen强调。

Polaris™在线折光法的应用

在线折光仪广泛用于各行各业，包括食品、饮料、酿造、乳制品、纸浆和造纸、制药、半导体、化工、石化精炼和纺织等。为了确定哪些工业流程适合折光法测量，深入理解该技术的工作原理至关重要。

折光仪通过测量光从棱镜入射到过程介质的临界角测量，来实现介质折射率测量。临界角是指光发生全反射时的入射角。根据RI测量值以及过程温度条件，就可以计算液体的浓度值。维萨拉的Polaris™折光仪经过工厂校准，可满足该过程中的测量要求。

在线折光仪的主要应用是二元溶液，即某种成分溶解在溶剂中，例如糖溶解在水中。因此，维萨拉折光仪的常见应用之一是连续测量饮料中的总固形物含量和白利度（总固溶物）。当然，在线折光法也适用于某些特定情况下的多组分溶液，这时工艺人员仅需关注折射率或总浓度变化。

乳制品加工便是在线折光仪应用于具有多种溶解物和悬浮成分的典型案例。例如，在牛奶标准化过程中，不仅会生产具有标准脂肪含量的全脂牛奶，还会生产奶油（脂肪）副产品——可用于生产黄油、奶油、酸奶和奶酪等次级产品。在标准化过程中，牛奶成分（脂肪、固体、蛋白质、非脂肪固体和总固形物含量）被调整至所需水平。可将折光仪安装在水化罐后面，用于测量总固溶物的浓度，以实现标准化过程的自动化控制。

乳制品加工的另外一个过程是均质化，即减小牛奶中脂肪球的颗粒大小，使它们均匀分布在牛奶中。在此应用中，折光仪被安装在均质机之后，以确保可靠地测量牛奶的总固形物含量（包括脂肪含量），并在标准化过程后更好地控制脂肪和干物质含量。

在使用折光仪测量含有多种成分的液体的应用中，另一典型案例是啤酒酿造。基本上每一个酿造工艺流程，都可以通过折射率测量进行优化：折光仪测量出口管处的麦汁浓度，可确保产出品质一致的麦汁；在麦汁过滤期间，进行浓度测量可以检测合适的冲洗终点；在麦汁煮沸期间，连续测量麦汁浓度/比重，能够帮助工程师准确地计算麦汁达到所需浓度的工序时间。

在造纸和纸浆工业中，黑液是硫酸盐制浆法的多组分副产品，源于将木材转化为木浆的过程。它由该过程中使用的木质素残留、半纤维素和无机化学品形成的水溶液所构成。维萨拉的折光仪在这一领域中具有广泛的应用，可以测量化学品回收过程中的黑液干固形物、液体密度、进液浓度、绿液的总可滴定碱和密度，从而优化生产过程并提高蒸发器的容量。此外，在苛化过程中，通过持续控制绿液的总可滴定碱，可以提高白液的质量。除了提高造纸厂的效率外，折光仪还为黑液固体送入回收锅炉燃烧这一过程提供了更高的安全性。

折光仪的应用不仅局限于造纸工业。在饮料制造领域，折光仪也扮演着重要的角色。例如，过程操作员可以借助折光仪提供的连续折射率数据，深入研究折射率测量值的变化。此外，折光仪还被用于确保产品包装的正确选择，通过实时检测产品之间以及产品与CIP之间的清洁界面，监控工厂的灌装线，使制造商能够在不同的产品或批次之间实现高效切换。折光仪的快速响应能力使其能够迅速检测到液体界面（如产品、清洁用化学品和水之间的界面），从而避免浪费并确保产品不受污染。

折光法与其他测量方法比较

毋庸置疑，对于绝大多数过程控制应用而言，连续监测相较实验室分析更具优势。因为实验室抽样仅提供某一特定时刻的回顾性指示，该过程既费力又成本高昂，而且当结果出来后，可能已无法准确反映当前的过程状况。一些普通的在线测量技术也会产生延迟，因为它们涉及采样及前处理，并需通过多个阶段进行处理。因此，测量结果会出现延迟，导致可用性下降，这在许多过程控制应用中可能是致命的缺点。

过程测量技术种类繁多，技术的选择取决于具体过程。密度和折光仪能够测量液体的浓度和成分。密度计采用科里奥利、微波、超声波和核技术等。其中每一种技术都可以在某些应用中提供有助益的测量，但它们的准确度可能会受到气泡、颗粒、杂质、沉积物、固形物、流量变化、振动、温度和湍流的影响。

每种方法都各有利弊，因此需要根据具体应用选择适合的技术。“Polaris™折光仪的优势不仅仅是提供有用的过程测量，”Jutta Hakkarainen补充道，“它还具备维萨拉客户所期望的准确性和长期可靠性。Polaris™折光仪易于操作和维护，且不容易受到流速、悬浮固体、晶体、气泡和夹带气体等因素的影响。它的优点终将被更多人所看到。”

来源：荣格-《智能制造纵横》

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