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

这些要求和规章规定了适当的配料、程序和卫生条件。在许多情况下,符合这些规定需要在生产过程中和生产后进行实验室分析。

为了进行实验室测试(图1),技术人员定期采集样本,将其带到现场设施进行分析,并将结果传达给工厂人员。操作人员和维护人员然后进行调整和纠正,以改善对过程的控制,或在需要时进行维修。

分析

图1:从取样到分析可能需要几个小时。

这带来了问题,因为实验室分析不是实时完成的,很耗时,是劳动密集型的,并增加了人为错误的可能性。即使采集样本、分析并报告结果需要30分钟,这些信息代表的是30分钟前的过程,而不是现在。结果可能是变质的一批。

如果测量是在线进行的,则会检测到突然的偏差。在线测量也可用于实现自动闭环控制,这是手动测量所不可能实现的。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。控制器输出驱动某种类型的调节装置,如控制阀。PID控制器持续自动调整其输出,以保持接近设定点的期望值。

科里奥利流量计用于质量控制的能力常常被业内许多人忽视。这篇文章展示了科里奥利流量计如何在食品工业中用于监测过程和减少或消除实验室分析的需要。

需要测试

检查产品的纯度和质量很重要,但满足消费者对正确口味和质地的期望也很重要。

例如,啤酒厂的冷麦芽汁和热麦芽汁的测量对于确保最佳质量和产量以及味道是很重要的。

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。测量番茄酱的白利度,可以帮助控制切番茄酱时加入的量。

一个科里奥利流量计(图2)可以同时测量多个参数,包括密度、浓度、粘度、白利度、柏拉图、体积、质量流量和温度,通常不需要多台仪器。

科里奥利流量计

图2:科里奥利流量计,如Endress+Hauser Promass®,可以进行多种测量,可用于在线质量控制。

例如,流量计的高精度密度函数可用于测量Brix和Plato值,以确保配料质量。粘度读数提供连续测量,以尽量减少生产不合规格产品的机会。

科里奥利流量计内置的诊断功能可以帮助识别工艺问题。例如,管路中夹带的空气会影响产品质量。操作人员需要知道外部空气是否通过泄漏的密封、空化泵或空的平衡罐吸入。

科里奥利流量计在大量夹带空气时不能正常工作,所以它有诊断方法来检测这种情况。在Endress+Hauser科里奥利仪中,诊断值表明管振荡处于一个良好的范围,表明没有夹带空气。如果管路中出现空气,则诊断值将改变(图3),向操作人员发出警报。

诊断

图3:科里奥利流量计的诊断可以确定是否存在夹带空气(图中的紫色痕迹)。这些数据可以用作操作员警报,并在设置期间提供帮助。

科里奥利质量流量计在流体流经其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,即流体在其管内路径的偏转。激励线圈使管在其共振频率的第一个节点处振荡,振荡频率随流体密度的变化而变化。

流量管

图4:测量科里奥利流量计中流动管的偏转使流量计能够测量流量、质量流量、密度、浓度和其他参数。

最初,当没有流动时,管道同步振荡,但当流体开始流动时,进口和出口弯曲处的传感器开始随着相移而非同步振荡。测量振荡频率为确定流量、质量流量、密度、浓度等提供数据。

流量计安装了rtd来测量流体的温度。rtd还可以测量管的温度,因为管的弹性随温度而变化。弹性的变化会影响管子弯曲的方式,从而影响密度的测量,因此密度的计算需要温度补偿因子。

下面描述的应用覆盖测量浓度,粘度和密度,但这些仅仅是Coriolis流量计可能的一些可能的在线质量测量。

检查浓度使啤酒更好喝

浓度测量是由啤酒厂进行的,需要控制麦芽汁的糖含量,以确定啤酒的酒精强度。含糖量与柏拉图度(°P)相关;例如,1°P麦芽汁每100克麦芽汁含有1克糖。

科里奥利流量计提供了精确的密度和温度测量,这两者都是确定柏拉图度所需要的。科里奥利流量计也有集成公式,使用测量的密度和温度来计算浓度。

在啤酒厂中,谷物麦芽和研磨后,捣碎的碎片进入了借助者运行,用于将麦芽汁分离的船只。由于麦芽汁留下了Lauter运行,因此提出了密度和浓度测量。

有多种方法(参考文献1)可以手动和自动测量糖含量。然而,手动测量通常在清洗过程完成后进行,而在线测量允许实时校正过程,通常通过闭环控制的自动方式。最终的结果是减少了不良批次的浪费,并且不必手动取样麦汁,从而减少了时间和人力。

验证粘度

水果加工厂需要了解生水果的温度、密度、白利度、粘度、流量和总流量的历史。

科里奥利流量计测量密度,因此它可以计算出白利度,与水中蔗糖含量成正比。这种测量提供了一幅水果状况和质量的图片。例如,硬水果仍然是固体块,将显示低brix。相比之下,高的糖度测量可能表明过熟,糊状的水果几乎没有完整的固体。操作人员或控制系统可以使用白利度测量来确定如何处理传入的水果。

测量水果产物的粘度以确定最终产品质量。粘度描述了流体的流动性质,取决于作用在分子之间的力。流体的粘性越多,分子间力越强。结果,必须克服较大的内阻以移动流体或向其施加力。粘度是产品稠度和质量的间接测量。

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),管道内部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。

粘度图5:粘度是剪切速率和粘度的函数。

在新型科里奥利流量计中,测量管上的激振器激发出两种本征模态:弯曲模态和扭转模态。弯曲模式决定流体的密度和质量流量,而粘度是基于扭转模式计算的。

粘度通常在实验室条件下测量。在过程中直接测量粘度的优点是,它真实反映了过程条件,避免了向实验室取样的延迟。如果粘度超出产品的公差范围,则可以通过自动方式对过程进行实时校正。

冰淇淋泛滥

食品通常用气体发泡以达到所需的稠度。例如,当冰淇淋生产时就会发生这种情况(图6)。在冷冻过程中注入气体,将微气泡困在冰淇淋中,使其具有奶油质地。这个过程对高脂和低脂冰淇淋都有效。

冰淇淋

图6:冰激凌在冷冻前注入空气,使其具有奶油般的质地。

气体含量是影响最终产品整体质量的重要因素,也是重要的工艺参数。由注入气体引起的最终产品体积的增加称为超限。根据产品的不同,冰淇淋或冷冻产品的溢出量可能在20%至120%之间。

可使用科里奥利流量计进行此测量。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。液体冰淇淋的密度是在它被转移到冰箱时测量的。

冰淇淋厂通常会注入空气,手动测量密度,并相应地调整工艺。如果配方、冷冻柜温度或空气压力发生变化,也需要调整空气喷射。科里奥利流量计提供在线测量(参考文献2),节省采样时间,并允许立即自动调整空气喷射。

添加仪器

本文仅介绍科里奥利流量计如何用于食品工厂的在线质量监测。尽管科里奥利流量计的功能非常强大,但添加额外的仪器,如pH计、色度计、溶解氧传感器和其他在线分析设备,可以帮助食品工厂实时分析和控制更多的过程。


参考

1.“内联重力测量,啤酒和蒸馏器国际2016年4月

2.Promass Q:超限测量