PERTEN-自動化線上近紅外線分析

乳製品行業-線上近紅外線NIR產線應用


 
現今乳製產品的品質控制現狀：

乳品企業目前品質控制的方法是採用人工定期到生產關鍵的控制點取樣，將樣品送至品保室檢測，然後將品保室的分析結果回饋給生產控制部門進行製程關鍵點的控制。

  • 傳統的品質管制一般是離線的、定期、不連續的取樣。

  • 數據的回饋容易滯後於生產過程。並且只是對生產的部分樣品進行抽檢，不能檢測全部的生產產品。 以鮮乳的蛋白質為例，如果生產過程中，蛋白濃度有短暫波動，只透過定期取樣並不能即時的發現。容易造成最終產品蛋白質濃度分佈範圍不夠穩定。

在此情況下，如果想要確保產品出廠的合格率，需要將蛋白質濃度控制在一個較高水平，這樣對企業來說是不划算的。

線上近紅外光譜分析技術的優勢:

透過線上近紅外線光譜儀安裝在生產線的關鍵控制點，例如液奶膜過濾之後，奶粉在噴霧乾燥後，每隔幾秒鐘，線上監測提供一次監測結果，包括蛋白、脂肪、總固形物等指標數值，即時回饋給生產控制人員，對產品變化做出調整，從而確保產品各指標濃度穩定的分佈在目標值附近。
如果將線上監控的即時監控數據與 PLC 控制系統做結合，PLC 控制系統也可以根據線上檢測結果和設定目標值對蛋白質，脂肪，總固形物等數值含量進行自動控制。例如薄膜過濾系統的 PLC 根據設定目標值和線上檢測結果自動控制濃縮比將蛋白質控制的更穩定且更靠近目標值。
當產品更穩定時，我們可以將產品的控制線更加的靠近產品出廠的目標值，讓產品品質更穩定，同時壓線生產還能最大限度及效率提高產品產量。
 投資報酬率分析:
透過線上監測，降低取樣誤差，24 小時即時監測減少意外的產品波動，能夠使廠商最大限度的做到壓線生產，進而產生最高的效益。
  1. 鮮乳
以日產300 噸新鮮牛奶的生產線為例，每降低0.01% 蛋白，將會增加以下產出，例如:將出廠蛋白含量從3.21%降至3.20%那麼即可增加產量約(300*3.21%)/ 3.20%-300≈0.94 噸。以每年生產日期 300 天計算，將多生產 0.94*300≈282 噸鮮奶。
  1. 奶粉
以日產 30 噸奶粉的企業為例，每提高 0.1 %的水分，將會增加以下產出。
例如：將出廠奶粉的水分從 2.0%提高到 2.1%，那麼可以增加產量 30*(1-2.0%)/(1-2.1%)-30≈0.03 噸。以每年 300 天計算，將多生產 0.03*300≈9 噸奶粉。
※此計算還未考慮到標準化蛋白質、乳脂肪含量所帶來的效益。

安裝位置:
實際應用時，鮮乳線上監測可以安裝在濃縮製程上，例如薄膜過濾之後，監測牛乳濃縮。
奶粉可以安裝在噴霧乾燥之後，監測奶粉乾燥並同時監測蛋白質、脂肪。


安裝照片:

模型準確性:
             鮮乳:


圖五、脂肪模型


圖六、蛋白質模型


圖七、總固形物模型
 
            奶粉:


圖八、水分模型


圖九、蛋白質模型


圖十、脂肪模型
 
自動控制:
透過將線上監測結果傳送給 PLC 控制系統後，薄膜過濾實現蛋白質含量自動控制，系統根據設定蛋白如3.65%，自動調整調節閥開度，使得出口蛋白質達到設定值（上圖）。

總結:
線上近紅外線檢測牛奶脂肪、蛋白、總固形物，以及奶粉中測試水分、蛋白質、脂肪的準確度和穩定性都能夠滿足生產控制的需要。
對於乳製品生產廠商來說，實現自動化檢測及自動化控制正變得越來越重要。同時盡可能降低成本並保證產品的高品質生產，以及穩定產品質量，是確保企業在市場中具有競爭力非常重要的一個方向。
 
透過使用線上近紅外線檢測，我們能即時發現生產中的各種波動，同時透過與自動化控制系統配合，可以使生產產品更加穩定，將產品目標值更加的靠近產品合格上限，這可以在節省成本的同時也能保證產品高品質。在工業製造 4.0 背景下，線上近紅外線監控為乳製品企業降在增加生產效率上發揮很大作用。
 

 
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