粘度の測定に関しては、多くの業界でバッチ式粘度計が一般的に選択されています。これらの機器を深く理解している粘度計のサプライヤーとして、私はさまざまなタイプの粘度計の長所と短所についてクライアントと何度も議論してきました。バッチ式粘度計には利点もありますが、潜在的な購入者が注意すべきいくつかの注目すべき欠点もあります。
限られたリアルタイム測定
バッチ式粘度計の最も重大な欠点の 1 つは、リアルタイムの粘度データを提供できないことです。バッチ式粘度計では、プロセスからサンプルを採取し、粘度計に入れて測定します。これは、測定値がプロセス流体の連続的な最大瞬間の粘度ではなく、サンプルが採取された瞬間の粘度を表すことを意味します。
反応速度が粘度に影響を与える化学反応など、流体の粘度が急速に変化する用途では、これが大きな問題となる可能性があります。たとえば、重合プロセスでは、反応が進行するにつれてポリマー溶液の粘度が短期間で大幅に増加することがあります。バッチ式粘度計では、サンプリング時の粘度のスナップショットしか得られず、測定が完了するまでに、プロセス中の実際の粘度は大幅に変化している可能性があります。このリアルタイム データの欠如により、プロセスを効果的に制御することが困難になり、製品の品質が不安定になる可能性があります。
サンプルの取り扱いと汚染のリスク
バッチ式粘度計では手動によるサンプルの取り扱いが必要です。これには、プロセスからサンプルを採取し、それを粘度計に移し、測定完了後に粘度計を洗浄することが含まれます。このプロセスの各ステップには潜在的なリスクが伴います。
サンプルを採取する場合、プロセス流体全体の代表的なサンプルを取得できないリスクがあります。たとえば、流体の組成が不均一である場合、またはプロセス内で粘度の勾配がある場合、サンプルは全体の粘度を正確に反映していない可能性があります。これは、不正確な測定や不正確なプロセス制御の決定につながる可能性があります。
さらに、サンプルをプロセスから粘度計に移送すると、汚染物質が混入する可能性があります。これらの汚染物質はサンプルの粘度に影響を与え、誤った測定値を引き起こす可能性があります。たとえ少量の塵、破片、その他の異物でも、流体の流動特性が変化し、粘度測定が変化する可能性があります。測定後、粘度計を洗浄することは、異なるサンプル間の相互汚染を防ぐために非常に重要です。ただし、徹底的な洗浄には時間がかかり、特に粘度計の内部構造が複雑な場合には、必ずしも完全に効果的であるとは限りません。
時間のかかる操作
バッチ式粘度計の操作は、オンライン粘度計などの他のタイプの粘度計と比較して、一般に時間がかかります。サンプルの採取、粘度計の準備、測定の実行、粘度計の洗浄のプロセスには、かなりの時間がかかる場合があります。
時間が非常に重要な実稼働環境では、これによりプロセス全体が遅くなる可能性があります。たとえば、食品製造工場では、製造中にソースの粘度を頻繁に監視する必要があるため、バッチ式粘度計を使用すると遅延が発生する可能性があります。作業者はプロセスを調整する前に測定結果を待たなければならないため、生産サイクルが長くなり、生産性が低下する可能性があります。
高スループットプロセスへの適用は限定的
バッチ式粘度計は、高スループットプロセスにはあまり適していません。ハイスループットのアプリケーションでは、大量の流体が連続的に処理されるため、迅速かつ頻繁に粘度を測定する必要があります。バッチ式粘度計は一度に 1 つのサンプルしか測定できず、測定プロセスに時間がかかるため、高スループットプロセスのペースに追いつくことができません。
たとえば、毎日数千バレルの原油が処理される石油精製所では、バッチ式粘度計では必要な数の粘度測定をタイムリーに行うことができません。このような場合には、流れる流体の粘度を継続的に監視できるオンライン粘度計がより適切な選択肢となります。
温度管理の課題
粘度は温度に大きく依存するため、粘度測定では正確な温度制御を維持することが重要です。バッチ式粘度計は、正確な温度制御を達成および維持する際に課題に直面することがよくあります。
サンプルをプロセスから取り出して粘度計に入れると、特に周囲温度がプロセス温度と異なる場合、サンプルの温度が急速に変化する可能性があります。この温度変化は粘度測定に大きな影響を与える可能性があります。さらに、バッチ式粘度計は加熱または冷却能力が限られている場合があり、測定プロセス全体を通じてサンプルを一定の温度に保つことが困難になります。
対照的に、一部のオンライン粘度計はプロセスに直接統合でき、温度をより適切に制御できます。これにより、実際のプロセス条件下でより正確な粘度測定が可能になります。
長期的な費用対効果
バッチ式粘度計は、一部のハイエンドオンライン粘度計に比べて初期購入コストが低い可能性がありますが、長期的には最もコスト効率の高い選択肢ではない可能性があります。サンプルの取り扱い、洗浄に必要な時間と労力、および不正確な測定の可能性により、時間の経過とともにコストが増加する可能性があります。
不正確な粘度測定は製品の品質上の問題を引き起こす可能性があり、製品のリコール、やり直し、または顧客の喪失につながる可能性があります。バッチ式粘度計の時間のかかる操作に伴う追加の人件費も加算される可能性があります。一方、オンライン粘度計は前払い費用が高くなりますが、継続的で正確なデータを提供し、手動によるサンプル処理の必要性を減らし、プロセス制御を向上させることができ、最終的には長期的なコスト削減につながります。
バッチ式粘度計の代替品
バッチ式粘度計の欠点がアプリケーションにとって懸念される場合は、代替オプションが利用可能です。そのようなオプションの 1 つは、回転粘度計。回転粘度計は、流体中でスピンドルまたはボブを回転させるのに必要なトルクを測定することによって機能します。特に非ニュートン流体の場合、より正確かつ連続的な粘度測定を行うことができます。
これらの粘度計は、研究室、生産、品質管理などのさまざまな用途に使用できます。粘度が急速に変化するプロセスに不可欠なリアルタイム データを提供します。さらに、回転粘度計はさまざまなせん断速度で動作するように構成できるため、流体のレオロジー特性をより包括的に理解できるようになります。
結論として、バッチ式粘度計はこれまで広く使用されてきましたが、リアルタイム測定、サンプル処理、時間消費、および高スループットプロセスへの適用性の点で限界があるため、現代の多くの産業用途にはあまり適していません。粘度計のサプライヤーとして、当社はさまざまな業界の固有のニーズを理解しており、お客様の特定の要件に最適な粘度計の選択をお手伝いします。プロセスにおける粘度測定に関する課題に直面している場合、または現在の粘度計のアップグレードを検討している場合は、選択肢について話し合い、お客様のビジネスに最適なソリューションを見つけるために、ぜひお問い合わせください。
参考文献
- ASTM D2196 - 18、回転粘度計による非ニュートン材料のレオロジー特性の標準試験方法。
- バーンズ、HA、ハットン、JF、およびウォルターズ、K. (1989)。レオロジーの入門。エルゼビア。
- ステフ、JF (1996)。食品プロセス工学におけるレオロジー手法。フリーマンプレス。