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Analisi chimiche industriali: principi, strumenti e soluzioni

21/03/2021 da Endress+Hauser, pubblicato in Misure qualitative liquidi

Analisi chimiche industriali: principi, strumenti e soluzioni

Posted by Endress+Hauser on 21/03/2021

Tutela dell'ambiente, qualità dei prodotti, ottimizzazione dei processi e sicurezza: queste sono solo alcune delle ragioni per cui le analisi chimiche industriali stanno diventando sempre più fondamentali all’interno delle imprese di ogni settore.

Acqua, bevande, prodotti lattiero-caseari, liquidi chimici e farmaceutici: tutti questi elementi devono essere analizzati costantemente. In questo articolo troverai una panoramica sui principi di misura, le soluzioni e i sistemi di Endress+Hauser che puoi adottare per analizzare i liquidi dei tuoi processi produttivi. 

Indice: 

- Analisi chimiche nell’industria di processo: una panoramica

- I parametri di misura più comuni nell’analisi chimica dei liquidi

- Focus industria farmaceutica

- Le fasi in cui intervengono le analisi chimiche

- Bioreattori per la fermentazione: parametri e sensori 

- Processi CIP - Cleaning In Place

- L’applicazione più richiesta: l’analisi del pH

- Analisi chimiche industriali: i casi di successo

- Focus acque reflue

- Analisi chimica delle acque industriali: un quadro normativo complesso 

- COD: la domanda chimica di ossigeno

- Campionamento acque reflue

- Endress+Hauser: soluzioni innovative per le analisi chimiche

 

 

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Analisi chimiche nell’industria di processo: una panoramica

 

analisi acqua

 

I sistemi di analisi dei liquidi all’interno degli impianti servono a evidenziare le caratteristiche dei fluidi, siano essi materia prima per il processo produttivo o materiale di scarto da verificare prima di essere re-immesso nella rete idrica.

A seconda dell’applicazione, ciascuna soluzione è sviluppata a seconda dell'uso specifico e degli elementi da misurare. 

Ad esempio, per la produzione medica, elettronica e di trasformazione alimentare, l'acqua deionizzata è un ingrediente essenziale, e pertanto sarà necessario avere a disposizione strumenti per l'analisi delle sostanze disciolte (ad esempio TOC, pH, ossigeno, etc) che si rivelano fondamentali.

I requisiti dei liquidi, specialmente per le acque a uso industriale, devono soddisfare le norme locali per l'acqua potabile sicura, nonché le Linee guida dell'Organizzazione mondiale della sanità (OMS). Per saperne di più, leggi il nostro articolo sull’analisi dei liquidi nell’industria di processo.

 

I parametri di misura più comuni nell’analisi chimica dei liquidi

 

parametri analisi acqua e liquidi

 

Generalmente, i parametri più utilizzati nell’analisi dei liquidi sono:

  • pH - redox

  • Conducibilità

  • Torbidità

  • Ossigeno

  • Disinfezione

Per quanto riguarda i principi, invece, si fa riferimento a:

  • principio di misura potenziometrico

  • principio di misura transistor a effetto di campo ione selettivo

  • principio di misura conduttivo

  • principio di misura induttivo

  • principio di misura optoelettronico

  • misura a ultrasuoni (per misure del livello fanghi)

  • principio di misura amperometrico per l’ossigeno

  • principio di misura ottico ad effetto “quenching” (smorzamento)

  • principio di misura amperometrico per il cloro

Leggi l’articolo completo sui parametri e i principi di misura più comuni nell’analisi dei liquidi per scoprire applicazioni principali e definizioni.

 

Focus industria farmaceutica

Le fasi in cui intervengono le analisi chimiche

Le analisi chimiche per il monitoraggio dei parametri analitici all'interno del settore farmaceutico sono la base su cui si poggia l'intera industria. Gli analizzatori, i misuratori, le sonde e i sensori di processo sono fondamentali non solo per certificare qualitativamente i prodotti, ma anche per ridurre al minimo i rischi per la salute degli operatori (salvaguardando anche gli impianti). 

Le fasi più comuni nella produzione farmaceutica, in cui le analisi chimiche si rivelano imprescindibili, sono sette: 

- purificazione delle acque (in entrata); 

- fermentazione; 

- purificazione degli API;

- sintesi; 

- cristallizzazione;

- formulazione;

- trattamento acque reflue. 

Per un approfondimento su ciascuna fase, puoi leggere l'approfondimento dedicato: "Ottimizzare i processi farmaceutici con le misurazioni analitiche in situ". 

 

Bioreattori per la fermentazione: parametri e sensori

La produzione di molti API avviene all'interno di appositi bioreattori, i cui valori devono essere costantemente monitorati, pena la perdita di qualità del prodotto finito, fino ad arrivare al fallimento del batch produttivo. 

I principali parametri chiave da controllare sono ossigeno, pH e conducibilità. Per ciascuno di essi esiste più di un sensore: pHmetri composti di diversi materiali e con tecnologie di misura innovative, conduttivimetri toroidali o a 4 elettrodi, sensori per l'ossigeno ottici o amperometrici. Come fare per scegliere? Puoi iniziare dall'approfondimento "Bioreattori per la produzione farmaceutica: parametri e sensori". 

 

Processi CIP - Cleaning In Place

Processo Cleaning In Place - CIP

I sistemi CIP - Cleaning In Place consentono di pulire le apparecchiature dell'impianto senza la necessità di aprirne o smontarne le parti. Il Cleaning In Place viene utilizzato in serbatoi, silos e per tutti i tipi di apparecchiature per il trattamento dei liquidi, non solo nel settore farmaceutico.

Il principio di funzionamento CIP è semplice: bisogna vincere le forze che legano lo sporco alla superficie dell’attrezzatura, utilizzando mezzi meccanici o per effetto chimico, unitamente all’aumento della temperatura. I quattro parametri principali da controllare sono temperatura, flusso, concentrazione di detergenti e tempo.

Nonostante l'importanza di questo processo, molte organizzazioni continuano a far funzionare i sistemi CIP basandosi su misurazioni e verifiche manuali: questo porta a lunghi cicli di pulizia che prolungano i fermi dell’impianto, sprecando energia e detergenti. L'automazione del sistema CIP  è un fattore critico di successo, perché aiuta a rilevare i cambiamenti nelle condizioni di processo, riducendo al minimo il consumo di acqua ed energia, e aumentando di conseguenza la disponibilità degli impianti di produzione. Come fare per automazziare il processo CIP? Leggi l'articolo "Cleaning In Place: come garantire l'efficienza dei processi CIP".  

 

L’applicazione più richiesta: l’analisi del pH

 

piaccametro-misura-ph

 

Piaccametro, pHmetro o misuratore di pH: comunque lo si chiami, disporre di un strumento di misura del pH che sia affidabile è fondamentale per l'ottimizzazione dell'impianto e la sicurezza della produzione.

“Più del 30% delle misure rilevanti per determinare la qualità dei processi riguarda la misura del pH. Ma quale piaccametro scegliere? Da analizzatori di pH per processi stabili a composizioni di fluidi con caratteristiche variabili, dai fluidi viscosi alle aree pericolose, fino alle applicazioni igieniche… gli impianti variano davvero molto.” Questa citazione deriva dall’articolo “Misura del pH: scegliere il pHmetro giusto”, dove troverai anche una panoramica dei piaccametri più diffusi a livello industriale.

 

Ecco un video che racconta il "viaggio" di un sensore per il pH in Endress+Hauser, dall'idea al prodotto finito: 

 

Ogni settore industriale ha esigenze specifiche. In quelli farmaceutico e alimentare, ad esempio, spesso l'esigenza è di montare dei misuratori di pH non in vetro. I cosiddetti ISFET garantiscono più sicurezza laddove il sensore potrebbe facilmente rompersi. Per un approfondimento puoi leggere l'articolo "Sensori di pH per l'industria farmaceutica e alimentare".

phmetro ISFETUn esempio di phmetro ISFET, di Endress+Hauser

 

Analisi chimiche industriali: i casi di successo

 

analisi liquidi industria

 

Misura del pH e gestione delle acque reflue sono due delle applicazioni più diffuse all’interno delle imprese. Endress+Hauser ha un’ampia competenza in merito: per saperne di più leggi i nostri casi di successo nell'analisi chimica dei liquidi. Si parla di una nota società di prodotti per la cura della persona che  ha scelto di utilizzare la tecnologia Memosens digitale di Endress+Hauser per garantire la massima disponibilità dei propri strumenti di misura, e della più grande impresa di trasformazione del latte in Svizzera, che voleva ridurre al minimo l’impatto della produzione sull’ambiente. All'articolo "Casi studio dal mondo industriale: misuratori di pH e taratura", invece, troverai il caso di una centrale a biomassa che aveva necessità di monitorare il ciclo acqua-vapore e la loro qualità, e il caso di un'industria dell'oro che aveva necessità di letture del pH molto accurate, per evitare situazioni pericolose. 

 

Vuoi scaricare tutti i casi studio in formato pdf? Clicca il bottone qui sotto per leggerli. 

 

connectendress_analisi_liquidi_processi_industriali_casi_studio

 

Focus acque reflue

Analisi delle acque industriali: un quadro normativo complesso 

L'acqua non è tutta uguale. Per ciascun settore industriale, e anche per diverse produzioni all'interno dello stesso settore, le acque devono rispondere a requisiti di qualità mutevoli.

Tali cambiamenti derivano anche dalla regione e della governance locale a cui l'impianto deve fare riferimento. Qualche esempio? L'acqua ultrapura per la produzione alimentare è normata in modo diverso dall'acqua necessaria per l'estrazione e il trattamento di petrolio e gas. Questa a sua volta differisce dalla qualità dell'acqua per la produzione di bevande alcoliche e analcoliche.

Qualunque siano i dettami legislativi e le linee guida dell'OMS, gli analizzatori di Endress+Hauser garantiscono l’ottemperanza agli standard più elevati. Segui il link e scopri di più sugli analizzatori per il trattamento delle acque industriali

 

connectendress_analisi_liquidi_industria_farmaceutica_alimentare_trattamento_acque

 

 

COD: la domanda chimica di ossigeno

La domanda chimica di ossigeno, anche detta COD o Chemical Oxygen Demand, rappresenta la misura della quantità di ossigeno necessaria per l'ossidazione dei composti organici e inorganici presenti in un campione d'acqua. Le acque reflue industriali, prima di essere reimmesse in natura, devono essere trattate in quanto possono contenere sostanze organiche che andrebbero a inquinare o minacciare l'ambiente acquifero circostante. 

Come fare, quindi, per calcolare il valore COD, e quale relazione ha quest'ultimo con il BOD (Biochemical Oxygen Demand?). Endress+Hauser (leader a livello mondiale nelle soluzioni per l'analisi dei liquidi) propone Liquiline CA80COD, un sistema esegue il monitoraggio continuo del COD, supporta attivamente il monitoraggio della capacità di depurazione degli impianti di trattamento e consente la contabilizzazione basata sul carico nel caso di scarichi industriali. Abbiamo approfondito l'argomento all'articolo "COD: Chemical Oxygen Demand per acque reflue civili e industriali". 

 

Campionamento acque reflue

Per un campionamento delle acque reflue sicuro e facile servono strumenti affidabili. Endress+Hauser è in grado di supportarti con soluzioni sia fisse che portatili, in grado di soddisfare tutte le esigenze. Un esempio? Liquistation CSF48 come campionatore fisso, e Liquiport CSP44 come campionatore portatile. Entrambi i sistemi sono facili da utilizzare, facili da manutenere e "plug&play" con i sensori Memosens. Ma non solo: la semplicità d'uso è una priorità anche per il trasporto di campioni: grazie ai flaconi separati e alla grande flessibilità di configurazione, le condizioni di lavoro con entrambi i campionatori sono sicure e comode.

Scopri di più sulle soluzioni e sugli step da seguire: leggi l'articolo "Campionamento acque reflue: scegliere il campionatore giusto".

 

Endress+Hauser: soluzioni innovative per le analisi chimiche

 

Endress+Hauser leader analisi liquidi

 

Endress+Hauser è leader mondiale nell’analisi dei liquidi e non solo: nell'arco degli ultimi quarant'anni l’impresa si è impegnata duramente per conquistare una posizione di rilievo nel mercato globale per un'ampia gamma di strumenti, servizi e soluzioni di automazione per l'ingegneria di processo.

Il centro di competenza Endress+Hauser Conducta è il vero fiore all’occhiello per l’analisi dei liquidi: produce sensori, trasmettitori, armature, analizzatori, campionatori e soluzioni complete. 

Nel 2016 l’impresa ha vinto il premio "Company of the year" 2016 per l'analisi dei liquidi.

A marzo 2021 l'impresa è stata insignita di un doppio riconoscimento: Endress+Hauser Liquid Analysis è stata riconosciuta come azienda innovatrice e autorevole datore di lavoro.

 

- Specialista per l'analisi dei liquidi 

La rinomata rivista economica "Capital", insieme a Statista, ha selezionato le aziende più innovative della Germania. La lista delle migliori aziende si basa su un ampio processo che identifica prodotti, processi o servizi intelligenti. Endress+Hauser, specialista per l'analisi dei liquidi, ha ottenuto il punteggio più alto nella categoria "elettronica, automazione e tecnologia di misura" tra le aziende con più di 1.000 dipendenti.

La nostra cultura dell'innovazione e l'entusiasmo dei dipendenti è la base del nostro successo a lungo termine. 

Dr. Manfred Jagiella, AD Endress+Hauser Liquid Analysis

l premio, che riconosce solo le aziende la cui forza innovativa nei prodotti e nei servizi, nei processi e nella cultura aziendale è percepita da clienti, concorrenti e top player del settore. si è basato su un'analisi sistematica e in più fasi delle aziende più innovative in Germania. 

- Un datore di lavoro autorevole nel campo dell'analisi dei liquidi

Contemporaneamente, Endress+Hauser Liquid Analysis è stata anche premiata con il sigillo di qualità TOP JOB, piazzandosi al secondo posto nella categoria delle aziende fino a 2.000 dipendenti, e al primo posto tra le aziende manifatturiere in Germania. L'onorificenza, che viene assegnata da Zeag GmbH, un centro di competenza per l'autorevolezza del datore di lavoro, riconosce le imprese che promuovono costantemente una cultura sana e allo stesso tempo performante sul posto di lavoro.

 

Endress+Hauser: leader nelle analisi chimiche industriali

Endress+Hauser Liquid Analysis è uno dei principali produttori mondiali di punti di misura e sistemi completi per l'analisi dei liquidi a livello industriale. Con le sue soluzioni intelligenti, l'azienda aiuta i clienti dell'industria ambientale e di processo a gestire i loro sistemi in modo sicuro, affidabile, economico ed ecologico. Endress+Hauser Liquid Analysis, con sede a Gerlingen, Germania, impiega più di 1.000 persone in tutto il mondo e possiede più di 1.000 brevetti.

Nel portafoglio di prodotti innovativi di Endress+Hauser rientrano:

  • Soluzioni per analisi dei liquidi "chiavi in mano"

endress_hauser_analisi_liquidi

 

Questo tipo di soluzioni comprende pannelli, armadi o stazioni di monitoraggio, nonché sistemi di automazione. Endress+Hauser non garantisce solo una gamma di sensori e accessori tecnologicamente avanzati, ma veri e propri sistemi completi, pronti per l’utilizzo. Per saperne di più, leggi la soluzione “chiavi in mano” per l'analisi dei liquidi.

 

  • Piattaforma Liquiline

E&H Liquiline, Liquiline di Endress+Hauser

 

Liquiline è la piattaforma ideale per tutte le applicazioni di analisi dei liquidi e costituisce la base per i trasmettitori, analizzatori e campionatori di Endress+Hauser. Il design uniforme di tutti i  prodotti offre convenienza e facilità d'uso, proteggendo il processo da errori operativi. I componenti standardizzati ottimizzano la questione “ricambi” durante la manutezione. Inoltre, la gamma di prodotti Liquiline può essere espansa con facilità, per una piena flessibilità anche nell’uso futuro. Ma come funziona questa piattaforma e quali sono i vantaggi? Scoprilo all’articolo “Liquiline: un’unica piattaforma per l’analisi dei liquidi”.

 

  • Liquiline Mobile

Ideale per i controlli da svolgere ai punti di campionamento, lo strumento portatile multiparametro di Endress+Hauser Liquiline Mobile CML18 può essere utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni e fornisce valori di cui ci si può fidare. Misura pH, Redox, conducibilità e ossigeno disciolto: quattro parametri in un solo dispositivo. Con l'ausilio della tecnologia Memosens, converte tutti i segnali in digitale e garantisce l'integrità dei dati al 100%.

Controlli e verifiche diventano facili e affidabili anche in condizioni ambientali difficili: Liquiline Mobile supporta gli operatori nell'effettuare rapidamente le misure e nel mantenere il processo in condizioni ottimali. Per saperne di più su questo strumento, è possibile leggere l'articolo "Liquiline Mobile: valori di misura affidabili, sempre".

 

  • Liquiline CM442

Liquiline CM442 è un trasmettitore digitale multiparametro da campo, espandibile, ideale per il monitoraggio e il controllo di processo in qualsiasi applicazione. Il dispositivo permette di collegare fino a 8 sensori per la misura di 12 parametri differenti: pH/redox, livello dei fanghi, ossigeno, nitrati, conducibilità, torbidità, SAC, ammonio, potassio, cloro e cloruri. Come molte delle soluzioni di Endress+Hauser, Liquiline CM442 garantisce una facile integrazione di sistema, semplicità operativa e ridotta necessità di scorte. La Heartbeat Technology™ consente una manutenzione puntuale, suggerita dallo stato di salute del dispositivo, e facilita la verifica dei punti di verifica in modo da ottimizzare tempi e costi. Per scoprire di più su questo prodotto, si veda l'articolo "Liquiline CM442: un trasmettitore all'avanguardia".

 

  • Tecnologia Memosens

E+H_memosens, tecnologia Memosens Endress+Hauser

 

La tecnologia Memosens di Endress+Hauser converte il valore misurato dal dispositivo in un segnale digitale e lo trasferisce al trasmettitore mediante una connessione senza contatto. Questo cosa significa? Fattori come l'umidità e la corrosione, che potrebbero sfalsare il valore misurato o provocare il mancato funzionamento del punto di misura, vengono neutralizzati poiché non possono nuocere in alcun modo. I sensori Memosens, quindi, possono essere connessi anche sott’acqua, immersi nei liquidi. Approfondisci all’articolo “Tecnologia Memosens per l’analisi dei liquidi: la rivoluzione”.

 

  • IIoT sensors

IIoT sensors

La digitalizzazione dei sistemi e dei processi industriali ha sbloccato il potenziale dei sensori installati.  "I dati esistono già, con i sensori digitali IIoT ready - o IIoT sensors - potrai sfruttarli e sfruttare appieno i tuoi dispositivi in campo". 

Un esempio di IIoT sensor è Liquiphant di Endress+Hauser, di cui ne esistono ormai milioni installati in tutto il mondo. La nuova generazione di questo sensore è dotata della Heartbeat Technology™, e cioè può comunicare con smartphone e tablet via Bluetooth, salvando i dati in cloud. 

L'aggiornamento di un impianto è un procedimento delicato e può avvenire in più fasi. l cloud è il primo passo: non è sufficiente installare gli IIoT sensors se tali soluzioni non sono collegate all’interno di un sistema digitale, come ad esempio Netilion. I vantaggi di questo tipo di aggiornamento saranno tangibili: dall'uptime dei macchinari alla riduzione dei fermo macchina, fino a una maggior garanzia di sicurezza ed efficienza all'interno dei processi produttivi. 

 

 

 

 

In conclusione, l’analisi chimica svolge un ruolo di fondamentale importanza nella nostra società: dalla produzione di farmaci, al controllo dei processi nell'industria, dal monitoraggio ambientale fino alla produzione di alimenti. Servono strumenti d’analisi innovativi e precisi, che permettano di ricevere informazioni in tempo reale per poter agire con prontezza a eventuali scostamenti dai parametri.

Grazie ai recenti sviluppi nella tecnologia analitica di processo si è aperto un importante trend verso la possibilità di monitorare con successo i dati d’analisi dei liquidi, con benefici che vanno dall’aumento della qualità dei prodotti alla diminuzione dei costi di manutenzione, fino alla totale conformità normativa.

Endress+Hauser è un’impresa leader a livello mondiale per le analisi chimiche: dalle tecnologie più innovative alle soluzioni “chiavi in mano”. Se hai bisogno di un partner di progetto affidabile e competente, puoi cliccare il bottone qui sotto e parlare con uno dei nostri esperti.

 

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