Vooraf gedefinieerde procesvoorwaarden en offline analyses doen afbreuk aan kwaliteit en meer
Het mixen en blenden van verdeelde vaste stoffen, d.w.z. deeltjesvormige, korrelvormige en poedervormige materialen, zijn essentiële stappen in veel chemische productie- en verwerkingsfabrieken. Het is de sleutel tot het verminderen van inhomogeniteit in samenstelling en uiteindelijk voor het leveren van producten van hoge kwaliteit. Ze zijn ook bijzonder complex, waardoor het voor bedrijven buitengewoon uitdagend is om diepgaand inzicht te krijgen in hun mix- en mengprocessen die kunnen helpen bij het definiëren van optimale procesomstandigheden.
Bovendien hebben traditionele inspectietechnieken die afhankelijk zijn van diefsteekproeven tal van nadelen die grootschalige toepassing in de weg staan. Ten eerste zijn deze offline methoden arbeidsintensief en leiden ze tot uitvaltijd, omdat er vaak een lange vertraging is tussen het moment waarop de blenders/mixers worden gestopt en het moment waarop de uniformiteitsresultaten worden ontvangen. De totale cyclustijd wordt daardoor uiteindelijk verlengd. Bovendien is diefbemonstering moeilijk te reproduceren en vaak kan het verzamelen van een product leiden tot inhomogeniteit van het monster, wat weer leidt tot vertekening van de resultaten. Ten slotte kunnen dergelijke methoden operators blootstellen aan potentieel gevaarlijke chemicaliën en fijne deeltjes.
Als gevolg hiervan vertrouwt de chemische procesindustrie vaak op vooraf gedefinieerde verwerkingsvoorwaarden. Omdat onderproductie de heterogeniteit binnen een batch niet kan overwinnen – wat de kwaliteit van het eindproduct beïnvloedt -kunnen fabrikanten de neiging hebben om vooraf parameters in te stellen die overproductie bevorderen.
Dit leidt echter tot hogere cyclustijden, energieverbruik en productiekosten, terwijl de kwaliteit nog steeds in het gedrang komt. Deeltjesafslijting, segregatie en verwarming kunnen ook optreden. Bovendien kan deze conventionele aanpak de onvermijdelijke variaties in de gebruikte grondstoffen niet aanpakken.
Op weg naar responsive, real-time controle
Om consistent producten te leveren die voldoen aan de benodigde specificaties en tegelijkertijd zeer efficiënte procesomstandigheden te behouden, vereist de CPI nauwkeurige, realtime procescontrole die in staat is om de homogeniteit in realtime te meten. Dit kan worden bereikt door gebruik te maken van slimme PAT-compatibele automatiseringen, die een sleuteltechnologie kunnen zijn in de digitale transformatie van elk bedrijf.
Om precies te zijn, intelligente mix- en blendbewerkingen kunnen gebruik maken van realtime feedbackregeling met gesloten lus die adequaat reageert tijdens het mengproces. Het kan ook rekening houden met eventuele veranderingen in de kritische kwaliteitskenmerken (CQA’s) van de grondstoffen, zoals deeltjesgrootteverdeling, morfologie of vochtgehalte om de optimale blend/mix en inhoudsuniformiteit te behouden. Dit wordt bereikt door realtime, niet-destructieve uniformiteitsmetingen uit te voeren via geavanceerde, geïntegreerde (meestal spectrale) instrumentatie, waardoor downtime die gepaard gaat met offline analyse wordt geëlimineerd.
De resultaten van deze metingen worden rechtstreeks naar software gevoerd die ofwel eenvoudig de veranderende spectra weergeeft, ofwel voorspellende modellen gebruikt om te bepalen of het geautomatiseerde systeem moet doorgaan of stoppen met bloeden om producten van consistente, hoge kwaliteit te verkrijgen. Hierdoor kan zowel over- als onderverwerking worden vermeden, waardoor productietijden, time-to-market en energieverbruik worden geoptimaliseerd en afval en nabewerkingen worden geminimaliseerd. In de praktijk hebben studies gesuggereerd dat de cyclustijd kan worden verkort tot 35%.
Geautomatiseerde mengcontrole in de praktijk
Een praktisch voorbeeld van zo’n PAT-enabled geautomatiseerd procescontroleraamwerk bestaat uit een batchmenger die is uitgerust met een bijna-infrarood (NIR) spectrometer op het deksel. Deze analysetechniek is ideaal, want hij is extreem snel, zeer reproduceerbaar, niet-invasief en vereist geen monstervoorbereiding. Elke keer dat een cyclus is voltooid, wordt de acquisitie van een NIR-spectrum geactiveerd. Gelijksoortige technologie kan ook worden gebruikt in continue blenders.
Het instrument communiceert de verkregen spectrale gegevens naar een PAT-kennisbeheerplatform. Dit is in staat om de gegevens op talloze manieren te verwerken en de uniformiteit van de blend te bepalen. Gewoonlijk wordt in het geval van een batchmenger de variabiliteit van een spectra (of bepaalde punten binnen die spectra) gemeten en, naarmate de variabiliteit afneemt tot binnen een acceptabel consistent bereik (met behulp van een techniek zoals standaarddeviatie van bewegende blokken of “F” test), dan wordt het proces als voltooid beschouwd en wordt het automatisch gestopt.
Bij continu mengen wordt vaak gebruik gemaakt van een voorspellingsmodel, dat wordt gegenereerd met behulp van Multivariate Analyse (MVA) technieken. Door de procesparameters te manipuleren, kan de real-time voorspelling van de blenduniformiteit binnen zijn ‘sweet spot’ worden gehandhaafd.
