Große Einsparungen durch gelungene Automatisierung

Neue Automa­tisierung­spro­duk­te ermöglichen auch die Umset­zung von bekan­nten Prozesss­chrit­ten z. B. in der chemisch-phar­mazeutis­chen Wirk­stoff­pro­duk­tion durch Funk­tion­sin­te­gra­tion. Dadurch kön­nen sig­nifikante Einsparun­gen bei der Erstin­stal­la­tion, bei Umrüs­tun­gen, aber auch im laufend­en Betrieb der Anla­gen erzielt wer­den. Und dies nicht nur in der eigentlichen tech­nis­chen Umset­zung, son­dern auch durch reduzierte Anforderun­gen an die für die Pro­duk­tion erforder­liche Infra­struk­tur. Das von einem führen­den Phar­maun­ternehmen in Zusam­me­nar­beit mit Fes­to entwick­elte Konzept ist hier­für ein ein­drucksvolles Beispiel.

In Pro­duk­tion­san­la­gen der Phar­main­dus­trie oder Chemie beste­ht oft­mals die Notwendigkeit, Tanks, Reak­toren, Fer­menter, Mis­ch­er und andere Prozes­s­ap­pa­rate zu iner­tisieren und ver­schiedene weit­ere Funk­tio­nen bis hin zum Trans­fer des Mate­ri­als durch Über­druck in nach­fol­gende Ver­ar­beitungss­chritte umzuset­zen. Die damit ver­bun­de­nen Anforderun­gen sind:

• Iner­tisieren, d. h. kom­plet­ter Aus­tausch des enthal­te­nen Gasvol­u­mens (ungeregelt, hoher Durch­fluss) eines Behälters
• Druck­über­lagerung (Druck­regelung)
• Über­strö­men in Behäl­tern und Prozes­s­ap­pa­rat­en im laufend­en Syn­the­se­prozess (Durch­flussregelung)
• Mate­ri­al­trans­fer z. B. zu einem weit­eren Reak­tor oder Behälter
• Druck­regelung von gas­geschmierten Gleitringdichtungen

Funktionsintegration – kompakter und wirtschaftlicher

Die Pro­por­tion­al­ven­til­tech­nik stellt eine inter­es­sante Alter­na­tive für die Regelung von inerten Gasen im Ver­gle­ich zur tra­di­tionellen Automa­tisierung dar, vor allem für mod­u­lar aufge­baute Anla­gen mit dezen­tralen Automa­tisierungsstruk­turen. Die bish­erige Lösung bestand aus klas­sis­chen Regel­ven­tilen, Durch­fluss- und Druckmess­geräten direkt am Reak­tor in Ex-Zone 2 oder 1. In der neuen Lösung, die in enger Abstim­mung mit dem Endan­wen­der erar­beit­et wurde, wer­den diese Kom­po­nen­ten dezen­tral in einem Schaltschrank außer­halb des Ex-Bere­ich­es instal­liert. So kon­nte wertvoller Platz im Rein­raum des neuen Tech­nikum des Anwen­ders ges­part wer­den. Statt der bish­eri­gen Regel­ven­tile kom­men Pro­por­tion­al­ven­tile zum Ein­satz. Da sich jew­eils zwei Reak­toren in einem Reak­tor­raum befind­en, wurde auf­grund der räum­lichen Nähe eine kom­pak­te Inert­gassta­tion für jew­eils zwei Reak­toren aus­gelegt. Pro Behäl­ter sind ein Ven­til für Argon und zwei für Stick­stoff vorge­se­hen, ein Viertes regelt die Stick­stof­fver­sorgung der Gleitringdich­tung des Rührwerks.

Verbesserte Diagnosemöglichkeiten

Die Pro­por­tion­al-Druck­regel­ven­tile VPPM sind auf der Ven­tilin­sel MPA inte­gri­ert. Gemein­sam mit der Automa­tisierungsplat­tform CPX sitzt sie auf ein­er gemein­samen Back­plane. Die CPX bein­hal­tet die Remote I/O, Druck­sen­soren zur Kon­trolle des Ein­gangs­drucks der Gase und den Feld­bus­knoten. Die Durch­flusssen­soren zur Erfas­sung des Vol­u­men­stroms sind eben­falls im Schaltschrank inte­gri­ert und an die Analog­mod­ule der CPX angeschlossen. Der Aus­gangs­druck des Pro­por­tion­al­ven­tils wird direkt zurück­gemeldet, bei Nichter­re­ichung des erforder­lichen Aus­gangs­druck­es wird dies als Störung gemeldet. Diese umfassende Überwachung stellt einen deut­lichen Gewinn an Diag­nosemöglichkeit­en gegenüber dem bish­eri­gen Ansatz dar, bei dem nur am zen­tralen Druck­min­der­er ein Druckschal­ter für die gesamte Anlage instal­liert wurde. Im Rah­men des real­isierten Pro­jek­tes sind die Inert­gassta­tio­nen an ein Siemens PCS 7 Sys­tem ange­bun­den. Die Automa­tisierungsplat­tform, die Pro­por­tion­al­ven­tile, und die Ven­tilin­seln sind über einen Profinet-Bus Knoten an das Leit­sys­tem angebunden.

Analyse der Einsparungen

Eine quan­ti­ta­tive Bew­er­tung der Einsparun­gen kann z. B. durch das Tool des ZVEI zum Ver­gle­ich von Alter­na­tivtech­nolo­gien in Bezug auf deren Wirtschaftlichkeit und mon­etäre Auswirkun­gen erfol­gen. Das Excel-basierte Werkzeug kann kosten­frei auf der Web-Seite des ZVEI herun­terge­laden wer­den und ermöglicht die Abbil­dung des gesamten Leben­szyk­lus ein­er Anlage und deren betrieb­swirtschaftlichen Kostenkat­e­gorien, wie z. B. Per­son­al, Energie, Mate­r­i­al. Der Bar­w­ert der gesamten Leben­szyk­luskosten wird über einen para­me­trier­baren Diskon­tierungssatz ermit­telt, weit­er­hin sind Sen­si­tiv­ität­s­analy­sen (Diskon­tierungssatz, Anteil der Wartungskosten) ein­fach möglich.

Das Beispiel zeigt deut­lich die Vorteile der Funk­tion­sin­te­gra­tion in dieser kon­ser­v­a­tiv­en Abschätzung. Durch diese neue Anwen­dung kön­nen Einsparun­gen in Bezug auf die jew­eils zu real­isierende Funk­tion von bis zu 50 Prozent der Investi­tion­skosten erzielt wer­den. In der Regel ergeben sich bei der Funk­tion­sin­te­gra­tion weit­ere Vorteile wie z. B. gerin­gere Wartungskosten, bessere Diag­nosemöglichkeit­en und damit eine verbesserte Betrieb­s­führung der Anla­gen. Let­ztere sind nur schw­er mon­etär zu bew­erten. Die erforder­lichen Eingabe­dat­en des Tools kön­nen anwen­der­spez­i­fisch leicht angepasst werden.