Schaal de productie van fijnchemicaliën sneller op, zonder het inzicht in de processen te verliezen
Continu en realtime inzicht, van laboratoriumexperimenten tot grootschalige productie, leidt tot een betere kennis van het proces. Dit maakt het mogelijk om eerder beslissingen te nemen, opschaling voorspelbaar te maken en producten sneller op de markt te brengen.
Wanneer het inzicht in het proces verloren gaat bij de opschaling van de productie van fijnchemicaliën
Bij de ontwikkeling van fijnchemicaliën zijn de grootste vertragingen en inefficiënties zelden te wijten aan de chemie zelf. Ze doen zich voor wanneer het proces wordt opgeschaald, wanneer inzichten die in het laboratorium zijn opgedaan niet op betrouwbare wijze kunnen worden vertaald naar proef- en productieomgevingen. In plaats van voortdurend voort te bouwen op wat al bekend is, worden teams gedwongen om in elke fase hun kennis opnieuw op te bouwen en de productie te stroomlijnen.
Offline analyses, handmatige steekproeven en het opnieuw valideren van modellen per fase dwingen teams om:
- Experimenten te herhalen tijdens de opschaling
- Bedrijfsvensters opnieuw te ontdekken op productieschaal
- De productlancering uit te stellen terwijl afwijkingen worden onderzocht
- Afval-, herbewerkings- en extra ontwikkelingskosten te incasseren
Wanneer de analytische kennis tussen het laboratorium, de proeffabriek en de fabriek niet op elkaar aansluit, wordt opschaling een iteratief proces in plaats van een technisch proces.
Wat in de test-, proef- en productiefase zichtbaar blijft
Procesanalytische technologieën (PAT), zoals Raman-spectroscopie, bieden chemisch inzicht op de plek waar reacties en omzettingen daadwerkelijk plaatsvinden – in laboratoriumreactoren, proefinstallaties en productieapparatuur. Raman-sensoren en analytische modellen worden rechtstreeks toegepast in de processtroom , waardoor op elke schaal continue in-situ-metingen worden uitgevoerd. Hierdoor wordt het procesgedrag zichtbaar binnen de apparatuur zelf, in plaats van dat het wordt gereconstrueerd op basis van externe laboratoriumanalyses.
Op alle schaalniveaus biedt Raman-spectroscopie cruciale inzichten in processen, zoals:
- Voortgang van de reactie en belangrijke chemische omzettingen
- Procesvariabiliteit onder reële bedrijfsomstandigheden
- Afwijkingen zodra ze zich voordoen, niet pas nadat de verliezen zich hebben opgestapeld
- De bruikbaarheid van ontwikkelingsmodellen bij de overgang naar de productieomgeving
Omdat met Raman-spectra geïsoleerde pieken vaak aan afzonderlijke stoffen kunnen worden toegewezen, kunnen meerdere componenten tegelijkertijd met één enkel spectrum worden gemeten. Informatierijke spectra bieden diepgaand inzicht in processen en verminderen de inspanningen die nodig zijn om modellen op specifieke schaal opnieuw te kalibreren. Kwantitatieve resultaten worden sneller verkregen – een groot voordeel tijdens de ontwikkeling en opschaling.
Hoe continu inzicht de besluitvorming over ontwikkeling en opschaling versnelt
Wanneer dezelfde analytische metingen en modellen consequent worden toegepast in het laboratorium, de proeffabriek en de productie, verandert de besluitvorming ingrijpend. Teams evalueren de resultaten niet langer achteraf; ze ondernemen actie terwijl de experimenten en proeven nog gaande zijn.
Voordelen van continue inzicht:
- Snellere, op feiten gebaseerde beslissingen tijdens de ontwikkeling
- Vroegtijdige bevestiging van de gereedheid voor opschaling
- Onmiddellijk ingrijpen wanneer de omstandigheden verslechteren
- Analytische modellen hergebruiken in plaats van ze opnieuw te bouwen
- Vervanging van trage, foutgevoelige handmatige bemonstering
De waarde zit niet in meer gegevens, maar in bruikbare inzichten die op alle schaalniveau consistent blijven.
Continuïteit van laboratorium tot productieproces
Bij productieprocessen voor fijnchemicaliën lopen de prestaties en de tijd tot marktintroductie het grootste risico wanneer er een kloof ontstaat in het procesinzicht tussen het laboratorium, de proefschaal en de productie. Door in alle fasen continu realtime analyses uit te voeren, zorgt inline-Raman-spectroscopie voor een naadloze continuïteit vanaf de ontwikkeling tot en met de productie wat betreft cruciale procesparameters en een constante productkwaliteit.
Analytische technologiemodellen worden gevalideerd in de laboratoriumreactor, bevestigd in proefinstallaties en toegepast op productieschaal met behulp van hetzelfde meetprincipe. Dit neemt onzekerheid weg op de meest cruciale overgangsmomenten en maakt een voorspelbare opschaling, snellere productintroductie en stabiele productieprestaties mogelijk – niet door herhaaldelijke iteraties, maar door een doordacht ontwerp.
Hoe laboratoriuminzichten in de praktijk worden gebracht
Continue realtime monitoring van het laboratorium naar het productieproces wordt gerealiseerd door:
- Inline-Raman-spectroscopie te gebruiken als procesanalytische technologie
- Procesanalytische technologieën consequent toe te passen, van onderzoek en ontwikkeling tot productie
- Meerdere meetpunten voor kritieke procesparameters gelijktijdig te bewaken
- Chemometrische analyses rechtstreeks in het instrument in realtime uit te voeren
- Gebruik in veeleisende en ATEX‑gecertificeerde omgevingen
In plaats van op elke schaal inzicht te verwerven, worden inzichten bewaard en hergebruikt – waardoor er één betrouwbare analytische basis ontstaat voor de gehele productlevenscyclus.
Van ontwikkelingsinzichten tot meetbare effecten op de productie
In de industrie van fijnchemicaliën leidt een gefragmenteerd inzicht direct tot langere ontwikkelingscycli, meer afval en een tragere marktintroductie. Analytische technologieën die het laboratorium en het productieproces naadloos met elkaar verbinden, zetten ontwikkelingsdoelen om in operationele realiteit.
Voordelen voor fabrikanten:
- Sneller inzicht in processen en een kortere time-to-market
- Minder verrassingen bij schaalvergroting en minder corrigerende maatregelen
- Lager grondstoffen- en energieverbruik door gerichte optimalisatie
- Hogere doorvoer met behulp van bestaande assets
- Veiligere en conformer processen dankzij minder handmatige tussenkomst
Deze resultaten worden gerealiseerd voordat er productieverliezen optreden, en niet achteraf gecorrigeerd.
Bewezen op productieschaal: Evonik
Evonik laat zien hoe continue analyse de ontwikkeling en productie van fijnchemicaliën verandert. Door handmatige bemonstering te vervangen door inline-Raman-spectroscopie en dezelfde analytische modellen toe te passen van R&D tot productie, blijft het inzicht in het proces behouden tijdens de opschaling en vertaalt dit zich direct in een veiligere en efficiëntere productieprocessen.
Wat Evonik in de praktijk laat zien:
- Naadloze overgang van analytische modellen van ontwikkeling naar productie
- Realtime monitoring vervangt trage, foutgevoelige handmatige bemonstering
- Minder kalibratiewerk en snellere kwantitatieve resultaten
- Verbeterde veiligheid en operationele efficiëntie, ook in ATEX-zones
- Sneller inzicht in processen en een kortere time-to-market
Met meer dan 50 meetpunten en 16 Raman-analyzers die wereldwijd zijn geïnstalleerd, laat deze aanpak zien hoe continue analyse een schaalbare en betrouwbare productie mogelijk maakt.
Waarom Endress+Hauser?
Endress+Hauser helpt fabrikanten van fijnchemicaliën en speciale chemicaliën bij het ontwerpen van voorspelbare, schaalbare processen door procesanalytische technologie rechtstreeks in de ontwikkelings- en productieworkflows te integreren.
- Uitgebreide expertise op het gebied van chemische gespecialiseerde processen
- Betrouwbare Raman-systemen voor veeleisende omgevingen
- Uitgebreide ervaring op het gebied van applicatie-engineering en wereldwijde projecten
- Langdurige samenwerkingsverbanden die zorgen voor continuïteit en betrouwbaarheid
Van de eerste ontwikkelingsfase tot de grootschalige productie zorgen wij ervoor dat de kennis die in het laboratorium wordt opgedaan, een herhaalbaar en betrouwbaar onderdeel van de dagelijkse productie wordt.
Welke vragen moeten we ons stellen als we Raman-spectroscopie overwegen?
Bekijk de vragen en beslissingscriteria die procesengineers hanteren om te beoordelen of het bedrijf klaar is voor de invoering van Raman-technologie, voordat er tijd en middelen aan de implementatie worden besteed.
