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从全面项目中冒险

Michelle Segrest |2019年5月27日

EPIC工程师在能源客户的完整试验工厂系统上运行质量测试。所有照片由Epic Systems提供

试验工厂证明了拟议工艺技术对现实世界运营的可行性。

风险危险一直是飞行员植物背后的推动力,在当今新的产品生命周期的环境中,这种力量同样强,甚至更强大。例如,当公司的研发小组对新工艺技术有一个想法时,可以以“玻璃尺度”进行测试。

圣路易斯Epic Systems Inc.总裁John Schott P.E.表示:“这可能意味着只制造一升一升的化学物质,类似于您在高中化学课程中进行的测试类型。”epicsysinc.com),一家制造和服务公司,设计,整合和整合并为全球制造商建立试验植物解决方案。“假设一切顺利。测试表明该技术在该规模上起作用。但是,他们是否有足够的说服力冒险以每天生产10,000磅材料的1.5亿美元建造一家工厂?在大多数情况下,花费这么大的钱,无法花这种钱,并希望植物有效。”

试点工厂的目的是表明可以在建造较大的全尺度生产工厂之前以较小的工业规模或该规模的两种演变来制定工艺技术。

肖特说:“花在飞行员工厂上的钱总是有意义的。”“将发生三件事之一。该公司将找出它认为有效的实际功能。或者,其次,它将发现一些意外的东西,然后可以找到解决方案,并感到自信前进。或者,第三,它可以找到无法修复的东西,这将停止全面项目。”最后,他总结说,该公司也许在飞行员工厂上花费5至1000万美元,而不是在全面运营上花费1.5亿美元。

“试点工厂是流程发展行业的真正主力军,”加拿大安大略省伯灵顿的Zeton Inc.销售和营销副总裁David Edwards说(加拿大安大略省(zeton.com),完成了世界各地的实验室,试验植物,示范植物和小型模块化植物项目。“随着化学或生物过程从实验室缩放到生产,试验工厂提供了与批处理相对处理的第一个窗口。它通常会结合未反应的饲料/产品回收利用,因此可以关闭质量平衡。”

公司正在利用这个想法来尝试从等离子技术到旋转盘反应器再到反应性蒸馏单元的所有事物。肖特说:“那里有很多新技术,现在,公司真正努力为创建规模的试验工厂而努力。”“我们几乎在每个行业开发了项目,包括药品,食品和饮料,工业化学品,消费品,石化化学物质,遍布整个董事会。[它们]是出于基本目的,即降低建立可能不起作用的全尺寸设施的费用。风险是关键词,是公司建造试点工厂的主要原因。”

但是,许多公司将跳过试点工厂,直接进行全面生产。肖特(Schott)和爱德华兹(Edwards)认为,这种方法是一个错误,尤其是在创新的未经测试的过程技术中。

“通常,想法是飞行员的成本太高了。但是,[投资]数百万美元在不起作用的商业大小的系统中最终更昂贵。”肖特说。“试点工厂是一项出色的风险降低策略,可在一小部分投资中进行流程扩大。”

当开始将流程从实验室环境扩展到商业电厂时,该产品线上有大量资金。“您可能有反应数据和理论模型,描述了发生反应的每个可能的细节。然而,将它们从过程到生产规模仍然是一个很大的未知数。将未知数变成可管理和可扩展的东西是飞行员植物的作用。”

Schott解释说,工艺设备不会线性扩展,尽管这在小规模上是一种不明显的效果,但在生产工厂中可能会产生巨大的影响。

他说:“对流程进行建模可能会捕获其中一些变化,但是即使是最复杂的计算机模型,仍然存在很多假设。”“尽管不论是50毫升还是5,000加仑,所以让自己很容易让自己认为反应堆是反应堆,但必须审查并克服一些根本的挑战。在试点工厂进行的投资可以证明您的工艺技术已准备好生产规模。它通过尽早捕捉设计问题来节省金钱,并增加了为新技术提供资金的可能性。试点工厂将大大降低您的风险,并为成功的商业生产提供可行的途径。”

该试点植物系统测试了从煤炭基电厂的烟气中去除二氧化碳的过程。

好处

飞行员工厂允许公司收集实时数据,以帮助确保全面生产工厂正确运行。它允许使用输入,输出和处理时间来简化过程的项目进行实验。

Schott解释说:“从实验室秤直接跳到完整的生产可能会导致有问题的混合,产品输出以及缓慢或难以控制的反应。”“由于化学过程不会线性扩展,因此很难预测全面的商业过程的实际表现。”

虽然可以在模拟中解决某些问题,但在现实世界中运行的物理版本通常仍会与模拟预测的行为不同。肖特指出:“对每个因素进行建模都需要时间,并且可能太复杂了。”“物理系统布局和设备约束的现实在试验植物设计中也起着重要作用。不均匀的浓度梯度会导致不理想的行为,并使某些假设无效。”

许多试点植物都用于研究催化剂和催化过程,其中一种化合物或生物生物体转化为另一种化合物。爱德华兹补充说:“催化剂性能测试是在试验工厂中进行的,以确定产量和选择性数据,并在各种操作条件下测量催化剂的寿命。”

Argo Genesis与Epic Systems合作采用了新配制的沥青添加剂,并将其扩展到试验工厂的生产水平。史诗般的设计和制造了这两个阶段批处理 - 转化到底座的试点工厂。

趋势

飞行员工厂已经存在了数十年,但是它们的建造方式以及如何计量其过程技术以使可行性随着时间的推移发生了很大变化。

最新趋势包括与模块化设计相关的趋势,这些趋势使设备更容易,更快地将其运送到任何地方,无论位置如何。Schott解释说:“模块化飞行员工厂的异地构造可以使时间表缩短多达40%,尤其是在需要进行其他现场工作的项目上。”

模块化设计为大多数飞行员植物项目提供了许多不同的优势,包括:

•飞行员模块是在理想的商店条件和室内构建的,这会导致质量更高,更快的完成时间。

•新系统的制造,组装和测试将不会破坏任何当前的操作,因为它是在现场构建的。这也提供了一层酌处权。

•当同时进行工厂升级时,现场结构也是一个很大的优势。现场改进可以与系统构建并行进行,从而加快整个项目时间表。

•由试点设计专家简化和组织组件,布局和系统布置,降低了整体建筑成本,空间需求和所需的工厂升级。

当飞行员植物首次开始出现时,使用了一个棒状工艺。肖特解释说:“这些项目是在某个位置逐步建造的。”“客户现在模块化的最大原因是由于计划压缩。在传统的结构中,一切都是顺序的。在建造全尺寸的制造设施之前,您将无法使用第一款工艺设备。通过模块化,您将构造与现场工作并行。建筑物建造的那一刻,卡车就可以随时交付完全组装和测试的过程系统。它实际上刮去了几周或几个月的流程时间表。”

通过开发数字双重技术,已经实现了另一个重要的飞行植物趋势。化学巨头杜邦等公司通过创建数字双胞胎制造工艺并将其用于试点植物制造,从而看到了安全,环境和生产率。

杜邦(Dupont)的流程建模和控制顾问Tracy Clarke Pringle博士说:“数字双胞胎确保实施方面的错误更少,因为工程师可以视觉上看到将会发生什么。”她解释说:“对于许多过程,不可能考虑变化的所有后果。”“数字双胞胎不需要完美才能有用,而且使用正确的工具不需要数年才能开发有用的模型。”

克拉克·普林格(Clark Pringle)强调了仅通过开发数字双胞胎而发生的令人难以置信的学习数量。她说:“这通常被低估了,双胞胎的隐藏价值。”“随着网站与运营商的更多营业额,数字双胞胎为有效培训提供了黄金标准。没有其他经验的运营商可以看到并感觉到紧急情况是什么样的。根据定义,这些情况很少发生。您不希望他们在紧急情况本身期间首次出现紧急情况。这就是为什么飞行员使用飞行模拟器的原因。化学工业需要更好地以相同的方式培训其运营商。”

一个化学试验工厂扩大了著名农业化学公司的专有离子交换过程。

例子

根据专家的说法,试点工厂可用于生产可用的产品,开始建立市场,并说服投资者长期生存能力。虽然该工艺技术通常是创新的或对其行业的创新,但试验工厂的想法是测试商业设备,并弄清楚如何降低飞行员生产的生产成本。这里有几个例子:

伊利诺伊州德斯普兰斯天然气技术学院(伊利诺伊州gti.energy) -华盛顿美国能源部支持的非营利组织(能源) - 设计和制造的试验植物系统,该系统测试了从煤炭基电厂中烟气中去除二氧化碳的过程。

在前端工程(费用)过程中,发现该过程的第二阶段(CO的恢复和再生2)无法通过拟议的膜过程来完成。取而代之的是,实施了更传统的热力学分离过程,这需要对过程流程图进行更改。

试点项目提供了可扩展的测试过程系统2通过灵活性和工程经验,拆除技术并避免了不必要的延迟。由于模块化设计和场外制造,它产生了更快,更安全的防滑制造和安装。

Argo Genesis Chemical LLC是一家农业综合企业,采用了新配制的沥青添加剂,并将其缩放到试点的生产水平。设计和制造了两阶段的批处理到底座加工厂。(Argo Genesis是伊利诺伊州克雷斯特伍德的Seneca Petroleum Co.senacoco.com)。

Argo Genesis的试点模块代表了商业化生物聚合物技术的投资。在Aspen Plus软件的帮助下,模拟了流程规模。在机械设计和防滑制造开始之前,通过模拟来确保适当的演示植物功能。为了减少安全问题和设计室内危险过程的成本,模块化工厂设计用于室外装置。该软件由马萨诸塞州贝德福德的Aspen Technology Inc.生产(aspentech.com)。

在32个工作小时内生产了新的生物聚合物配方,从而大大加快了开发过程并创建了同类生物聚合物示范厂。现在有一个灵活的过程,允许测试多个公式,并在演示植物规模上证明了用于商业化的功能。

史诗系统使用客户提供的操作序列来建造一个模块化的化学试验厂。基于3D型号,飞行员工厂能够适合所需的小占地面积。高度腐蚀性酸是系统的主要成分。

为了满足客户的工业级要求,使用了各种非典型材料来制造试验工厂。整个玻璃纤维罐都使用了Hastelloy和Teflon衬里线以及其他管道规格。PVC和Teflon衬里管道由于耐受性的规格而需要定制的法兰。材料的高度腐蚀性,结合低流量速率,要求安装独特的流量计。

飞行员系统需要在许多仪器点上进行测量,包括水箱中的流动,温度,压力和化学水平。安装了起泡系统,以使液位更容易且持续地测量。压缩空气被释放到储罐的底部,并根据结果水平计算出液位。

该试点工厂是为该技术建造的大型工业,国际工艺工厂之前的中间步骤。许多采样和仪器点使公司可以收集必要的数据,以进行更大的工业规模运营。

一家汽车化学公司开发了一种产生石油添加剂的定制试验厂。该公司将其系统升级为自动操作,具有用于内部测试和最终客户配方灵活性的自定义配方功能。通过定制的自动化融合计划,新的批处理管理软件以及工程进行扩展的方法,生产提高了60%。10bet在线娱乐

从手动到自动批处理的移动提高了运行之间批处理的一致性,并更好地跟踪了过程参数。使用分布式控制系统Deltav,自动化软件使用户能够快速访问整个工厂的配方管理和数据收集。10bet在线娱乐Deltav是艾默生,圣路易斯的产品(Emerson.com)。

项目经理Matt Benz说:“该工厂提高了客户为客户提供自定义配方的能力,并增加了对新配方的内部测试。”“较高的生产率意味着每天通过系统运行更多的产品。更广泛的温度范围和关键设备大大提高了系统效率。他们能够贯穿这一飞行员的产品范围大大增加了。”EP

米歇尔·塞格斯特(Michelle Segrest)是阿拉巴马州墨西哥湾沿岸Navigate Content Inc.的总裁,专门为加工行业创建内容。请与她联系michelle@navigatecontent.com

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