生物可降解塑料设施改造项目

系统集成批量控制改造见解

• 丹默尔发现了一个现有的设施，可以改造为可生物降解塑料生产PHA树脂。该公司在肯塔基州温彻斯特购买了一座8.8万平方英尺的棕地工厂。转换为操作设施，重新利用和改造设施。
• 自动化改造带来了挑战，因为现有的文档不足，现有的设备并不是设计创建时看起来的样子。
• 由于对现有的批量控制系统进行了重新设计，受大流行影响的设备交货时间也是该项目面临的一个挑战。设计经常被修改以解决设备的可用性。

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Danimer Scientific是一家生物塑料公司，专注于100%可再生和可生物降解塑料的开发和生产，并适应棕地场地，将实验室工艺升级为完整的制造工厂，适应现有的批量控制。这些可堆肥聚合物由Nodax聚羟基烷酸酯(PHA)树脂制成，可以取代可持续产品中的一次性塑料。该产品在食品和饮料行业引起了广泛的兴趣，作为吸管、薯片袋、一次性水瓶等传统塑料的替代品，这些塑料最终被扔进了垃圾填埋场，可能需要上百代才能降解。

系统集成，控制设计:从试产到生产

在该公司的新型生物降解塑料专利技术开发初期，Danimer科学与Hargrove Controls + Automation合作，帮助将研发实验室流程和小型试运行线升级为生产规模的制造设施。

Daminer Scientific的首席运营官Michael Smith说:“当我们在2015年首次与Hargrove合作时，我们开始为PHA建造一个生产规模的设施，我们是唯一这样做的人。”“关于如何将实验室的假设转化为可制造的过程，目前还没有相关信息。”该系统集成商帮助“开发了这项技术，基本上发明了一种新工艺。我们正在为世界上第一个PHA工厂“写书”。我们非常依赖哈格罗夫的设计和自动化功能，为未来的绿地设施设计。我们大概知道我们想如何制作这个产品，但不知道成本是多少。”系统集成商“设计了一个设施，这样我们就可以开始筹集资金了。”

丹默尔发现了一个现有的设施，可以改造成PHA。该公司在肯塔基州温彻斯特购买了一座8.8万平方英尺的棕地工厂。转换为操作设施，重新利用和改造设施。

“我们对我们所做的和所做的感到非常兴奋，我们的公司文化是向前冲，因为世界非常需要这种解决方案。我们不是一家典型的制造公司，因为我们最初在内部没有工程团队。”史密斯说，制造商依靠系统集成商来指导这一过程。

全面挑战:供应链、自动化范围、4000个I/O

这个项目面临许多挑战。作为该产品的第一个没有全面试点的运营设施，团队需要一个可靠的计划，并得到所有关键利益相关者的支持。此外，该项目还需要满足一家初创技术公司的预算需求，并应对大流行引发的供应链问题。

第一阶段的改造总投资成本(TIC)为5500万美元，项目总投资为1.75亿美元。自动化范围有超过24,000个工时和超过4,000个输入/输出(I/O)点。它还包括叙述和规范，为上游和下游流程开发的多个复杂批处理操作，将新设备捆绑到现有设施中，滑动包接口，无线网络开发，历史记录，现场支持，调试还有操作员培训。

改造设计带来了技术挑战:DCS, HMI

该设施由分布式控制系统(DCS)批量系统控制，升级到最新的操作系统，包括一个人机界面(HMI)重建和操作员界面。有一个全厂范围的数据历史学家，它从DCS收集信息。在DCS中集成了近12个第三方滑块，这是工作的重要组成部分。许多滑块位于精整装置上，它将澄清的输出发送到离心机、干燥机和制粒机。

Hargrove Controls & Automation的运营负责人Joshua Payne表示:“从技术角度来看，这个项目之所以具有挑战性，是因为它是一个混合过程。“它是生物技术、制药和生命科学技术的混合体，混合了化工厂严重的批量生产过程。”该系统集成商拥有一个专注于生命科学的团队，是美国化学领域最大的工程公司之一。

Payne继续说道:“Hargrove帮助Danimer对肯塔基州的工厂进行了尽职调查，以确保购买和使用他们的工艺是可行的。我们设计了设施的转换和自动化。”

Hargrove Controls & Automation的技术和创新负责人Alan Polk表示，现有设施有一个批量控制系统，该系统被重新用于新应用。

集成、扩展、PLC码垛

系统集成商的努力主要集中在原始工艺的发酵和澄清部分，其中包括三个小型发酵罐、澄清/纯化、干燥机和一个可编程逻辑控制器(PLC)滑块制球系统。由于客户需求的增加，达美尔决定将新工厂的产能扩大两倍。这就需要更多的发酵和下游加工设备。系统集成商被要求增加两个大型发酵罐，每个发酵罐的大小都是原来的两倍多，发酵能力几乎增加了两倍。

正如改造项目所预期的那样，波尔克指出，在将肯塔基州工厂上线的过程中存在几个技术挑战。“该项目的许多挑战来自于将研发过程从实验室环境转化为生产规模。选定的设施已被封存，因此现有的文件是不充分的，现有的设备并不是设计创建时的样子，”他说。“此外，我们试图在一个处于未知状态且有未记录的更改的系统上设计容量增加。”

工艺改进，研究，测试，修改

波尔克指出，这些发酵罐在没有自动化的情况下运行。波尔克说:“他们在史无前例的过程中手动操作。”“这是一个以前从未有人运行过的新过程，所以丹尼尔的科学家们经常进行修改。例如，Danimer维护团队可能会重新铺设管道并添加几个新阀门。Danimer不断改进工艺以提高产量和产量。”

Polk表示，在Danimer进行研究、测试和修改的同时，工程仍在继续进行容量增加三倍的项目，而系统集成商则确保新的变化成功地融入到设计中。团队“保持敏捷，继续推进设计并实现流程改进。”

受大流行影响的设备交货时间也是该项目面临的一个挑战。设计经常被修改以解决设备的可用性。

“这个项目的团队已经很敏捷，大流行只是增加了另一个层面。尽管有这些挑战，团队从未停止。他们一直在前进，一直在寻找解决方案，并让Danimer走上生产的轨道。”Polk说。

系统集成工程，安全，质量

将肯塔基州的工厂上线是一个非常受计划驱动的项目，这是一种约束，也是一种激励。

佩恩说:“我们将尽一切努力尽快完成这项工作，同时保持我们的安全和质量标准。”项目包括努力保持设计精简和低成本，同时利用良好的控制理论与设备知识相结合，并在第一个PHA工厂使用新兴自动化技术，开发控制方案。

凯伦·格里芬他是哈佛大学的副总裁哈格罗夫控制和自动化。哈格罗夫控制+自动化是一个CSIA认证会员．由Chris Vavra编辑，web内容经理，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:化工制造，系统集成

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参见//www.globalelove.com/system-integration/

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