Kontekst klienta
Żywice fenolowo-formaldehydowe (novolaki i rezole) powstają w reaktorze w wyniku reakcji fenolu z formaldehydem, w obecności katalizatora i podwyższonej temperatury, a następnie trafiają jako spoiwo do płyt drewnopochodnych, materiałów ściernych, laminatów i odlewnictwa. O jakości żywicy decyduje przebieg polikondensacji, przede wszystkim stosunek formaldehyd/fenol oraz poziom nieprzereagowanego, wolnego fenolu na końcu reakcji.
To właśnie wolny fenol jest tu parametrem krytycznym. Z jednej strony decyduje o reaktywności i powtarzalności żywicy u odbiorcy, z drugiej jest substancją z listy kandydackiej SVHC (ECHA), więc odbiorcy coraz częściej wymagają udokumentowania jego poziomu w każdej partii. Problem w tym, że dotąd można było go zmierzyć dopiero po fakcie.
Wyzwanie
- Stosunek formaldehyd/fenol zmienia się w trakcie reakcji i różni między partiami, co przekłada się na zmienną reaktywność żywicy u klienta.
- Wolny fenol oznaczano laboratoryjnie metodą HPLC, z czasem 20–40 minut plus przygotowanie próbki. Reakcja w tym czasie biegła dalej, a decyzja zapadała po fakcie. Przereagowanie oznaczało partię do utylizacji.
- Medium reaktora, gęste, lepkie i z osadami, zalepiało okno pomiarowe i eliminowało klasyczne sondy procesowe.
- Rosnące wymagania odbiorców i presja regulacyjna (fenol jako SVHC) wymuszają dokumentowanie poziomu wolnego fenolu dla każdej partii.
Rozwiązanie
Zastosowaliśmy analizator Spectrally™ X1 INLINE z sondą zanurzeniową X1 PROBE, wyposażoną w samoczyszczący, wycofywany moduł (Retractex). Moduł działa cyklicznie: sonda wycofuje się z medium, okno optyczne zostaje przepłukane, po czym sonda wraca do pozycji pomiarowej. Dzięki temu soczewka nie zalepia się osadami, a analizator pracuje w sposób ciągły, bez ręcznego czyszczenia w trakcie kampanii produkcyjnej. To ten mechanizm sprawia, że pomiar w gęstej, zarastającej żywicy fenolowo-formaldehydowej jest w ogóle możliwy.
Sonda mierzy wolny fenol, a także formaldehyd i stosunek formaldehyd/fenol, bezpośrednio w reaktorze, w czasie rzeczywistym i bez poboru próbek. Model interpretujący zależności wynikające z widma Ramana dostroiliśmy do procesu klienta, dzięki czemu operator widzi moment osiągnięcia punktu końcowego reakcji i zatrzymuje ją bez ryzyka przereagowania, zamiast czekać kilkadziesiąt minut na wynik z laboratorium.
Wyniki
| Metryka | Wynik |
|---|---|
| Zwrot z inwestycji (payback) | około 6,5 miesiąca, jeden z najszybszych w naszym portfolio |
| Oszczędności roczne | +180 000 EUR |
| Czas uzyskania wyniku | w czasie rzeczywistym, zamiast 20–40 min analizy laboratoryjnej |
| Sterowanie procesem | automatyzacja punktu końcowego polikondensacji |
| Powtarzalność partii i OEE | poprawa |
Wartości pochodzą z konkretnego wdrożenia w segmencie żywic i chemii ciągłej i są dla niego specyficzne. Nie należy ich przenosić na inne procesy.
Co to oznacza dla Państwa procesu
Jeśli prowadzą Państwo polikondensację żywic fenolowo-, mocznikowo- lub melaminowo-formaldehydowych i sterują reakcją na podstawie opóźnionych wyników laboratorium, ten sam schemat pomiaru pozwala przenieść kontrolę punktu końcowego wprost do reaktora. Korzyść jest potrójna: krótsza i pewniejsza reakcja (mniej partii off-spec i mniej przereagowanych wsadów), bieżąca dokumentacja poziomu wolnego fenolu i formaldehydu pod wymagania odbiorców i przepisy (SVHC, normy emisji), oraz pomiar działający tam, gdzie klasyczne sondy zarastają.
Najpewniejszą drogą weryfikacji na konkretnym medium jest krótkie studium wykonalności na realnych próbkach z danego procesu.
