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Publicação
Improve spray dryer control strategy with redundant devices in order to avoid equipment interlock
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Resumo(s)
Hovione's pharmaceutical operations sector experienced in 2021 and 2022 several unexpected shutdowns. The parameter that led to more shutdowns was the oxygen concentration in Spray Dryers' gas circuit, resulting in estimated losses of around 560 000€. Aiming to mitigate this problem, this dissertation proposes a control strategy using redundant oxygen concentration measuring devices.
The initial step consisted in assessing the feasibility and redundancy of having two oxygen analyzers in the Spray Drying process. It was concluded that for a model equipment (Spray Dryer 84) having two oxygen analyzers was feasible and, due to their location, operating conditions, and output values behavior, they can be considered redundant. The subsequent step involved designing an enhanced control strategy capable of handling simultaneous readings from both analyzers during operation, as well as managing any signal loss from either analyzer. This strategy consisted in analyzing the discrepancy between the values and their comparison with the maximum value of oxygen concentration allowed. After the strategy development, it is expected that this strategy passes in software and real process tests.
Moreover, the objective is to apply the control strategy herein proposed to 12 additional Spray Dryers currently in operation at Hovione, which lack a redundant analyzer. To evaluate the required investment for this implementation and the most cost-effective oxygen analyzer under consideration: the paramagnetic or the tunable diode laser spectrometer, an economic analysis was performed. The conclusion was that the paramagnetic oxygen analyzer is the most suitable due to a 41.7% lower investment cost than the tunable diode laser spectrometer and greater compatibility with the process. In particular, the investment in the paramagnetic oxygen analyzer has a payback time of 8 months and a return on investment of 66%.
In conclusion, the improved control strategy herein developed makes it possible to reduce unexpected shutdowns, thus increasing process robustness, and importantly it can be extended to 12 additional Spray Dryer units currently in use at Hovione, offering a rea-sonable return on investment and a favorable pay-back time.
O sector de operações farmacêuticas da Hovione teve em 2021 e 2022 várias paragens inesperadas. O parâmetro que levou a mais paragens foi a concentração de oxigénio no circuito de gás do secador por atomização, resultando em perdas estimadas de cerca de 560 000€. Com o objetivo de mitigar este problema, esta dissertação propõe uma estratégia de controlo utilizando analisadores redundantes na medição da concentração de oxigénio. O passo inicial consistiu em avaliar a viabilidade e redundância de ter dois analisadores de oxigénio no processo de secagem por atomização. Concluiu-se que, para um equipamento (Secador por atomização 84), a existência de dois analisadores de oxigénio é viável e que, devido à sua localização, condições de operação e comportamento dos valores das medições, podem ser considerados redundantes. O passo seguinte consistiu em desenvolver uma estratégia de controlo, capaz de ter em conta leituras simultâneas de ambos os analisadores durante o funcionamento, bem como gerir eventuais perdas de sinal de qualquer um deles. Após o desenvolvimento da estratégia, espera-se que esta seja aprovada em testes de software e de processos reais. Além disso, o objetivo é aplicar a estratégia de controlo proposta em 12 secadores por atomização em funcionamento na Hovione, que não possuem um analisador redundante. Para avaliar o investimento necessário para esta implementação e o analisador de oxigénio mais rentável a considerar, considerando o paramagnético ou o espetrómetro laser de díodo sintonizável, foi feita uma análise económica. A conclusão foi que o analisador de oxigénio paramagnético é o mais adequado devido a um custo de investimento 41,7% inferior ao do espetrómetro e a uma maior compatibilidade com o processo. Em particular, o investimento no analisador paramagnético tem um tempo de retorno de 8 meses e um retorno de investimento de 66%. Em conclusão, a estratégia de controlo desenvolvida torna possível reduzir paragens inesperadas, aumentando assim a robustez do processo, e mais importante ainda, pode ser estendida a 12 unidades adicionais de secagem por atomização atualmente em uso na Hovione, oferecendo um retorno de investimento e um tempo de retorno favorável.
O sector de operações farmacêuticas da Hovione teve em 2021 e 2022 várias paragens inesperadas. O parâmetro que levou a mais paragens foi a concentração de oxigénio no circuito de gás do secador por atomização, resultando em perdas estimadas de cerca de 560 000€. Com o objetivo de mitigar este problema, esta dissertação propõe uma estratégia de controlo utilizando analisadores redundantes na medição da concentração de oxigénio. O passo inicial consistiu em avaliar a viabilidade e redundância de ter dois analisadores de oxigénio no processo de secagem por atomização. Concluiu-se que, para um equipamento (Secador por atomização 84), a existência de dois analisadores de oxigénio é viável e que, devido à sua localização, condições de operação e comportamento dos valores das medições, podem ser considerados redundantes. O passo seguinte consistiu em desenvolver uma estratégia de controlo, capaz de ter em conta leituras simultâneas de ambos os analisadores durante o funcionamento, bem como gerir eventuais perdas de sinal de qualquer um deles. Após o desenvolvimento da estratégia, espera-se que esta seja aprovada em testes de software e de processos reais. Além disso, o objetivo é aplicar a estratégia de controlo proposta em 12 secadores por atomização em funcionamento na Hovione, que não possuem um analisador redundante. Para avaliar o investimento necessário para esta implementação e o analisador de oxigénio mais rentável a considerar, considerando o paramagnético ou o espetrómetro laser de díodo sintonizável, foi feita uma análise económica. A conclusão foi que o analisador de oxigénio paramagnético é o mais adequado devido a um custo de investimento 41,7% inferior ao do espetrómetro e a uma maior compatibilidade com o processo. Em particular, o investimento no analisador paramagnético tem um tempo de retorno de 8 meses e um retorno de investimento de 66%. Em conclusão, a estratégia de controlo desenvolvida torna possível reduzir paragens inesperadas, aumentando assim a robustez do processo, e mais importante ainda, pode ser estendida a 12 unidades adicionais de secagem por atomização atualmente em uso na Hovione, oferecendo um retorno de investimento e um tempo de retorno favorável.
Descrição
Palavras-chave
Downtime IO Failure Oxygen Analyzer Redundancy Spray Drying Unexpected Shutdown