Over de Klant
DuPont de Nemours Inc., een wereldleider in speciale chemicaliën en geavanceerde materialen, heeft meerdere productiefaciliteiten in de VS die op polymeren gebaseerde producten verwerken met pigmenten en andere fijne poeders. Deze activiteiten vereisen een nauwkeurige materiaalverwerking, hoogwaardige dispersie en een strikte controle van de productkwaliteit en -consistentie. In de pigmentindustrie staat DuPont bekend om zijn technische innovatie en procesdeskundigheid, die de ontwikkeling mogelijk maken van geavanceerde coatings, kleurstoffen en polymeercomposieten die worden gebruikt in de auto-industrie, de industrie en consumententoepassingen.
Uitdaging
Een grote uitdaging op de locatie van DuPont USA was het beheren van de aanzienlijke hoeveelheden fijn pigmentstof die vrijkwamen tijdens het voeden, extruderen en verwerken van materiaal, zonder overmatig productverlies of operationeel risico. Belangrijke aandachtspunten waren de veiligheid van het milieu, de operator en de apparatuur, maar ook het minimaliseren van economisch verlies door te voorkomen dat waardevolle pigmentdeeltjes te veel worden geëxtraheerd en verloren gaan in het filtratiesysteem.
Productopbrengst: Verlies van product (pigment) door ongecontroleerde of overmatige extractie (overextractie*) leidde tot direct financieel verlies (~$300.000/jaar).
Explosieveiligheid: Productverlies (pigment) door ongecontroleerde of overmatige extractie leidde tot direct financieel verlies (~$300.000/jaar).
Onevenwichtig systeem: Ongebalanceerde extractie leidde tot onstabiele processen, opbrengstverlies, meer stilstand en onderhoud.
Uitstoot binnen: Overmatige stofemissies compromitteerden de luchtkwaliteit en zorgden voor meer vervuiling en reinigingsinspanningen.
Wat is overextractie?
Overextractie verwijst naar de onbedoelde verwijdering van waardevolle pigmentdeeltjes of fijne poeders uit een productieomgeving als gevolg van een overmatige luchtstroom of afzuiging binnen het afzuigsysteem. Bij de productie en verwerking van pigment treedt dit op wanneer luchtstromen met hoge snelheid uit afzuigkappen, kanalen of filtratie-units het product wegtrekken uit de bedoelde processtroom, wat leidt tot meetbaar productverlies, een lagere opbrengst en hogere operationele kosten. Overextractie wordt vaak veroorzaakt door een slecht gebalanceerd ventilatieontwerp of te agressieve instellingen voor stofbeheersing en kan zowel de efficiëntie als de productkwaliteit negatief beïnvloeden.
Aanpak van JOA
Wanneer voor een standaard stofafzuigsysteem wordt gekozen, gokken fabrikanten met het veiligstellen van de prestaties. Omdat het bestaande afzuigsysteem bij DuPont ondermaats presteerde, kregen ze te maken met instabiele processen, onvoorspelbare stilstand, hogere onderhoudskosten en rendementsverlies. Daarom namen ze contact op met JOA, die met hun bewezen aanpak kwam:
Pre-engineering studie:
Om te beginnen voerde JOA een Pre-Engineering Study uit, in nauwe samenwerking met het team van DuPont USA, om de stofuitstootproblemen ter plaatse te beoordelen. Het doel was om de hoofdoorzaken te identificeren, technologische opties te evalueren en de reikwijdte van het project te bepalen.
- Modellering van elk potentieel afzuigpunt op twee productielijnen met behulp van JOA’s eigen Air Technical Model, dat specifiek is afgestemd op het gedrag van fijne pigmenten.
- Simuleren van luchtstroomvereisten om een effectieve stofafzuiging te garanderen zonder overextractie te veroorzaken.
- Uitgebreide validatie en iteratie tijdens pre-engineering (of FEED) en inbedrijfstelling zorgden ervoor dat er minimale waardevolle pigmentbronnen verloren gingen aan het ontstoffingssysteem, wat direct leidde tot berekenbare jaarlijkse besparingen.
Ontwerp en engineering:
Het systeem is ontworpen op basis van pre-engineeringgegevens om een balans te vinden tussen stofbeheersing, procescontinuïteit en productbehoud, waarbij een nauwkeurig luchtstroom- en veiligheidsontwerp de prestaties garandeert zonder dat dit ten koste gaat van de opbrengst.
- Het pre-engineeringonderzoek identificeerde overextractiepunten met een hoog risico. Deze werden aangepakt door een combinatie van:
- Geometrie van de kap
- Restrictor afstellen
- Intelligente automatiseringsbesturing
- Gecombineerde afzuigpunten, zoals bij trilgoten en trechters, om te voorkomen dat een geconcentreerde luchtstroom pigment uit het proces trekt.
- Op maat gemaakte Deflector-afzuigkappen bij kritische processtappen zoals voeden en wegen. Deze afzuigkappen zorgen voor een zeer efficiënte stofinsluiting met minimale insleep van pigmentmateriaal.
- ATEX-veiligheid door optionele explosiebeschermingsfuncties:
- Geleidend, geaard leidingwerk van gegalvaniseerd of ongecoat staal
- Antistatische filterpatronen
- ATEX-gecertificeerde roterende kleppen, barstschijven en vlamloze ontluchting
- Aarding en antistatische maatregelen
Systeemrealisatie:
In de realisatiefase installeerde en balanceerde JOA een op maat gemaakt extractiesysteem, afgestemd op de procesbehoeften van DuPont onder wisselende operationele omstandigheden.
- Een uitgebalanceerd systeem van 21 afzuigpunten, met 20 restrictors geïnstalleerd om de luchtstroom precies af te stellen op elke locatie, waardoor een drukbalans binnen 1 Pascal wordt bereikt.
- Geautomatiseerde kleppen en VFD (Variable Frequency Drive)-regelingen op de belangrijkste afzuigventilatoren maakten het mogelijk om de luchtstroom in realtime aan te passen op basis van de werking van de lijn (bijv. schakelen tussen modi met één lijn en met twee lijnen).
- Dit zorgde voor een energiezuinige werking terwijl overmatige afzuiging, die zou kunnen leiden tot overextractie van pigment, werd vermeden.
- Geïntegreerde lucht- en deflectorontluchting om de lokale luchtstroom nauwkeurig af te stellen en het risico op overextractie te verminderen.
*Gecontroleerd: de transportsnelheden bleven binnen het veilige V₀Crit™-bereik, waardoor stof in de lucht kon worden afgezogen terwijl onbedoelde pigmentverwijdering werd voorkomen.
Resultaat & Oplossing
Veiligheid, efficiëntie en grote productbesparingen.
- Dankzij het nieuwe centrale ontstoffingssysteem kon DuPont voldoen aan de strenge blootstellingslimieten voor stof op de werkplek (<5 mg/m³, 8 u TWA) met een drastisch verminderde handmatige reiniging.
- Elimineerde overextractie van fijn pigmentpoeder, wat voorheen tot 300.000 dollar per jaar kostte. De luchttechnische balans van het ontwerp, de deflectorkappen en de regelbare afzuigsnelheid zorgden ervoor dat stof- en pigmentemissies alleen werden opgevangen waar dat nodig was, niet op plaatsen waar het waardevolle producten meenam.
- De productiviteit van de machinist en de uptime van de apparatuur namen toe dankzij de verbeterde werkomgeving en minder frequente stops en vervuiling.
- Het systeem is klaar voor de toekomst om te voldoen aan explosieveiligheid, procesveranderingen en operationele flexibiliteit, met eenvoudige aanpassing van afzuigsnelheden en ventilatorsnelheid indien nodig.
- De balancering van het systeem en de automatisering van de VFD-ventilatoren beperkten het energieverbruik en het geluid tot het minimum dat vereist is voor de procesveiligheid en de stofverwerking.
- De vereisten voor huishoudelijk onderhoud en routinematige reiniging van stofresten daalden aanzienlijk, waardoor de OPEX en de veiligheid verder verbeterden.
Belangrijkste technische punten
- 21 afzuigpunten, 20 restricties voor 1 Pa-balans.
- Nauwkeurige luchttechnische modellering voor alle stofbronnen (vooral pigment).
- Deflectorkappen en ontluchters, op maat ontworpen voor elke toepassing.
- Dankzij het systeem met twee koppen kan elke lijn werken met aangepaste afzuigsnelheden en onafhankelijke uitschakelingen.
- Geautomatiseerde kleppen en VFD-ventilator maken een dynamische, geoptimaliseerde regeling mogelijk.
- Geoptimaliseerde selectie van materialen en apparatuur voor explosieveiligheid.
- Ingebouwde flexibiliteit voor meer procescapaciteit of veiligheidsupgrades.
- Ondersteund door gevalideerde luchttechnische modellen
Conclusie
Door een geïntegreerde aanpak en het combineren van luchtstroommodellen om het ontwerp te valideren, was JOA in staat om een geoptimaliseerde oplossing te bieden, inclusief: Kap- en restrictorontwerp, ventilatorautomatisering en rigoureuze explosieveiligheidstechniek. Hiermee werden de pigmentstofafzuigingsproblemen van DuPont in hun fabriek in de VS opgelost.
De goed doordachte oplossing bracht de luchtsnelheden nauwkeurig in balans, beschermde de operators, beheerste de risico’s op brandbaar stof en maakte jaarlijkse kostenbesparingen tot $300.000 mogelijk door verlies van te veel onttrokken waardevol pigment te voorkomen. De flexibiliteit van het systeem zorgt ervoor dat DuPont zich snel kan aanpassen aan productieveranderingen of toekomstige wettelijke vereisten en het project is een benchmark voor hoogwaardige, veiligheidsgerichte industriële ontstoffing in de chemische industrie en in het bijzonder in de pigment- en polymeersector.
