Un quadro computazionale adattabile e integrato per processi intensificati nel settore chimico e biochimico
Il quadro integrato al centro del progetto è stato applicato con successo in quattro processi industriali. Un processo di cristallizzazione farmaceutica, due processi di polimerizzazione (sospensione e sospensione inversa), un processo di ossidazione organica con processo di perossido di idrogeno e infine un sistema di produzione e purificazione di anticorpi monoclonali. Questo quadro ha reso più facile il raggiungimento dell’obiettivo finale di OPTICO, vale a dire l’ottimizzazione o/e la riprogettazione dell’attrezzatura esistente e la progettazione di un nuovo tipo di attrezzatura modulare per lo sviluppo di processi dinamici, adattabili e flessibili. Un’importante innovazione di OPTICO è stata l’istituzione di un quadro completo di integrazione dei processi (Process Integration, PI) di strumenti di modellazione, simulazione, ottimizzazione e controllo e strumenti di monitoraggio online e analisi dei processi che possono essere usati in una serie di attività di ingegneria dei processi computerizzata. “L’integrazione dei processi è il percorso tecnologico chiave per migliorare drasticamente la sostenibilità del processo chimico e biofarmaceutico, sostituendo l’attuale attrezzatura inefficiente con nuove operazioni intensificate,” ha spiegato il coordinatore del progetto, il prof. Costas Kiparissides. La PI comprende lo sviluppo di nuove attrezzature e nuovi metodi di produzione che possono apportare significativi miglioramenti nella produzione e nella lavorazione e portare a ritmi di produzione più sicuri, più puliti, più brevi e più economici. “OPTICO si proponeva di ampliare l’attuale stato dell’arte dei sistemi di modellazione multiscala di sistemi chimici e biochimici integrando modelli a varie scale spaziotemporali in un quadro computazionale unificato,” ha spiegato il prof. Kiparissides. Da una prospettiva pratica, OPTICO ha scelto quattro tecnologie abilitanti chiave come mezzi per facilitare e mettere in risalto i vantaggi del suo nuovo quadro per i suoi quattro processi chimici/biochimici selezionati. I sensori online sono stati integrati nei processi industriali selezionati per il monitoraggio in tempo reale della qualità del prodotto e la loro solidità è stata valutata mediante l’implementazione di tecnologie di sensori complementari. Sono stati sviluppati nuovi approcci per la calibrazione in linea e le procedure di correzione di deriva per evitare elaborate procedure di calibrazione pre e post processo dei sensori. In secondo luogo, il progetto ha implementato una piattaforma di tecnologia analitica di processo (Process Analytical Technology, PAT) ai processi industriali selezionati per l’interpretazione dei dati dei sensori, l’analisi inferenziale e il controllo di parametri di processo chiave, come la distribuzione delle dimensioni delle particelle e dei cristalli e la loro morfologia, composizione e grado di agglomerazione. La terza tecnologia abilitante consisteva in librerie di modelli multiscala e multifase per la simulazione dei processi chimici/biofarmaceutici selezionati. Le librerie comprendevano modelli a diverse lunghezze/tempi ed è stata adottata una struttura modulare generica in modo da poter generare un’ampia gamma di processi modificando poco o per niente i modelli di libreria sviluppati. Infine, sono stati sviluppati validi strumenti di controllo predittivo di modello (MPC) e controllo di processo non-lineare (NPC) esplicito/multi-parametrico. Sono stati usati metodi efficaci di ottimizzazione dinamica e controllo predittivo di modello per determinare le politiche di controllo ottimali al fine di migliorare la qualità del prodotto, massimizzare la produttività dell’impianto e ridurre al minimo la produzione di prodotti fuori norma. Il progetto è stato un grande successo. “La commercializzazione dei risultati più promettenti è già stata avviata dai partner industriali mediante lo sviluppo di nuovi processi e prodotti intensificati,” spiega il prof. Kiparissides. OPTICO ha coinvolto due PMI rappresentanti diversi settori industriali (FIBRE PHOTONICS e CHROMACON) per lo sviluppo del quadro. “La collaborazione con le PMI è importantissima perché sono loro le forze motrici che stanno dietro allo sviluppo di nuovi mercati e hanno un ruolo chiave per lo sviluppo di processi chimici e biochimici intensificati,” ha dichiarato il prof. Kiparissides. In generale il prof. Kiparissides ritiene che la PI offra opportunità concrete ad aziende chimiche e biochimiche e che i risultati ottenuti da OPTICO renderanno più forte la posizione competitiva globale dell’Europa per quanto riguarda queste industrie di primaria importanza rispettando allo stesso tempo l’ambiente.
Parole chiave
OPTICO, quadro integrato, modellazione multiscala, integrazione dei processi, PI, efficienza energetica, ottimizzazione
