Mehr Freiraum, mehr Flexibilität

Prozessautomation

Leitsysteme - Jurag Separation A/S, ein im Bereich der Trenntechnik tätiges Unternehmen, hat sich für eine einheitliche, skalierbare Batch-Lösung auf einer offenen Plattform entschieden: das Prozessautomatisierungs-System PlantPAx von Rockwell Automation.

28. August 2012

Einer visionären Idee verdankt das dänische Unternehmen Jurag Separation A/S seine Gründung 2001: ein Elektromembran-Trennverfahren zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit bei der mikrobiologischen Herstellung von Produkten für die Pharma-, Biotechnologie-, Nahrungsmittel-, Getränke- und Futtermittelindustrie. Dies führte anschließend zur Entwicklung der patentierten REED-Technologie (Reverse Electro-Enhanced Dialysis) von Jurag. Sie basiert auf einer speziellen Elektromembran-Trenntechnik, mit der sich komplexe Trennstufen realisieren lassen; das Resultat ist eine deutliche Steigerung der Produktionsausbeute.

Die Herausforderungen

»Bei uns wird jede einzelne App-likation exakt auf die Anforderungen des jeweiligen Kunden zugeschnitten«, erläutert Søren Peder-sen, Vorstandsvorsitzender der Jurag Separation A/S. »Wir gehen hierfür direkt zum Kunden und arbeiten Hand in Hand mit dessen Ingenieuren eine individuelle Lösung aus.« Sobald die Anforderungen des Kunden feststehen, vergibt Jurag Separation A/S den eigentlichen Bau an ein externes Unternehmen, das die Vorstellungen des Kunden in die Tat umsetzt.

Pedersen weiter: »Ein zentrales Element unserer Technologie ist es, unseren Prozess und unser Equipment über eine programmierbare Automatisierungssteuerung - Programmable Automation Controller – zum Laufen zu bringen. In der Vergangenheit haben wir Steuerungen von verschiedenen Zulieferern verwendet und mussten jedes Mal quasi von null anfangen. Schon bald aber wurde uns klar, dass es bezüglich des Kosten-, Zeit- und Entwicklungsaufwands wesentlich effektiver wäre, die Lösungen für alle Kunden auf der Basis einer einheitlichen Standardplattform zu realisieren.«

Jurag Separation A/S suchte deshalb nach einem Automatisierungs-Anbieter mit einem modularen System und einer Programmier-umgebung, die den aktuellen und künftigen Wünschen der Kunden gerecht werden kann, so vielfältig deren Applikationsanforderungen auch sein mögen. Die Wahl fiel daher auf Rockwell Automation. »Jetzt geht es für uns darum, auch die Programmierung weitgehend modular zu gestalten, damit wir nicht jedes Mal mit einem leeren Blatt beginnen müssen«, berichtet Pedersen.

Die REED-Technologie von Jurag Separation A/S wird für die Fermentierung und ähnliche Prozesse zur Trennung beziehungsweise Isolation geringer Mengen organischer Säuren verwendet. Sie fußt auf der Fermentierung von Starterkulturen, bei denen sich durch das Entfernen von Milchsäure während des Fermentierungsverfahrens erhebliche Ertragssteigerungen erzielen lassen.

Bei einer REED-Anlage handelt es sich um ein Modul in Gestellbauweise, in dem sich durch Abstandhalter getrennte Lagen von Ionen austauschenden Membranen befinden. Die Abstandhalter erleichtern den Durchfluss der Fermentationsbrühe zwischen den Mem-branenlagen. Wird an den REED-Stack ein elektrisches Feld gelegt, kann die Fermentationsbrühe den Stack passieren, während kleine geladene Moleküle die Brühe verlassen, wenn sie durch die Membran wandern und in den Dialysestrom eintreten. Größere oder nicht geladene Bestandteile wie etwa Proteine, Zucker, Zellen, Hefen und so weiter bleiben dagegen in der Fermentationsbrühe zurück.

Im Produktionsvorgang werden Mikroorganismen in einen Tank gegeben, dessen Temperatur und pH-Wert optimale Bedingungen für die Fermentierung bietet. Während die Organismen wachsen, erzeugen sie Milchsäure. Steigt der Milchsäuregehalt mit der Zeit an, wird das Medium schließlich so sauer, dass sich die Bakterien nicht mehr weiter vermehren können und der Tankinhalt das Limit seiner Produktionskapazität erreicht.

Mit jeder Tankfüllung kann somit stets nur eine bestimmte Menge produziert werden. »Die Funktion unserer REED-Technologie besteht nun darin, dass sie fortlaufend die überschüssige Milchsäure entfernt, was einen erheblich Produktivitätszuwachs bedeutet«, erläutert Pedersen. »Bei der Herstellung von Probiotika stellen wir häufig eine Steigerung des Ertrags um den Faktor zehn fest. Es war ebenfalls notwendig, erprobte Batch-Funktionen zu integrieren. Schließlich müssen wir in die Chargenprozesse eingreifen, damit die Integration unserer Technologie in bestehendes Equipment und Produktionsabläufe möglich ist.«

Es ist gängige Praxis, dass Fermentierungsverfahren unabhängig von den nachfolgenden Prozessschritten ablaufen. Sobald also ei-ne Charge komplett verarbeitet ist, wird sie an den nächsten Produk-tionsschritt weitergereicht. Mit der neuen Technologie und der Anbindung an eine erweiterte Batch-Lösung hingegen ist Jurag Separation jetzt auch in der Lage, das Potential eines kontinuierlichen Prozess anzubieten, der in die übrigen Produktionsabläufe eingebunden ist.

Die Jurag Separation strebte überdies an, ihre Präsenz in der pharmazeutischen Industrie auszuweiten. »Uns lag an einer Lösung, die in einer pharmazeutischen Produktionslinie eingesetzt werden kann. Dies war einer der Hauptgründe, uns für PlantPAx von Rockwell Automation zu entscheiden«, so Pedersen. »Mit diesem System können wir die in dieser Branche geforderte cGMP-Dokumentation bieten. Außerdem wollten wir eine einheitliche Lösung ohne Einschränkungen, die außerdem skalierbar sein sollte, denn wir entwickeln häufig Pilotanlagen, die später zu vollwertigen Maschinen für die Produktion ausgebaut werden. Angesichts der großen Zahl der Unternehmen, die die PlantPAx Suite bereits einsetzt, wussten wir, dass wir den richtigen Kurs eingeschlagen hatten.«

Die Lösung

Mit der Übergabe des »Wunschzettels« an Rockwell Automation verbunden war auch die Bitte nach einem guten Programmierer vor Ort. So kam der Kontakt zum dänischen Systemintegrator Vengcon zustande. Er übernahm die gesamte Programmierung. Jurag Separation A/S nutzte dies als Lernprozess, um später etwaige Modifikationen bei ihren Kunden in eigener Regie und ohne Zutun des Systemintegrators vorzunehmen.

»Dieses Konzept verleiht uns erheblichen Freiraum«, freut sich Pedersen. »Bei anderen Zulieferern waren wir oft an geschlossene Systeme gebunden, die beträchtlichen externen Input erforderten. Da aber viele der Prozesse, für die wir unsere Systeme entwerfen, neu sind oder neue Technologien enthalten, fallen nach der Inbetriebnahme durch unsere Kunden regelmäßig zahlreiche Modifikationen an. Für uns ist es deshalb wichtig, kleinere Änderungen ohne Zuhilfenahme von Dritten durchführen zu können.«

Jurag Separation A/S wollte möglichst viele standardisierte Plug-and-Play-Code-Elemente aus der PlantPAx-Bibliothek übernehmen, beispielsweise für pH-Sonden, Prozess-Messgeräte und so weiter. »Niemand sollte ein Gerät programmieren müssen, wenn es in der Bibliothek bereits fertigen Code gibt«, erklärt Pedersen. »Deshalb haben wir unsere Lösung weitestgehend auf Geräte gestützt, für die es in der PlantPAx-Bibliothek bereits Codes gab. Damit wollten wir in erster Linie Zeit sparen und unsere Systeme so offen und flexibel wie möglich machen, damit sie von anderen mit einer standardmäßigen, benutzerfreund-licheren Umgebung eingesetzt werden können. Hinsichtlich der Programmierung fördern PlantPAx und die dazugehörige Bibliothek zudem eine einfachere Einbindung in bestehende Systeme, zum Beispiel S88.«

Die Ergebnisse

»Das System, das wir gebaut haben, unterscheidet sich sehr von denen, die wir unter Verwendung anderer Software- und Hardware-Zulieferer realisiert haben«, resümiert Pedersen. »Den größten Vorteil sehen wir dabei in der Flexi-bilität, was wir eigenständig erle-digen können. Am neuen System nämlich können wir Änderungen bedeutend einfacher vornehmen als an den älteren, weniger offenen Lösungen. Außerdem ist die Software für Nichtprogrammierer wesentlich benutzerfreundlicher. Was die Leistungsfähigkeit im praktischen Einsatz angeht, ist es allerdings noch zu früh für stichhaltige Aussagen, denn wir befinden uns noch in der Lernphase.«

Pedersen lobt das äußerst gute Verhältnis zu Rockwell Automation und zum Systemintegrator. »Was mir wirklich gut gefällt, ist die Nachbereitung der kaufmännischen Aspekte. Fragen werden zügig beantwortet, und der Kundenservice von Rockwell Automation ist wirklich beeindruckend; insbesondere wenn man berücksichtigt, dass wir eigentlich ein recht kleiner Kunde sind.»

Abgerundet wurde das Angebotspaket von Rockwell Automation durch umfangreichen Input eines Global Process Technical Consultants, dem sogenannten GPTC, des Unternehmens. Er steuerte eine Menge fundierter Hilfestellungen insbesondere zum Batchsystem und zum Dokumentationssystem bei und förderte auch die Geschäftsbeziehung zwischen Jurag Separation A/S und Systemintegrator Vengcon.

Erschienen in Ausgabe: 05/2012