OTTIMIZZAZIONE DEI CONSUMI DI AZOTO PER LA MICRONIZZAZIONE

AZIENDA: Olon S.p.A. Gruppo Chimico: P&R GB: Fascella Simone UN PROGETTO DI EFFICIENZA ENERGETICA REALIZZATO CON IL s SIGMA 3 Workshop SPICE3-6 Maggio 2014 OTTIMIZZAZIONE DEI CONSUMI DI AZOTO PER LA MICRONIZZAZIONE

Olon Olon è una società del Gruppo Chimico, holding delle società: Fidia Farmaceutici Olon SIR Industriale I prodotti di Olon sono principi attivi (API) o intermedi di principi attivi per antibiotici, antivirali, antitumorali. Definizione del processo: il processo all oggetto del presente studio riguarda la micronizzazione di polveri presso uno stabilimento Olon.

Micronizzazione: cos è? La micronizzazione è un operazione di macinazione utilizzata per ridurre un prodotto solido in polveri molto sottili mediante un flusso di gas (azoto) in pressione. Lo strumento utilizzato per la micronizzazione si definisce micronizzatore. La dimensione del prodotto micronizzato è espressa dalla sua granulometria, che si misura in micron [mm]. Lo strumento utilizzato per la rilevazione della granulometria è detto granulometro.

Impianto di micronizzazione SACCO CICLONE COCLEA FUSTINO FQI AZOTO EIETTORE PI VALVOLA MANUALE PI MANOMETRO MICRONIZZATORE PI FQI TOTALIZZATORE Il consumo totale di azoto, espresso in chilogrammi [kg], è letto come differenza al totalizzatore fra il valore ad inizio erogazione e quello al suo termine. La regolazione delle portate di azoto alla camera di macinazione ed all eiettore avviene mediante valvole manuali e supporto dei manometri di linea.

Definizione del problema DEFINE Presso lo stabilimento sono presenti 2 micronizzatori di 2 fornitori differenti (indicati nel seguito come G ed E), che presentano medesime caratteristiche di progetto. Definizione del problema: è stata riscontrata una significativa differenza fra i consumi di azoto dei 2 micronizzatori Obiettivo del progetto: verificare la reale differenza fra i consumi di azoto dei 2 micronizzatori e portarli a lavorare nelle medesime condizioni Ring: il perimetro del progetto è limitato ai consumi del serbatoio di azoto di stabilimento nella frazione dedicata alla micronizzazione

Business Case DEFINE A parità di condizioni operative, di prodotto e di granulometria iniziale e finale, si identifica nel micronizzatore E quello maggiormente dispendioso. Si prevede che la riduzione di azoto del 30% sul micronizzatore E (per portare i 2 micronizzatori nelle medesime condizioni di esercizio) comporterà un risparmio economico del 10% sui costi di azoto annuo dello stabilimento. Beneficio finanziario: ci si attende un beneficio di circa 25.000 Euro/anno.

Team di progetto DEFINE Viene di seguito indicato il team di cui si avvale il progetto: Sponsor: Corporate Engineering Director Green Belt: Simone Fascella Corporate Project Engineer Team members: Direttore di stabilimento Responsabile Utilities di stabilimento Responsabile Produzione di stabilimento Proprietario del Processo: Responsabile Produzione di stabilimento

SIPOC DEFINE Per descrivere correttamente il processo, si disegna una mappa del processo di alto livello, che identifica fornitore, input, processo, output e cliente. Produzione Utilities Solidi in polvere Consumo di azoto Micronizzazione di polveri Prodotto micronizzato Bolletta Produzione Cliente esterno Cliente esterno Specifiche di granulometria

VOC DEFINE La VOC è la voce del Cliente, ovvero l insieme delle problematiche sollevate dal cliente sul processo in esame. È stata sollevata un unica VOC: il micronizzatore E consuma più azoto del micronizzatore G Cliente: la produzione Olon. Analisi della VOC: a parità di prodotto e condizioni operative, esiste una sostanziale differenza fra i consumi di azoto dei 2 micronizzatori sui prodotti che richiedono una granulometria finale inferiore ai 20 mm. Si identifica nel micronizzatore E quello maggiormente dispendioso.

CTQ DEFINE La CTQ è la richiesta del cliente tradotta in termini critici per il processo. La CTQ deve essere SMART (specifica, misurabile, raggiungibile, rilevante, temporalmente spendibile). Vengono identificate 2 CTQs: consumi di azoto granulometria del prodotto finito Poiché il prodotto finito rientra sempre in specifica di granulometria, la CTQ presa a riferimento sono i Consumi di Azoto Definizione operativa: misura dell azoto consumato mediante i 2 totalizzatori installati a monte di ciascuna linea Tipologia di dato: misura espressa in chilogrammi [kg]

Sintesi della fase di DEFINE DEFINE Si riporta a sintesi il Project Charter aggiornato al termine della fase di DEFINE. MEASURE

Data Collection Plan MEASURE La prima fase di un programma di miglioramento di qualità consiste in una sistematica raccolta di dati, per ottenere informazioni appropriate, strutturate e storicizzabili. I dati di cui sopra devono essere: rappresentativi del problema (devono evidenziare le differenze fra i consumi di azoto dei 2 micronizzatori) sufficienti a manifestare l intera gamma delle condizioni effettive del processo. Le misure verranno effettuate con frequenza giornaliera. Si prospetta un periodo di raccolta dati della durata di 1 mese.

Raccolta dei dati Di seguito viene riportata la tabella di raccolta dati compilata. Il prodotto è stato trattato su entrambi i micronizzatori. MEASURE

CTQ Consumi di Azoto MEASURE Si evidenzia la distribuzione dei consumi specifici di azoto attraverso un graphical summary, stratificando per micronizzatore Summary for kg azoto / kg prodotti MODELLO MICRONIZZATORE = G Summary for kg azoto / kg prodotti MODELLO MICRONIZZATORE = E A nderson-darling Normality Test A -Squared 0,31 P-V alue 0,524 A nderson-darling Normality Test A -Squared 0,34 P-V alue 0,460 Mean 8,4832 StDev 2,1455 V ariance 4,6032 Skew ness 0,332766 Kurtosis -0,743120 N 22 Mean 10,095 StDev 2,442 V ariance 5,962 Skew ness -0,17741 Kurtosis -1,22683 N 19 6 8 10 12 14 Minimum 4,7309 1st Q uartile 6,8734 Median 8,3053 3rd Q uartile 10,2547 Maximum 12,2938 95% C onfidence Interv al for Mean 6 8 10 12 14 Minimum 6,323 1st Q uartile 7,975 Median 9,953 3rd Q uartile 12,153 Maximum 13,640 95% C onfidence Interv al for Mean 95% Confidence Intervals 7,5319 9,4345 95% C onfidence Interv al for Median 7,0169 9,4692 95% C onfidence Interv al for StDev 95% Confidence Intervals 8,918 11,272 95% C onfidence Interv al for Median 8,729 11,973 95% C onfidence Interv al for StDev Mean 1,6506 3,0661 Mean 1,845 3,611 Median Median 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 Il micronizzatore G ha consumi specifici medi inferiori ed una variabilità più ristretta: il micronizzatore G appare migliore del micronizzatore E. Nulla si può dire a riguardo della distribuzione normale dei dati (N<30).

Percent Percent Verifica della normalità dei dati MEASURE Per entrambi i micronizzatori si verifica la normalità dei dati, ipotesi fondamentale per successive eventuali analisi statistiche. Probability Plot of kg azoto / kg prodotti Micro G - Normal Probability Plot of kg azoto / kg prodotti Micro E - Normal 99 95 90 Mean 8,483 StDev 2,146 N 22 RJ 0,985 P-Value >0,100 99 95 90 Mean 10,09 StDev 2,442 N 19 RJ 0,979 P-Value >0,100 80 80 70 60 50 40 30 70 60 50 40 30 20 20 10 10 5 5 1 4 6 8 10 kg azoto / kg prodotti 12 14 1 5,0 7,5 10,0 12,5 kg azoto / kg prodotti 15,0 In entrambi i casi il valore del pvalue (> 0,05) conferma la normalità dei dati

Calcolo del Process s MEASURE L obiettivo postosi è quello di portare il micronizzatore E a lavorare nelle medesime condizioni del micronizzatore G. Si stabilisce pertanto, in accordo con lo sponsor, di considerare come limite di specifica superiore (USL) il valore massimo del consumo di azoto del micronizzatore G (12,29 kgn2/kgprodotto) maggiorato di un margine di sicurezza del 10%: 13,52 kgn2/kgprodotto. Dalle tavole della normale standardizzata si ricava: Rendimento Micronizzatore G: h = (100-0,96)% = 99,04% Dalle tabelle Ps 3,85 Micronizzatore E: h = (100-8,07)% = 91,93% Ps 2,90

Individual Value Individual Value Stabilità del processo MEASURE Attraverso l uso delle control chart si verifica la risposta del processo (VOP) alla VOC VOP I Chart of kg azoto / kg prodotti Micro G I Chart of kg azoto / kg prodotti Micro E 16 14 UCL=14,57 18 16 UCL=16,88 12 14 10 8 6 _ X=8,48 12 10 8 6 _ X=10,09 4 2 1 3 5 7 9 11 13 Observation 15 17 19 21 LCL=2,40 4 2 1 3 5 7 9 11 Observation 13 15 17 19 LCL=3,31 Non essendoci punti esterni ai limiti di controllo, il processo può considerarsi stabile per entrambi i micronizzatori. ANALYZE

kg azoto / kg prodotti Test delle ipotesi ANALYZE Le distribuzioni normali dei consumi specifici di azoto ai 2 micronizzatori consentono di effettuare un 2-sample t Test: lo scopo è quello di verificare se i 2 campioni sono riconducibili a popolazioni differenti. 14 Boxplot of kg azoto / kg prodotti 13 12 11 10 9 8 7 6 5 E MODELLO MICRONIZZATORE G Pvalue < 0,05: le medie dei consumi di azoto ai 2 micronizzatori sono statisticamente differenti

Metodo di Ishikawa: cause radici ANALYZE DIAGRAMMA FISHBONE MISURA MATERIALI PERSONALE Totalizzatori di azoto differenti (modello, fondo-scala, etc...) Calo di pressione del serbatoio dell'azoto a seguito di apertura di altre utilities Azoto alimentato mediante tubazioni di differente diametro Scarsa manutenzione (verifica stato di valvole, tarature manometri, etc...) Utilizzo di flessibili di materiale differente per l'alimentazione dell'azoto (es. gomma al posto di acciaio) Errate regolazioni delle portate di azoto (errate aperture delle valvole manuali) Scarsi controlli sulla granulometria finale (consumo di azoto superiore a quanto necessario) Mantenimento dell'azoto aperto anche in assenza di micronizzazione (es. carico polvere iniziale, pausa mensa, etc...) Assenza di controllo del mantenimento di pressione costante all'eiettore ed al micronizzatore durante la micronizzazione Differenti condizioni di temperatura nei 2 ambienti Differenti condizioni di umidità nei 2 ambienti Inadeguata formazione del personale Mancanza di rotazione del personale (se sullo stesso micronizzatore operano sempre gli stessi operatori) DIFFERENZE NEI CONSUMI DI AZOTO Differenti coclee a monte dei micronizzatori Differenti cicloni a valle dei micronizzatori (filtri a manica inadeguati alle portate di azoto) Differenti alimentazioni dell'azoto ai 2 micronizzatori Differente disposizione degli ugelli all'interno dei micronizzatori Differenti ugelli fra i 2 micronizzatori AMBIENTE METODI MACCHINE

Principali cause radici ANALYZE Attraverso l assegnazione di un punteggio da parte dei membri del team, si individuano le cause radici su cui intervenire: a) Ugelli del micronizzatore E b) Controllo della granulometria finale c) Controllo della regolazione dell azoto d) Rotazione del personale operatore IMPROVE

Proposta delle soluzioni Sempre in fase di brainstorming del team, si identificano delle proposte di soluzione per le 4 cause radice precedentemente individuate. IMPROVE A. Ugelli del micronizzatore E Comparare gli ugelli dei 2 micronizzatori in termini di direzione di flusso e di tipologia B. Controllo della granulometria del prodotto finito Maggior numero di controlli del valore di granulometria al fine di terminare la micronizzazione non appena venga superata la soglia di specifica finale minor consumo di azoto. C. Controllo della regolazione dell azoto Maggior controllo dei 2 manometri presenti sull impianto al fine di correggere le portate in concomitanza con eventuali cali di pressione. D. Rotazione del personale operatore Rotazione del personale fra le 2 macchine al fine di ridurre la dipendenza dei risultati della micronizzazione dall operatore.

BASSO benefici ALTO Selezione delle soluzioni IMPROVE Al fine di individuare gli interventi migliori si riassumono le proposte di soluzione in una matrice decisionale. Maggior numero di controlli sulla granulometria del prodotto Rotazione del personale Interruzione dell azoto quando non si micronizza Controllo della pressione dell azoto Sostituzione degli ugelli del micronizzatore E Modifica degli ugelli del micronizzatore E Solo se la pressione dell azoto al micronizzatore è inferiore a quella di rete (8 barg) BASSO impegno ALTO

Piano di implementazione IMPROVE Vengono consegnate ai gestori dell impianto una serie di istruzioni, con l indicazione che vengano rese da subito operative. A seguito della loro implementazione, si invita quindi la produzione ad una nuova raccolta di dati secondo il Data Collection Plan già utilizzato e descritto in fase di Measure. CONTROL

Piano di controllo È finalizzato a controllare l implementazione delle soluzioni riducendo le interferenze al processo COSA FREQUENZA STRUMENTO CONTROL granulometria delle polveri in micronizzazione pressione all eiettore ogni 2 ore ogni 30 minuti granulometro Malvern manometro su linea azoto all eiettore pressione al micronizzatore ogni 30 minuti manometro su linea azoto al micronizzatore chiusura azoto all eiettore chiusura azoto al micronizzatore - a fine micronizzazione - in pausa - a fine micronizzazione - in pausa - valvola manuale - manometro - valvola manuale - manometro

Flow Chart CONTROL Inizio processo apro valvola azoto micronizzatore chiudo valvola manuale azoto regolo valvola manuale azoto NO SI NO azoto eiettore chiuso? SI azoto micronizzatore chiuso? SI c è polvere in coclea? NO carico polveri in coclea apro valvola azoto eiettore imposto pressione azoto eiettore pressione a manometro corretta? NO ogni 30 minuti SI chiudo valvola manuale azoto NO vado in pausa (es. mensa o cambio turno)? SI NO imposto pressione azoto micronizzatore ogni 30 minuti pressione a manometro corretta? SI MICRONIZZAZIONE controllo granulometria granulometria finale in specifica? NO regolo valvola manuale azoto all inizio ogni 2 ore, poi ogni 30 minuti SI chiudo valvola azoto micronizzatore chiudo valvola azoto eiettore polvere da micronizzare terminata? SI NO Fine processo

CONTROL Standardizzazione: One Point Lesson Al fine di trasmettere le conoscenze acquisite al team di lavoro ed all azienda si riassumono le attività elencate in una ONE POINT LESSON

Determinazione dei saving CONTROL Vengono di seguito riportati i saving previsti a seguito dell applicazione del piano di implementazione, da consolidare a termine del progetto. Saving diretti: minor consumo di azoto al micronizzatore E. Si stima un risparmio economico annuo (sul totale delle polveri micronizzate sotto i 20 mm) di circa 20.000 Saving indiretti: riduzione del tempo di micronizzazione al micronizzatore E (rispetto delle quantità e dei tempi di consegna). Si stima un risparmio economico annuo di circa 12.000 Saving totali annui: 32.000 (pari a circa il 14% del costo annuo dell azoto consumato in stabilimento)

Sintesi del progetto CONTROL TITOLO: OTTIMIZZAZIONE DEI CONSUMI DI AZOTO PER LA MICRONIZZAZIONE PROBLEM STATEMENT E' stata riscontrata una significativa differenza fra i consumi di azoto di 2 micronizzatori (G ed E) nel caso di granulometria finale richiesta inferiore ai 20 mm. I 2 micronizzatori, di fornitori differenti, presentano identiche caratteristiche di progetto. BUSINESS CASE (Obiettivi e Impatti) Si prevede che la riduzione di azoto di circa l 8% sul micronizzatore E, per portare i 2 micronizzatori nelle medesime condizioni di esercizio, comporterà un risparmio economico totale (compreso della riduzione dei tempi di produzione) corrispondente al 14% sul costo di consumo di azoto annuo dello stabilimento. ROOT CAUSES (Analisi dei Fattori Critici) Sono state identificate dal team come cause radici del problema su cui intervenire: ugelli del micronizzatore E controllo della granulometria finale controllo della regolazione dell azoto rotazione del personale operatore SAVING (Risultati) I saving previsti a seguito dell applicazione del piano di implementazione sono riconosciuti in un valore totale di circa 32.000 /anno

UN PROGETTO DI EFFICIENZA ENERGETICA REALIZZATO CON IL s SIGMA 3 Workshop SPICE3-6 Maggio 2014 GRAZIE PER L ATTENZIONE