Scientists vs. Engineers или чертова дюжина «за» строительство пилотного завода
В нашем ARSKA-блоге мы начинаем рассуждать о необходимости создания пилотных установок, а также на множество других, не менее интересных вопросов.
Приглашаем вас погрузиться в завораживающий мир химии, технологии, оборудования, связанного с ними бизнеса и, как это ни грустно, вытекающих из них впоследствии экологических проблем, которые наша команда старается не только широко освещать, но, что самое важное, решать нетривиальным и наиболее рациональным способом.
Перед тем как рассуждать о необходимости пилотных заводов, приведем данные, которые прольют свет на вопрос: «Что такое пилотная установка?», а заодно покажет, чем она отличается от лабораторной установки и полноценного завода.
Впредь мы планируем ориентироваться на приведенную классификацию установок.
Такое деление весьма условно; в последующих публикациях мы постараемся разобраться, почему и для чего между пробиркой и заводом появляется еще одно звено, и насколько это оправдано.
В этот момент у многих могут появиться мысли, что пилотная установка – совершенно не musthave, что это источник колоссальных затрат (пускание денег на ветер) и все необходимые операции можно провести либо на лабораторном стенде (который зачастую лишь идея, чем полноценная установка), либо уже на производстве.
Однако перенос химических процессов из «пробирки» в промышленные масштабы не является простым линейным процессом. Может показаться, что соблюдение динамического сходства в процессе масштабирования, т.е. сохранение объемных скоростей смешения, температур, концентраций и пр. обеспечивает эквивалентность процессов, но это справедливо далеко не в каждом случае. Существует огромное число факторов масштабирования, неочевидных даже для опытного химика, но которые оказывают колоссальное влияние на проведение процесса.
Так, мы подводим к тому, что масштабирование химической технологии – комплексная задача, которая требует внимания не только со стороны химиков-разработчиков, но и со стороны опытных инженеров и технологов.
Кроме того, важно не просто знать КАК масштабировать, но и КОГДА. Масштабирование на ранних стадиях «жизни» технологии может оказаться полезным для выявления потенциальных проблем, сопряженных с лимитирующими факторами протекания реакций или общей работоспособностью технологии. В то же время слишком раннее масштабирование, когда еще велики риски, связанные с изменением процесса, таит в себе огромные и зачастую пустые временные и ресурсные затраты.
На самом деле, непосредственно масштабирование процесса производства – лишь одна из целей, оправдывающих необходимость пилотной установки.
Мы постарались разобраться и насчитали 13 причин в пользу строительства пилотных установок:
- Пилотный завод позволяет производить достаточное количество сырья и промежуточных продуктов, обеспечивая тем самым дальнейшую разработку проекта.
- Экспериментальные партии новых веществ необходимы для оценки свойств, токсикологических и клинических испытаний, изучения безопасности и стабильности и, в конечном итоге, для выведения их на рынок. Чаще всего несколько первых килограммов продукта самые сложные для выработки так как оптимальный способ производства еще не найден.
- Пилотное производство показывает, что технология может быть успешно масштабирована, результаты стабильны при продолжительной работе, а эффекты масштабирования, связанные со снижением скоростей подачи и смешения реагентов, не проявляются. Это наглядная демонстрация того, что ни одна важная деталь процесса не была упущена из виду.
- Позволяет оценить пригодность используемого сырья и реагентов.
- Дает возможность определить наилучшие пути обработки и анализа реактантов, промежуточных и целевых продуктов, стоков и сбросных газов.
- Позволяет оценить эффект накопления примесей в рециркулирующих потоках и прочие долговременные эффекты.
- Процесс эксплуатации пилотной установки показывает, насколько пригодны используемые материалы.
- С помощью полученных данных инженеры могут скорректировать материальные балансы и получить информацию о выходе продуктов и количестве стоков.
- Пилотная установка – это не только отработка оптимальных параметров и режимов, но и источник исходных данных на проектирование.
- Проектирование, строительство и эксплуатация пилотной установки позволяют более точно оценить капитальные и эксплуатационные затраты, а значит, повысить достоверность планируемого размера инвестиций.
- Работа на пилотной установке позволяет подготовить команду разработчиков к трансферу производства в коммерческие масштабы.
- Эксплуатация пилотной установки помогает разработать комплексный детальный регламент для реализации технологии в промышленном объеме.
- Новые производства всегда сопряжены с повышенной степенью риска. В этом смысле пилотная установка – панацея от головной боли заказчика и инвесторов, минимизирующая риски и финансовые потери.
Таким образом, строительство пилотных установок полностью себя оправдывает.
Сдвиг приоритетов, меняющиеся планы, добавление или исключение единиц продукции из производственного цикла, изменение способов синтеза… Пилотный завод имеет возможность адаптации под различные процессы с минимумом нового специального оборудования, но об этом читайте далее!