Вроде бы все понятно из названия, да? А раз понятно, казалось бы, так и чего трепаться? Однако санитары, когда освобождают меня из смирительной рубашки, советуют, чтобы я переносил травмирующий опыт на бумагу.
Штош, почему бы и нет.
За последний год наш скромный уютный стартап вместо кормления инвесторов обещаниями начал... просто кормить. Так что в какой-то момент мы получили некоторое предложение, из вида тех, от которого не отказываются. Экономические, логистические, юридические и иные -ические нюансы прошли мимо меня, оставив в сухом остатке простую и элементарно выполнимую задачу: за три месяца произвести массу белкового экстракта, пригодного для приготовления одной тонны текстурированного продукта.
Чтобы представить масштабы геморроя, скажу, что для химпрома прыжок с лабораторных масштабов до тоннажных обычно занимает долгие годы. Разработка пилотного производства хотя бы до оптимизации, отладки и получения воспроизводимых результатов в объемах до тонны занимает до года. В лучшем случае. В лучшем, блен, случае, чёртовы вы болтуны на менеджерах!.. Ай-яй, ну не стукай, все-все-все, я уже спокойный и пишу дальше.
Забегая вперед, могу сказать, что все у нас получилось, но как же это было больно и тяжело. О некоторых моментах я все еще предпочитаю рассказывать матом, но все же попробую собрать как наши косяки, так и наши озарения в хоть сколько-то связный для изложения текст. Текст, который будет звучать как послание от наполовину поседевшего и измученного меня к нашей полной жизни и энтузиазма команде условной годичной давности.
Когда меня чутка попустило после заводских спринтов, и я отрефлексировал происходившее, главное, что я могу сказать, — ключевое отличие заводских процессов от лабораторных заключается в пренебрежении.
Множеством вещей, которыми можно пренебречь в лаборатории, вы не сможете пренебречь на заводе. И если вы долгое время пренебрегали такими вещами в лаборатории, то крайне невелик шанс, что вы вообще подумаете о них, когда будете планировать пилотное производство. Так что ради всего святого и собственных нервов наймите инженера по масштабированию, который знаком с обоими мирами и сможет служить если не связующим мостом, то хотя бы переводчиком. И не надо думать, что вот есть же у вас ученый-в-растворителе-моченый, он-то и поинженегрствует разок, не развалится. Он не развалится, а вот у установки есть все шансы. Нанять толкового инженера — это вообще самое разумное, что только можно сделать в таких ситуациях.
Но делать разумные вещи — это не путь истинных джедаев и настоящих шотландцев.
Так что давайте вместе страдать и учиться думать о вещах, которые мы раньше не замечали. Возьмем некий гетерогенный процесс (порошок + растворитель), состоящий из нескольких этапов, загрузим для него тонну исходного сырья и посмотрим, где же мы можем прое... где и что может пойти не так.
Самый очевидный слон в парадной — это оборудование и место. Если у вас нет маленького ручного свечного заводика для ваших нужд, то заводик нужно арендовать. Не ведитесь на предложения о слишком дешевой аренде заведений без персонала — это к финансовым потерям и преждевременной седине. На хороших годных свечных заводиках с умелыми миньонами расписание выстроено плотно, окошки искать долго, но оно того стоит. Проблема в том, что по закону подлости на заводиках с подходящим расписанием не будет подходящего оборудования. На заводиках с подходящим оборудованием не будет места. C’est la vie, придется покупать или арендовать. А что конкретно?
Реакторы обычно есть. Подходящей мешалки обычно нет. В лаборатории вам хватало блендера, но если в заводских условиях мешалка слабовата, то придется подумать об ином способе диспергирования материала. В идеале взять миксер с высоким сдвигом. Особенно хороши модели, которые обеспечивают проточное встраивание в реактор. Нам же в наш первый заход пришлось сбегать до ближайшего строительного и купить пару смесителей для красок. В итоге, с помощью такой-то матери и полусотни ведер справились. Ведра — это хорошо. Ведра — это надежно. Если начинаете играться в масштабирование, закупите хотя бы сотню ведер, всегда пригодится. А еще убедитесь, что у вас точно есть всякая необходимая мелочевка: шланги, трубы, коннекторы, переходники. Желательно с запасом.
Точно стоит задуматься об эффективном разделении смеси. В лабе можно было хоть отжимать суспензию руками через фильтровальный мешок для сыра — бывало и такое. Но если в реакторе плавает три куба жижи, а вы не многорукий Шива, придется придумать что-то более эффективное. А чтобы придумать что-то эффективное, доступное и не по цене крыла от «Боинга», знайте заранее распределение размеров ваших частиц, плотностные характеристики жидкой смеси и, ради всего святого, проконсультируйтесь с настоящим специалистом, а не этим содомитом, пустите, я этому мудиле втащу разводным ключом, как ему вообще в лысую голову пришло притащить нам Бюхнер-переросток под видом нутч-фильтра, ублюдок, мать твою, а ну иди сюда, говно собачье!.. Уй, да чтоб вас, больно же! Пишу-пишу, только успокойтесь. Я же вот спокоен.
В нашем случае мы арендовали декантер-центрифугу, и какая же это прекрасная вещь, только ведра успевай подставлять под осушенный белковый экстракт. Я уже говорил, что ведра пригодятся? В конечном итоге нашим самым главным приобретением стал декантер, но, оглядываясь назад, я бы порекомендовал брать (в рамках бюджета, конечно) любые приблуды, которые при сохранении прочих качеств и характеристик процесса позволяют сэкономить...
Время. Что может быть проще времени?
Как же счастливы те лаборатории, в которых предпочитают пренебрегать экономией бабла, решая все проблемы бросанием шекелей в каталог Sigma Aldrich. Мы, увы, не из таких. Оборудование наше дендрофекально, а бюджета едва хватает на кофе с бутерами. Так что, как и большинство лабораторий мира, когда мы выбирали, чем бы пренебречь, мы выбрали время.
Это донельзя логично. Если более долгая процедура очистки позволяет выцарапать ценные граммы выхода, то, конечно же, стоит использовать ее. Если реакция чудесно протекает за ночь при перемешивании и комнатной температуре, то от добра добра не ищут — пусть себе протекает.
Жаль, что такой подход перестает работать на заводе.
На заводе время — деньги, и деньги чувствительные. И это проклятое время расходуется на такие вещи, о которых раньше вы вообще не заботились. Какое-то совершенно неприличное количество времени теряется на моментах, что в лаборатории занимали секунды три. Например, взвешивание, дисперсия и внесение материала в реакцию занимали максимум минут пять, из которых три минуты уходило на почистить блендер. На нагрев установки до рабочей температуры, сепарацию и прочие мелкие радости жизни тоже уходило в лучшем случае полчаса.
Вы будете вспоминать об этих милых моментах с ностальгической улыбкой, пока будете стоять и ждать, пока прогреются три куба реакционной смеси. Или пока местный миньон будет полтора часа выгружать из ведер промежуточный продукт обратно в реактор, который до этого битый час заполнял растворителем маломощный насос. Где-то на тридцатом ведре начинают приходить мысли, что у вас в процессе как-то слишком много стадий, может, есть пара лишних?
Однозначно да. А еще вы, скорее всего, не подумали о такой не сразу очевидной штуке, как перенос материалов из точки А в точку Б. Ну или решили, что ведер, канистр и ваших или наемных мускул будет достаточно. Не будет. Стоит заранее распланировать всю логистику передвижения материалов и, по возможности, заиметь тоннажные весы, вилочные погрузчики и тележки. Отличным дополнением к сетапу станет шнековый подъемник, что позволит сэкономить кучу времени и сил на возврат сухого материала в реактор. Для жидкостей вам будет необходим перистальтический насос. Желательно не один. И прикрутите к нему на выходе жидкостный счетчик, чтобы будущий вы был вам безмерно благодарен.
Вернувшись к планированию, можно изрядно поломать голову, впихивая невпихуемое в десять часов рабочей смены и пять дней рабочей недели. Начать, разумеется, стоит с выедания мозга заводского начальства на предмет мощностных характеристик всех узлов производства: как быстро работают насосы, сколько времени занимает взвешивание и перенос условной тонны жидкого или сухого материала, какова эффективная мощность мешалок и нагревательных элементов. Не на все вопросы найдутся ответы, но общую картину получится прикинуть. А потом в эту картину встроить непосредственно химический процесс, и он очень вряд ли встанет в нее как влитой. Где-то придется пересчитать количество реактивов, где-то поиграться с температурой и кислотностью среды, однако результат того стоит. Стоит сильно дешевле. В чем заинтересованы как инвесторы, так и будущие покупатели, в конце концов.
Кажется, на этом все, котята. Масштабирование процессов — занятие увлекательное, но уж очень обременительное. Наш некурящий начлабы закурил. Наш курящий техдир бросил. В моем зеркале явственно отражается седина на левом виске, которой еще полгода назад не было. Увы, я прекрасно знаю, когда поседею до симметрии: когда буду оптимизировать до заводских условий нашу финальную стадию очистки белка. Для этого требуется вчетверо снизить расход воды. Тогда как я прекрасно знаю, что уже при снижении вдвое весь процесс накрывается медным тазом.
Ну а совсем закончить свои дозволенные речи я хочу советом. Пренебрегайте чем угодно, но только не ведрами и разводными ключами. Помните, что ведра всегда прикроют вашу задницу и дырки в проекте, а разводной ключ — не только универсальный инструмент решения всех технических проблем, но и отличное средство убеждения, позволяющее донести ваши увесистые аргументы прямиком до разума адресата... Нет? Поэтому меня здесь и держат? Ну ладно, русский матерный тоже работает хорошо. Даже если собеседник на нем совершенно не разговаривает.
Автор: Илья Пахомов