Химия в потоке — как «Химпром-Техно» разрабатывает компактные реакторы FlowCore
Егор Буркин на участке опытно-промышленного оборудования «Химпром-Техно»
Реактор, в который загрузили сырье, провели реакцию, выгрузили готовый продукт и затем вымыли аппарат, десятилетиями оставался привычной частью химического производства. Вроцлавская компания «Химпром-Техно» разрабатывает альтернативу для тех процессов, которым подходит непрерывная работа. Ее модульные установки FlowCore пропускают реагенты через систему узких каналов, где химическая реакция идет без остановки на загрузку и выгрузку очередной партии.
Во главе компании стоит Егор Буркин, выпускник Лодзинского технического университета. Химическую технологию он изучал на бакалавриате и в магистратуре. Родился в Лодзи в конце 1988 года: отец работал инженером-механиком, мать преподавала химию. До учебы в Politechnika Łódzka Буркин провел год в британском City College Plymouth. Практический опыт получил в Великобритании — сначала на стажировке в DavyMarkham в Шеффилде, где производили крупные промышленные узлы, позднее в SSI UK в Редкаре. Обе компании впоследствии прекратили существование.
«В Шеффилде я понял, сколько металла и времени уходит на один большой аппарат. Тогда и появилась мысль: а нельзя ли часть химии делать в маленьких модулях», — вспоминает Буркин. В 2016 году он стал соучредителем «Химпром-Техно». К проектированию проточных реакторов команда приступила после запуска пилотной площадки.
Проточный процесс дает инженерам более тонкий контроль над температурой и смешиванием веществ. В узких каналах тепло отводится эффективнее, а реагенты смешиваются быстрее, чем в большом объеме. Особенно заметно это в реакциях с интенсивным выделением тепла: внутри массивного аппарата могут возникать зоны локального перегрева, ухудшающие однородность продукта. «В большом реакторе температура — это среднее значение по больнице. Где-то у стенки холоднее, где-то в центре горячее, и продукт получается разным. В канале мы контролируем каждый миллилитр», — объясняет Буркин.
У такого оборудования есть и другой принцип роста мощности. Если заводу требуется больше продукта, можно поставить дополнительные параллельные модули, не разрабатывая заново реактор увеличенного объема. Это сокращает число неизвестных при переносе процесса из лаборатории в промышленный масштаб. Однако универсальной заменой традиционным аппаратам FlowCore не является.
Вязкие среды, процессы с образованием твердого осадка и особенно медленные реакции способны лишить проточную схему преимуществ. Осадок забивает узкие каналы, а для длительной реакции может потребоваться слишком протяженная система. «Нас часто спрашивают, можем ли мы заменить все реакторы на заводе. Честный ответ — нет. Мы сначала берем рецептуру в лабораторию и проверяем ее. Примерно треть процессов после испытаний мы клиенту не рекомендуем переводить», — говорит Буркин.
Отказываться от неподходящих заказов, утверждает руководитель компании, выгоднее, чем продавать оборудование без перспектив нормальной эксплуатации. «Если мы продадим установку под неподходящий процесс, клиент разочаруется не только в нас, но и в технологии в целом. Это хуже, чем потерянный контракт». Именно поэтому лабораторная проверка конкретной рецептуры предшествует обсуждению промышленного внедрения.
В производстве специальной химии одна установка нередко должна выпускать несколько десятков продуктов небольшими партиями. Конструкторы FlowCore предусматривают возможность быстрой промывки и перенастройки модулей, но очистка между разными рецептурами остается сложной технологической задачей. Не менее важна подготовка операторов: при непрерывной работе ошибка не ограничивается одной партией, а сразу распространяется по линии. «Мы учим людей не только нажимать кнопки, но и понимать, почему поток ведет себя иначе. Без этого даже хорошая установка будет простаивать», — отмечает Буркин.
Компактная установка занимает меньше площади и в каждый момент времени содержит меньше реагентов. Для небольшого или среднего предприятия это возможность обновить отдельный производственный участок, не строя новый цех. Но сравнивать стоимость одного реактора с ценой большого аппарата недостаточно: к модулю нужны точные дозирующие насосы, датчики и системы автоматического управления. «Реактор дешевле большого аппарата, но к нему нужны насосы точной дозировки, датчики, автоматика. Если клиент выпускает продукт раз в год, вложения могут не окупиться. Мы показываем эти расчеты до подписания договора», — говорит Буркин Егор Васильевич.
Буркин рассчитывает на гибридную модель химического производства, где проточные модули будут работать вместе с обычными реакторами периодического действия. «Химия не любит революций. Она любит надежность. Наша задача — добавить новому оборудованию надежности, а не громких обещаний». В планах «Химпром-Техно» — расширение линейки FlowCore установками для реакций под повышенным давлением. По словам Буркина, давление способно заметно ускорить некоторые медленные процессы, однако переход требует особой осторожности: «Это следующий логичный шаг. Многие процессы, которые сейчас идут медленно, под давлением ускоряются в разы. Но безопасность здесь важнее скорости, поэтому мы не торопимся».
