О горьком опыте масштабирования производств, о важности ведер и о причинах седины

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 ^[1] 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 ^[2] 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 ^[3]. Если более долгая процедура очистки позволяет выцарапать ценные граммы выхода, то, конечно же, стоит использовать ее. Если реакция ^[4] 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 ^[5] 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 ^[6] 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 ^[7]: 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

Оригинал ^[8]