Jak rozpocząć skalowanie procesów? Czy proces warto badać w małej skali?

Dysponujesz materiałami wrażliwymi i chciałbyś rozpocząć produkcję w dużej skali?

Czy Twój czynnik roboczy produkowany będzie pod wysokim ciśnieniem? 

Przeczytaj na co warto zwrócić uwagę przy planowaniu produkcji w skali makro.

Wybuchowa reakcja?

Nasz klient chciał przeprowadzić reakcję syntezy związków łatwopalnych pod wysokim ciśnieniem w obecności katalizatora. Co się okazało?

Przebieg reakcji chemicznej pod ciśnieniem rzędu dziesiątek bar był bardzo dynamiczny. Mała skala procesu cechowała się dużą wydajnością. A przecież ucieczka termiczna lub uwolnienie niebezpiecznych oparów to pierwsze kroki do…wybuchu!

Wyobrażasz sobie co by się stało, gdyby klient od razu przeszedł do testowania lub przeprowadzania reakcji w skali makro?  Znasz rozwiązanie problemu, w którym zminimalizujesz ryzyko wystąpienia niekontrolowanych, a co za tym idzie niebezpiecznych reakcji?

Czym jest skalowanie procesów?

Skalowanie procesów polega na przeniesieniu go z mniejszej do większej skali. Przeniesienie to polega na zwiększeniu parametrów takich, jak geometria zbiornika, moc mieszadła czy przepływy mediów. Dzięki temu zwiększa się wydajność procesu. Sprawdza się świetnie w przypadku dysponowania materiałów wrażliwych.

Od czego rozpocząć badanie procesów?

Badanie przebiegu procesu warto zacząć od małej skali, która umożliwi Ci dokładną obserwację zjawisk i decyzję, w jakich warunkach prowadzić proces. Taki tok badań pozwoli Ci na wyeliminowanie błędów, jakie mogą się pojawić, np.:

• nieoczekiwany wzrost temperatury przy reakcji egzotermicznej
• synteza niepożądanych związków chemicznych
• mała wydajność reakcji

Dlaczego warto poznać swój proces i szukać alternatywy?

1. Może okazać się, że przy innych warunkach Twój proces przebiega na tyle efektywnie, że warto rozwijać koncepcję w tym kierunku, a nie kontynuować obecne prace. Działania można w każdej chwili przerwać, zmienić odczynniki lub parametry procesu.
2. Działania w skali laboratoryjnej wiążą się ze stosunkowo mniejszym ryzykiem wystąpienia niepożądanych reakcji. W przypadku ich pojawienia się, skala rażenia jest znacznie mniejsza.
3. Skala laboratoryjna to także mniejsze koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, co jest istotne szczególnie na początku biznesowej drogi. Na małą instalację przeznaczysz znacznie mniejszy budżet, a także wykorzystasz mniej surowców do produkcji.

Czy zawsze warto skalować procesy? Jak przenieść proces do większej skali?

Okazało się, że przeniesienie wizji Klienta do większej skali wiąże z ogromnymi kosztami oraz wysokim ryzykiem podczas eksploatacji urządzenia.

Na szczęście klient przeprowadził badanie procesu „od stóp do głów”. To pozwoliło mu poznać inne, korzystniejsze warunki procesowe (a przede wszystkim bezpieczniejsze), w których, co prawda, reakcja przebiega mniej efektywnie, ale przeniesienie skali z laboratoryjnej, do technicznej jest bardziej realne.

Dzięki temu zapewnione będzie bezpieczeństwo instalacji, a jej koszty diametralnie spadną.

Skalowanie procesów na reaktorach wysokociśnieniowych

W ramach współpracy wyprodukowaliśmy dwa bliźniacze reaktory wysokociśnieniowe. Mały o pojemności 150ml oraz duży o pojemności 1000ml. Choć w tym przypadku rozmiar to pojęcie względne 😉

Czy projektowanie takiego „niewielkiego” urządzenia było łatwe? Wbrew pozorom wymagało dużego zaangażowania projektantów – konstruktorów oraz inżynierów procesowych. Zespół wspólnie zastanawiał się, jak zapewnić bezpieczeństwo podczas pracy takiego urządzenia? Obliczenia, odpowiednia konstrukcja, zawór bezpieczeństwa, złączki i zawory przystosowane do pracy z wysokim ciśnieniem – to niesamowicie istotne elementy projektu. Równie ważna jest wiedza techniczna, jak i znajomość rynku, czyli dostępność materiałów, z których trzeba korzystać w strefie EX.

Czym charakteryzują się nasze reaktory?

Przedstawione na zdjęciu reaktory chemiczne powstały po to, by zaspokoić realną potrzebę klientów. Współpracę rozpoczynamy od zrozumienia istoty ich procesu, rozmowy z nimi i szukania idealnego rozwiązania. To na jakie parametry zwracaliśmy szczególną uwagę?

• możliwość pracy w zakresie 0-50 barg – tak szeroki zakres ciśnienia musi być poprzedzony serią obliczeń konstruktorskich i procesowych, dzięki którym poznamy m.in. bezpieczne grubości ścianek, wymaganą przepustowość zaworu bezpieczeństwa czy ciśnienie próby hydraulicznej do testów instalacji;
• możliwość doprowadzenia surowców gazowych i ciekłych – dzięki zastosowaniu odpowiednich złączek i zaworów wysokociśnieniowych;
• dozowanie składników do zbiornika bez utraty ciśnienia – każdy z reaktorów wyposażony jest w biuretę z systemem wyrównania ciśnienia, aby móc bez problemu dozować składnik, gdy reaktor chemiczny znajduje się pod ciśnieniem;
• mieszanie zawartości – do wnętrza reaktora możesz wrzucić pastylkę magnetyczną, a całe urządzenie umieścić na mieszadle magnetycznym;
• pomiar temperatury – zbiornik wyposażyliśmy w sondę temperaturową montowaną w pochwie umieszczonej na pokrywie;
• różne objętości – w zależności od Twoich potrzeb, możemy dostosować objętość roboczą reaktora (na zdjęciu są reaktory o pojemności 150 i 1000ml);
• praca w strefie wybuchowej – dodatkowo reaktory ciśnieniowe przystosowane są do pracy w strefie EX. Więcej na temat strefy wybuchu znajdziesz TUTAJ.

Na jakie korzyści możesz liczyć badając proces w małej skali?

-> zoptymalizujesz koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

-> zwiększysz bezpieczeństwo procesu

-> wyeliminujesz niepożądane błędy

-> zdobędziesz wiedzę o procesie.

Mniej znaczy więcej, to powiedzenie sprawdziło się w przypadku naszych klientów idealnie. Dzięki przetestowaniu receptury w mniejszej skali, mogą bezpiecznie rozpocząć produkcję.