7. Основные задачи, решаемые при выполнении опытно-технологических и опытно-конструкторских работ

Одним из важных вопросов при выполнении научных исследований является масштабный переход от лабораторных экспериментов к промышленным. Казалось бы, не должно быть существенных различий между химическими реакциями и образующимися продуктами в стеклянной колбе объемом 1 л и в металлическом реакторе вместимостью 10 000 л при одинаковых реагирующих веществах, их концентрациях и соотношении, температуре и продолжительности процессов. Однако это далеко не так. Различия могут быть очень значительными, в том числе и в качестве продуктов реакции. Особенное влияние на эти различия могут оказать изменения условий тепло- и массопередачи, кинетики химических реакций.

Необходимость увеличения масштабов эксперимента и перехода от лабораторных исследований к промышленным связана еще и с тем, что в лабораторных условиях не может быть изучен ряд важных промышленных факторов и свойств объекта, например таких, как способы транспортирования и дозирования сырья, промышленные условия хранения готовой продукции, состав воздуха рабочей зоны и др.

Опытно-технологические (ОТР) и опытно-конструкторские работы (ОКР) тесно связаны между собой и могут выполняться одновременно.

В химической технологии масштабный переход осуществляют обычно в одну или две ступени. Ступенями масштабирования являются опытные установки, которые служат для моделирования изучаемых объектов.

Опытные установки в химической промышленности подразделяют на три вида: лабораторные, пилотные (модельные, стендовые) и опытно-промышленные.

Лабораторные установки, как правило, создаются еще в процессе лабораторных исследований. Такие установки обычно работают периодически или полунепрерывно. Транспортировка сырья и готовой продукции при этом осуществляется вручную. Состояние окружающей среды не исследуется. Количество изучаемых факторов на лабораторных установках

часто не ограничено. Оборудование для них выбирается в основном типовое. На лабораторных установках решают главным образом задачи ОТР. Например, при создании новых полимеров решают задачи кинетики химических процессов, термодинамики, теплофизики, тепло- и массопереноса, технологического контроля, оценки свойств и перспектив применения полимера и материалов на его основе, инженерного оформления процессов, прогноза экономической эффективности производства, состояния и требований к технике безопасности и др.

Пилотные установкиболее крупные, чем лабораторные установки. При создании пилотных установок начинается инженерный поиск в области аппаратурного оформления процессов. На пилотных установках проводится работа по следующим основным направлениям:

1. Уточняются задачи ОТР, нарабатывается продукция для широких испытаний.

2. Конструируются и подбираются наиболее подходящее аппаратурное оформление процессов, средства контроля и автоматизации.

3. Отрабатываются мероприятия по охране окружающей среды.

Работа по первому направлению относится к ОТР, а по остальным - к ОКР.

Опытно-промышленные установкиобычно не должны уступать по масштабу промышленным установкам более чем в 10 раз. В этих установках все должно быть аналогично будущему промышленному производству. В составе опытно-промышленных установок должна быть реализована полная технологическая схема будущего производства. Аппаратурное оформление опытно-промышленных установок должно включать головные образцы технологического оборудования, средств контроля и управления процессами, которые создаются по результатам выполнения ОКР на пилотных установках. В результате эксплуатации образцы оборудования, средств контроля и управления должны пройти доводку, вырабатываемая продукция и отходы найти своих потребителей, должны быть окончательно решены вопросы транспортировки сырья и продукции, ее расфасовки и упаковки и др. Как правило, создание опытно-промышленных установок требует капитального строительства и полного объема проектно-сметной документации. Поэтому в создании опытно-промышленных установок принимают участие и технологи, и проектировщики.

Прохождение всех трех ступеней масштабного перехода требует значительного отрезка времени (например, при создании новых процессов получения полимеров этот отрезок времени составляет 5-7 лет). Поэтому исследователю всегда приходится делать выбор между продолжительностью и качеством масштабного перехода, значительно определяющим степень риска при организации промышленного производства нового объекта.

Обычно все три ступени масштабного перехода реализуют при создании сложных, многостадийных, экологически опасных процессов. В более простых случаях, когда можно использовать достаточно дешевое стандартное оборудование, можно переходить от лабораторных установок сразу к опытно-промышленным установкам.