14/03/2017

От мозгов до спектрометра: как химические лаборатории омолаживают производство

Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
По аналогии с тренировкой мышц для их хорошей формы любое производство для высокой конкурентоспособности требует модернизации и улучшений. Сегодня в материале разбираемся, как научные лаборатории помогают развиваться химическим предприятиям
Как стареет человек, так и любое предприятие через какое-то время буде считаться устаревшим, а в силу того, что технологии в нашем мире сегодня развиваются стремительно, «старым» производство станет в среднем уже через 10 лет, если его не модернизировать. Именно прогресс позволяет повысить эффективность труда и прибыль в разы. В отличие от человеческого организма с производством можно проводить полноценные обновления, поддерживать зрелое, нестарое состояние, используя идея, связанные с наукой.

Известный факт, что химические компании с мировым именем тратят до 10% готовой выручки на исследования и разработки для поддержки своей технологической цепочки. Необходимо быть в курсе всех наукоемких разработок, которые могли бы обновить производство и заботиться об этом нужно заранее.
Управляющий партнер, директор ИХТЦ
Князев Алексей Сергеевич
«Мы работаем с химическими заводами в России и знаем, что у них степень устарелости и износа производственных мощностей только официально составляет 80%. Зачастую используются технологии, которым 50-100 лет. С одной стороны это технологии, проверенные временем, с другой – они все проигрывают современным, которые используются за рубежом».
Князев Алексей Сергеевич
Очевидно, если производство уже устарело, можно купить новый завод, потратив колоссальные деньги. Можно вложиться в R&D-центр, также потратив огромное количество средств, а эффекта от его работы ждать лет через 15-20, потому что научные школы складываются десятилетиями, а настоящих умов, готовых решать сложные производственные задачи, не так много и чаще всего их надо «выращивать». Но если приходишь со своей проблемой в готовый рабочий коллектив, в лабораторию, которая способна решать прикладные проблемы и имеет для этого оборудование и компетенции, можно получить реальный эффект на практике уже через 6-8 месяцев. Постоянно сотрудничать с учеными, брать их свежие идеи – вариант для тех, кто хочет развивать свою технологическую цепочку и поддерживать конкурентоспособность продукта, не тратя на это целое состояние.

В ситуации, когда в обществе обсуждают проблему разрозненности науки и производства, сложно представить, что где-то в российских реалиях функционируют слаженные научные коллективы, которые ежегодно решают современные проблемы производства, позволяют не отставать от конкурентов и дают продукту преимущества. Наши научные партнеры – это именно такие лаборатории. И для убедительности мы вам о них расскажем.
Заведующий ЛКИ
Олег Магаев
Лаборатория каталитических исследований (ЛКИ) ТГУ
Князев Алексей Сергеевич
— Какими бизнес-задачами занимается лаборатория?
— Лаборатория каталитических исследований занимает лидирующую позицию в области каталитических исследований в Томском государственном университете, а также имеет высокий рейтинг научно-исследовательской активности как в России, так и за рубежом. Этим мы обязаны научной школе, созданной еще в 1965 году почетным профессором ТГУ, д.х.н. Ларисой Николаевной Куриной.

За прошедшее время на счету коллективов Лаборатории имеются многочисленные научные и практические достижения, начиная с простых учебных и фундаментальных задач до практического их применения в промышленности. Практический опыт коллектива и высокие профессиональные компетенции каждого позволяют нашей лаборатории воплощать идеи в реальные проекты, которые в свою очередь интересны промышленному бизнес-сообществу. Умение и опыт разработки каталитических систем, технологии их приготовления и испытаний на лабораторном уровне до промышленной реализации, позволяют нам всегда быть востребованными и интересными для наших промышленных партнёров.
— Как оснащена лаборатория сегодня?
— На сегодняшний день лаборатория каталитических исследований оснащена современным оборудованием аналитического и исследовательского класса. В арсенале лаборатории имеется как самое простое оборудование – лабораторные мешалки, мельницы, рассеивали, смесители и мн.др., так и приборы, позволяющие исследовать текстурные и механические характеристики катализаторов и сорбентов, оборудование, которое позволяет изучать механизмы каталитических реакций. Необходимо отметить, что за последние 5 лет нам удалось приобрести ряд установок и приборов, которые позволяют проводить синтез катализаторов и их тестирование, в условиях, приближенных к промышленным.

Хорошие партнерские и дружеские отношения с ВУЗами и НИИ, как на территории РФ, так и за рубежом, позволяют нам постоянно расширять круг наших возможностей, а также повышать наш профессиональный уровень.
— Какие задачи промышленников лаборатория уже решила?
— Коллектив лаборатории ежегодно выполняет не менее 5-6 проектов прикладного характера, как минимум один из которых так или иначе всегда подлежит промышленной апробации.

Считаю, что для коллектива в 50 человек, это более чем достаточно, т.к. для нас важно не количество, а качество выполняемых работ.

Сейчас, например, в лаборатории реализуется ряд проектов с крупными химическими предприятями СФО и ЦФО.

Конечно, работа с промышленными партнерами не всегда выстраивается исключительно на одном лишь понимании и согласии, больше всего проблемных мест возникает на стадии масштабирования процессов и технологий. В таком случае мы обращаемся к инжиниринговому центру ИХТЦ. Коллектив ИХТЦ состоит в основном из сотрудников, имеющих опыт работы в крупных промышленных компаниях, а также опыт работы с технической документацией, которая не всегда может быть правильно «переведена» на научный язык. Т.е. каждый делает свое дело, итогом которого является полноценный проект, готовый к внедрению и реализации в реальный сектор экономики.
— Есть ли алгоритмы проведения разработки для промышленников
— У каждого проекта, от фундаментального до прикладного – свой алгоритм работы, который строится исключительно на поставленной цели и задачах.

Если говорить о промышленном уровне, то это безусловно согласованное техническое задание и календарный план работ, на основании которых и выстраивается вся дальнейшая работа. При этом в некоторых случаях допускается корректировка работ на каждом этапе, поскольку однозначно сказать получится или нет, вам не сможет и сам Заказчик.
Заведующий ЛХФМА
Дмитрий Новиков
Лаборатория химико-физических методов анализа (ЛХФМА) ТГУ
Князев Алексей Сергеевич
— Какими задачи для производства решает лаборатория?
— Мы работаем с химической и фармацевтической промышленностью. У нас есть более 15 физико-химических методов анализа, можем комплексно решить задачи, связанные с разработкой аналитического сопровождения для технологического процесса и методик контроля качества химических продуктов, фармсубстанций и лекарственных препаратов. Например, при производстве химических продуктов осуществляется аналитический контроль и мы можем разработать наиболее оптимальные методы такого контроля. Чаще всего на предприятиях не хватает внутренних ресурсов, чтобы выделять оборудование и специалистов, которые бы могли сосредоточится только на разработке методик. Мы разработали уже более 150 методик, у нас есть опыт, мы можем порекомендовать, как это сделать оптимальным образом, подобрать оборудование и обучить специалистов, в результате предприятие получает гарантированно работающую методику в сжатые сроки.
— Как оснащена лаборатория сегодня?
— Лаборатории оснащена всем необходимым современным оборудованием: газовыми и жидкостными хроматрафами, автоматическими титраторами и другими приборами. Помимо стандартного, доступного практически любому предприятию, у нас есть дорогостоящее научное оборудование: масс-спектрометры и спектрометр ЯМР суммарной стоимостью более 150 млн. руб. Под какой-то один проект предприятию нет смысла покупать такое оборудование, а для разработки методики и обоснования, что она работает правильно, они необходимы. Таким образом у нас есть оборудование, есть компетенции для решения аналитических задач и обеспечения качества работы.
— Какие задачи промышленников лаборатория уже решила?
— Примерно за 4 года работы мы разработали методики контроля качества и технические условия для 15 химических продуктов, это дезинфицирующие средства для медицины, продукты органического синтеза, также мы разрабатывали методики для проектов с промышленностью, которые выполняли наши партнеры: лаборатория органического синтеза и лаборатория каталитических исследований. Прямо сейчас у нас на разработке 8 проектов, 4 из них – это методы анализа инъекционных и таблетированных лекарственных препаратов.
— Есть ли алгоритмы проведения разработки для промышленников?
— Сложно обозначить единый алгоритм, однако в «усредненном» виде схема примерно следующая: сначала надо вместе с производством сформулировать аналитические задачи (включая требования к точности), предложить им техническое задание, выбрать оптимальные методы анализа, с помощью которых будем решать задачу. Затем разработка методики и передача на предприятие. Если на заводе все работает, воспроизводится, делаем валидацию, передаем готовую методику на предприятие, а также при необходимости обучаем специалистов, либо ставим методику сами.
Заведующий лабораторией органического синтеза ТГУ
Виктор Мальков
Лаборатория органического синтеза (ЛОС) ТГУ
Князев Алексей Сергеевич
— Какими бизнес-задачами занимается лаборатория?
— Сейчас мы работаем в трех ключевых направлениях: разработка технологии модифицирования бумаги и картона – вопросы, связанные с повышением эксплуатационных и физико-механических характеристик; вопросы снижения токсичности и улучшения физико-механических свойств смол на основе формальдегида, которые используются в деревообрабатывающей промышленности; разработка технологии получения веществ, препятствующих горению (антипирены). Параллельно с ключевыми направлениями лаборатория занимается органическим синтезом с уклоном в фармацевтику – разработка новых лекарственных средств, фармацевтических препаратов и синтез уже существующих.
— Как оснащена лаборатория сегодня?
— Лаборатория оснащена современным оборудованием, с помощью которого мы можем экспрессно решать задачи. Есть синтетическое оборудование: различные реакторы, полиреакторные системы. В прошлом году появился реактор параллельного синтеза, с использованием которого мы можем выяснить, как влияет состав реагентов на протекание процесса и его параметры. Исследование происходит в 6 раз быстрее, что важно, когда необходимо в сжатые сроки оптимизировать процесс. При оптимизации технологических процессов важно вести всесторонний контроль, что образуется на разных стадиях, в каком количестве, какая чистота. Это достигается при использовании серьезного парка аналитического оборудования.

Но главное, что надо понимать, это то, что компетенции лаборатории обуславливаются прежде всего людьми. Можно поставить ультрасовременное оборудование, но если не будет соответствующих «мозгов» и «рук», это будет просто мебель и железо, поэтому кроме вложений в приобретение оборудования, мы ездим на семинары, общаемся с иностранными коллегами, вкладываемся в наш коллектив, выращивая специалистов. Сейчас, кстати, у нас 7 аспирантов, которые уже скоро подтвердят свою квалификацию, и у нас будет внушаемое количество сотрудников, которые способны решать комплексные задачи промышленников, прорабатывать всё до мелочей.
— Какие задачи промышленников лаборатория уже решила?
— Основной вид работ, с которыми обращаются промышленники, это оптимизация существующих процессов, чтобы усовершенствовать свои производства и получать конкурентоспособный продукт, иначе производство нерентабельно. В прошлом году мы выполнили три проекта вместе с ИХТЦ – разработка методов получения двух органических субстанций и технологии переработки отходов, еще одну технологию переработки отходов на лабораторном уровне делаем сейчас. В этом году таких работ ожидается больше, на прошлой неделе встречались с представителями французской компании – лидера по производству реагентов для бумаги и картона, будем совместно проводить испытания наших разработок и модифицировать их продукцию.
— Есть ли алгоритмы проведения разработки для промышленников?
— Как театр начинается с вешалки, так и мы начинаем такие проекты с обзора технологий, существующего рынка. Пример: работали по переработке отходов. У нас было несколько вариантов решения задачи, то есть несколько продуктов, которые мы могли получить из отходов. Важную роль сыграли специалисты ИХТЦ, которые сразу сказали: «вот этот продукт интересен для рынка, а остальные – нет, потому что они никому не нужны». Поэтому прежде чем вести проработку конкретных направлений, мы просим специалистов, чтобы они нам сказали, что именно нам надо получать. Мы можем придумать большое количество решений, но это все не имеет смысла, если в итоге будем получать продукт, который никому не нужен.

Важно понимать рынок, и сейчас практически все работы, которые ведутся в нашей лаборатории, имеют прикладное значение. Это направление приводит к получению продукта, который будут покупать. Далее лаборатория разрабатывает процесс с нуля, даже если он известен, мы его прорабатываем от малого к большому, полностью воспроизводим его на лабораторном уровне все условия, смотрим, какие процессы в нем происходят, какие тепловые эффекты, например. Прорабатывается весь аналитический комплекс – это контроль протекания реакции, входной контроль сырья, контроль продукции, чистота образующихся веществ, сравнение их с заводскими показателями, а дальше уже дело переходит к инжинирингу, когда этот процесс начинает оптимизироваться с точки зрения масштабирования, потому что невозможно сразу перейти от колбы в 200 мл к реактору емкостью 50 кубических метров. Эта задача ступенчатая, можно это воспринимать как двухполюсную систему. На одном полюсе находится заказчик – промышленное предприятие, на другом научная лаборатория, а между ними большой пласт работ в области инжиниринга.

Итак, давайте резюмировать

Чем выше компетенции лаборатории, тем больше прикладных задач они могут решать. Современная наука способна модернизировать химическое производство и для этого есть постоянно обновляющийся парк оборудования и компетенции. Сложность заключается всего лишь в двух вещах: наука и промышленность разговаривает на разных языках и поиск той самой лаборатории, которая способна помочь. Обращаться нужно к лучшим умам, которые на практике прошли не один и не два проекта и результаты их работы уже сегодня приносят прибыль промышленникам. Если с компетенциями еще более-менее понятно, то как достичь понимания?
Управляющий партнер, директор ИХТЦ
Князев Алексей Сергеевич
Князев Алексей Сергеевич

«
Наша работа иногда выглядит так: мы приходим на производство, нам говорят – тратим много, отходов колоссальное количество, экологические траты, газа жжем капитальное количество, потери тепла. Мы проводим аудит технологический, оцифровываем проблему. Дальше говорим, что из 50 проблем, которые у вас есть, 15 рекомендуем решить вот так, к ученым вообще не надо обращаться, еще 15 вы никогда не решите, это надо новый завод строить, а оставшиеся, с нашей точки зрения, решаемы именно учеными и приведут достаточно быстро к экономическому эффекту. Далее мы делаем техническое задание, это и есть оцифровка проблемы на язык науки, по этому техзаданию выполняют работы, выдавая результаты, по которым дальше уже можно посчитать новую схему производственную, новые условия работы оборудования.

Производственникам нужна прибыль, для прибыли нужно быть конкурентоспособным, а для борьбы с конкурентами нужны постоянные преимущества, которые, как уже не раз было сказано, обеспечивают обновления и модернизация. Вы – производственник, вы хотите не отставать от новых технологий и развивать свою технологическую цепочку, и для решения вопроса вы пришли к ученым.

Промышленник говорит: «У меня плохое производство, я ездил в Корею, видел там завод, они на выпуск одной партии продукции тратят 800 долларов, а я 1500, я с ними не могу конкурировать, надо что-то с этим делать.

Ученые отвечают: «Мы такими исследованиям занимаемся уже 60 лет, исследовали инфракрасные спектры вашего продукта и знаем, что он взаимодействует с кислородом и воздухом по такому-то механизму».

В результате понимание не достигнуто, задача не ясна, а значит, и не решена. Проблему производства надо «оцифровать» ученому, тогда он сделает свою часть максимально, доведет до лучшего лабораторного результата, а затем передаст людям, которые смогут этот результат довести до промышленного уровня.

«
Одно военное предприятие обратилось к нам. Они решили «омолодиться», развить мощности своего производства компонента порохов. Решили увеличить объем производства этого компонента в 10 раз. И когда посчитали, отход, который у них образуется, раньше можно было беспроблемно увезти на полигон, но если его будет в такое-то количество раз больше, полигон уже такой объем не примет. С отходом надо что-то делать, его надо перерабатывать, и это направление – основной якорь в их планах, они не могут изменить курс развития завода, пока не определятся, что делать с этим отходом. Они сами поняли, что нужно прийти в вуз, обратились к нам, попросили найти ученых, которые решат эту проблему. Мы взяли отход, посмотрели вместе с лабораторией органического синтеза ТГУ, и увидели, что тот отход можно не только перерабатывать, но еще и извлечь из него ценный компонент, продать и заработать денег. А то, что осталось, утилизировать становится проще, класс опасности существенно снижается, поэтому не такие требования к утилизации. Быстро отработали – около полугода, сейчас уже следующий договор в стадии заключения, выполняем технологические расчеты, до конца года должны построить узел для переработки этого отхода.


Обратиться к ученым мало. Они, конечно, готовы решать задачи любой сложности, но, чтобы решение применить в производстве, его необходимо масштабировать и доводить из лабораторного до промышленного уровня. Как переводчики служат для коммуникации между людьми, не владеющими одним языком, так и инжиниринговые центры помогают понять друг друга промышленности и науке. Поэтому, если вы промышленник и вы хотите, чтобы ваше производство было всегда молодым, просто найдите себе «переводчика» на научный, который будет вам в этом помогать. Результат вам понравится
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Другие материалы:
Два раза в неделю мы публикуем интересные новости о реальном секторе экономике и отвечаем на вопросы, возникающие у производственников. Подпишитесь и первым узнавайте об обновлениях:
Еще новости
Made on
Tilda