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第五章中试放大


4、 反应条件的进一步研究
实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能完全符合中 试放大要求。为此,应该就其中主要的影响因素,如放热 反应中的加料速度,反应罐的传热面积与传热系数,以及 致冷剂等因素进行深入的试验研究,掌握它们在中试装置 中的变化规律,以得到更合适的反应条件。
5、 工艺流程与操作方法的确定 在中试放大阶段由于处理物料增加。因而有必要 考虑使反应与后处理的操作方法如何适应工业生 产的要求,特别是注意缩短工序,简化操作。要 从加料方法、物料分离和输送等方面考虑。为减 轻劳动强度,尽可能采取自动加料放大是用数学方程式表述实际过程和实验结果, 然后计算机模拟研究、设计,放大。建立数学模型的方 法有导师型、无导师型和混合型。影响反应的因素复杂, 不可能用数学方程全面、定量描述过程的真实情况。一 般地,先对过程进行合理简化,提出物理模型,模拟实 际过程。再对物理模型进行数学描述,从而得到数学模 型。对数学模型,在计算机上研究各参数的变化对过程 的影响。数学模拟放大法以过程参数间的定量关系为基 础,能进行高倍数放大,缩短放大周期。
经验放大的原则
1、几何相似放大。按反应器各部件的几何尺寸比例进行 放大,放大倍数是实际反应器体积的倍数。当体积放大10 倍时,反应器的高度和直径均放大 倍。 2、恒定等体积搅拌功率放大,是一般化学反应器的放大 准则。 3、恒定体积氧传质系数放大。 4、恒定空气线速度放大。 5、恒定体积的空气流量放大。 6、恒定搅拌器叶尖速度放大。 7、恒定混合时间放大。
制药工艺过程的开发研究包括以下内容:
实验室小试:在实验室规模的条件下进行,研究化学或生物合成反应步骤及其规律, 考查工艺参数、设备与原料,转化率,收率,成本估算等。目的是为中试做技术准备。 要求收率稳定,质量可靠。确定操作条件,制成品、半成品、中间品、原料等建立相 应的分析方法。
开始中试放大应考虑所需各种设备的材质 和型式,并考查是否合适,尤其注意接触 腐蚀性物料的设备材质的选择。
3、 搅拌器型式与搅拌速度的考察
药物合成中的反应大多是非均相反应,其反应热效应较 大。在实验室中由于物料体积较小,搅拌效果好,传热、 传质的问题表现不明显,但在中试放大时,由于搅拌效率 的影响,传热、传质的问题就突出地暴露出来。因此,中 试放大时必须根据物料性质和反应特点要选择研究搅拌器 的型式,考察搅拌速度对反应影响的规律,特别是在固液非均相反应时,要选择合乎反应要求的搅拌器型式和适 宜的搅拌转速。
第一节 中试放大
一 中试放大的概念
由原料到成品之间的各个相互连接的单元操作过程及其质 量监控是生产工艺过程,一个产品由若干个车间线完成生产。由 具有直接关系的单元操作的次序、条件组成了工艺过程,辅助过 程包括动力供应、原料供应、包装、储运、三废处理等。将实验 室和中试车间试验取得的研究结果应用到大规模的工业生产中的 过程就是放大(Scale up)。
工艺的放大包括实验室、 中试工厂(车间)和生产
车间
二 中试放大的研究内容
中试放大的内容是研究在一定规模设备中的操作参数和条 件的变化规律,验证实验室工艺路线的可行性,解决在实验室 阶段未能解决或尚未发现的问题。 生产工艺路线的复审。 设备材质与型式的选择。 搅拌器型式与搅拌速度的考察 反应条件的进一步研究 工艺流程与操作方法的确定 原辅料和中间体的质量控制
第五章 中试放大与生产工艺规程
从实验室到工业生产,中试放大(又称中间试验)。是必不可少的过程。 中试放大一方面验证和完善实验室工艺(小试)所确定的反应条件,另一方面 研究确定工业化生产所需设备结构、材质、安装以及车间布局等。同时,中试放大 也为临床前的药学研究和药理学研究以及临床试验提供一定数量的药品。 通过中试放大,不仅可以得到先进合理的生产工艺,而且获得较为确切的消耗 定额,为物料衡算、能量平衡、设备设计以及生产管理提供必要的数据。 在中试放大的基础上制定生产工艺规程,也就是把生产工艺过程的各项内容归 纳形成文件。中试放大和生产工艺规程是互相衔接、不可分割的两个部分。
相似模拟放大
• 根据相似理论,保持无因次准数(相似准数)相等的 原则进行放大。基于对过程的了解,确定影响因素, 用因次分析求得相似准数,根据相似理论的第一定律, 系统相似时同一相似准数的数值相同,计算后,进行 放大。已成功应用于各种物理过程,但化学反应过程 和生化反应有一定困难。在反应器中,反应与流体流 动、传热及传质过程交织在一起,要同时保持几何相 似、流体力学相似、传热相似、传质相似相反应相似
1、生产工艺路线的复审
一般情况下,单元反应的方法和生产工艺路线应在实验室阶段就基本 选定。
在中试放大阶段,只是确定具体的工艺操作和条件以适应 工业生产。
但当选定的工艺路线和工艺过程,在中试放大时暴露出难以克服的 重大问题时,就需要复审实验室工艺路线,修正其工艺过程。
2、 设备材质与型式的选择
三 中试放大研究的基本方法
经验放大 相似模拟放大 数学模拟放大
经验放大
经验放大是根据已有的操作经验,所建立的一些规律, 通过摸索反应器的特征,从实验室装置到中试装置、再 到车间大型装置,实现逐级放大。这些规律大多是半定 性的,是简单和粗放的定量。
经验放大是基于空时得率相等的原则,即虽然反应规模 不同,但单位时间、单位体积反应器所生产的产品量(或 处理的原料量)是相同的,通过物料平衡,求出为完成规 定的生产任务所需处理的原料量后,得到空时得串的经 验数据,即可求得放大反应所需反应器的容积。
6、 原辅材料和中间体的质量监控
原辅材料、中间体的物理性质和化工参数的测定 为解决生产工艺 和安全措施中的问题,须测定某些物料的性质和化工参数,如比热、 粘度、爆炸极限等。如DMF与强氧化剂以一定比例混合时易引起爆 炸,必须在中试放大前和中试放大时作详细考察。
原辅材料、中间体质量标准的制订 小试中这些质量标准未制定或 虽制定但欠完善时,应根据中试放大阶段的实践进行修订或制订 。
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