Лабораторная методика синтеза или приготовления раствора даёт хороший результат, и кажется, что для промышленного выпуска достаточно купить реактор побольше и умножить загрузку. Но на промышленном масштабе серия получается с другим примесным профилем, другой однородностью или не выходит на нужную температуру вовремя. Причины — в физике, которая не масштабируется линейно.
Где при масштабировании возникают проблемы
- Теплообмен. Объём растёт как куб линейного размера, а поверхность рубашки — как квадрат. На литр продукта в большом реакторе приходится в разы меньше теплообменной поверхности, поэтому нагрев и охлаждение идут дольше, а экзотермическая реакция может выйти из-под контроля.
- Перемешивание. Время гомогенизации в большом объёме выше, появляются зоны с разной концентрацией и температурой.
- Дозирование. Реагент, который в лаборатории вливали за минуту, в реакторе подают полчаса, и локальный избыток реагента в зоне подачи меняет ход реакции.
- Кристаллизация и осаждение. Скорость охлаждения и перемешивания определяет размер кристаллов и их фильтруемость.
Почему так происходит
Лабораторный аппарат практически идеален: малый объём, интенсивное перемешивание, быстрый теплообмен. В нём не видны процессы, которые в промышленном масштабе становятся лимитирующими. Если методика не была проверена на промежуточном объёме, эти ограничения обнаруживаются уже на дорогих промышленных сериях.
Как решают на практике
- Выявляют критические параметры процесса — те, что влияют на качество: температура, скорость подачи реагентов, время перемешивания, скорость охлаждения.
- Считают тепловой баланс и проверяют, может ли рубашка промышленного реактора отвести тепло реакции при заданной скорости дозирования.
- Выбирают критерий масштабирования перемешивания — постоянную удельную мощность, окружную скорость или время гомогенизации — в зависимости от процесса.
- Проводят пилотные серии в реакторе промежуточного объёма той же конструкции.
- Корректируют режим: увеличивают время дозирования, меняют точку подачи, добавляют отражательные перегородки.
- Фиксируют режим в регламенте и подтверждают на валидационных сериях.
Надёжный путь масштабирования — лабораторный, пилотный и промышленный реакторы одной конструкции, чтобы менялся только объём, а не принцип перемешивания и теплообмена.
Фармреакторы от пилотных до промышленных
Фармацевтическая линейка промышленных реакторов Сушилка22 охватывает объёмы от 10 до 10000 л с одинаковыми типами мешалок и рубашек, температурой от −20 до +250 °C. Для отработки упаривания и отгонки растворителей на малых объёмах подойдёт лабораторный вакуумный испаритель производительностью от 1,4 до 40 л/ч, для подготовки схемы масштабирования — разработка технологии производства.
Готовы обсудить переход от лабораторного процесса к промышленному: +7 906 968-1922, sales@sushilka22.ru.