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工艺放大过程中需要避免的几个问题

       在有机合成中我们无可避免的会做到工艺放大这一步,一个化合物从被发现到工业化,必定会经过工艺放大过程,这个过程也是最容易出现问题的地方,也是最应该警惕的地方,毕竟一旦出现意外,那损失可不小,那么,今天我们就来说说在放大过程中哪些是需要避免的事情,希望能对工艺放大提供一些帮助。

一、避免工艺复杂 

在工艺开发和放大中要尽可能简单,越简单,产生工艺错误的机会越少。在实际操作中,越复杂的工艺越不易为操作人员掌握,也很难通过操作规程详细的描述。简化不仅是从安全考虑,同时可以减少生产周期,减少废液等。同时避免使用非常特殊的设备的反应。或者非常危险需要安全设施的反应,如硝化、氢化等。工艺的简化来源于反应路线的简化,往往反应步数最少的路线就是最好的路线。

二、放热反应避免一次性投入所有原料

工艺中最危险的操作之一是将所有反应物一起加入再升温反应。同样不要最后投料后再加入催化剂。危险在于一旦反应混合物达到反应温度开始反应,就没有办法停止。有些反应是高度放热的,并且会自行升温至越来越高的温度。如果达到混合物的沸点就会沸腾甚至冲料。有些原料会在更高温度发生降解,并且降解会自加速,放热会比反应本身更剧烈。当反应需要紧急冷却时,切换和降温也没有小试方便迅速。

当然对于已经理解并确定是安全的反应,一次投入原料是可以接受的。但对于首次放大的工艺应是禁上的。

放热反应最常用的控制是采用一种试剂滴加,滴加的时间取决于反应的热量和反应釜的移热能力。在滴加时,要避免原料的累积,造成突然反应,需要在适合的温度滴加,保证滴加的原料能立即反应。

三、避免在没有搅拌的情况下加热


生产中反应釜内的传热主要依靠搅拌。除了保证安全,良好的搅拌能减少釜内的温度差,使温度读数更准确。一般釜壁的温度会比体系中心温度更高些,会造成局部过热,是产品分解或结焦,最终影响产量和质量。也不能停搅拌,直到反应结束并冷却到安全温度。

四、避免高温投加固体

不要将固体投入正在回流或热的反应混合物。这是在小试常见的操作,但在生产中难于实现。分次投加是为了控制反应,在小试中很容易实现。但在生产中投加固体物料必然要打开人孔,釜内已有的溶剂蒸汽会和空气形成爆炸性混合气体。如果物料反应很快,会导致料液喷出人孔(投钠氢时出现过类似事故)。

一种改进是考虑先加固体,再加溶剂。但改变投料顺序可能会影响反应的选择性。另外可以将固体溶解投加,甚至形成料浆再压入反应釜。

如果无法改变工艺,需要从工程方面考虑怎样进行密闭条件下的投加。这方面一直在进行尝试,进行改进,比如使用真空上料等,但目前还没有-个经济、良好的和普遍适用的解决方法,尤其对于一些具有腐蚀、剧毒品和流动性差的固体原料和中间体。

五、避免高温浓缩至干

      浓缩至干的工艺在我们的生产中很常见,如果小试工艺提供的工艺浓缩至干,生产也会按照实行。浓缩至干的操作可能比较简便,但是不可控的,尤其是大多数工厂使用的是蒸汽加热浓缩,蒸汽加热浓缩,因为使用方便,加热快浓缩效率高,因此都广泛使用,但是在浓缩至干的过程中,不可避免的会使反应釜局部温度过高,对于一些热稳定性不好的化合物质量影响很大,甚至被碳化,导致所有产品一锅报废,因此在研发时需要考虑是否有更好工艺实现,如果不好改变,也可以使用恒温加热方式,控制反应釜内温度最高上限(产品质量稳定温度),从而保证产品质量。
总结
在及时、成功的放大过程中,经验是很重要的。同时也有很多优秀的参考文献值得学习和采用。尽管在首次放大时不可能预测所有的意外,但上述罗列的注意事项会引导对于工艺发展和放大的进一步考虑,同时意识到合作的重要性会使成功的机会更大。

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