Process Development and Scale-Up - METTLER TOLEDO

Process Development and Scale-Up

Design Robust and Sustainable Chemical Processes For Faster Transfer To Pilot Plant and Production

Today’s researchers are under increasing pressure to bring new products to market faster, at lower costs and with higher quality. The design and delivery of a safe, sustainable and robust process which can be used at production scale is a critical step in bringing a new product to market.

Designing a chemical process involves building a comprehensive knowledge and understanding of the chemical reactions being used, as well as the associated critical process parameters.

During early phase development, researchers must be quickly but safely provide a few kilograms of material, while working to establish cost effective synthetic routes. This can be achieved with the use of synthesis workstations with integrated analytics during early phase development. The same researchers must also quickly evaluate the merits of a batch, semi-batch or continuous approach to manufacturing the product at scale.

Process Development and Scale-Up
Process Development and Scale-up


As the process is continually developed, quality process knowledge is gained with chemical, particle, thermodynamic and kinetic related information. Understanding the thermodynamics of a chemical process is key to assessing the hazardous potential of a chemical process and directly linked to the energy of a reaction and the accumulation of reagents. Therefore, process safety studies are crucial and an integral part of the development of environmentally friendly processes.

When the process is moved from lab to plant, Process Analytical Technology (PAT) is used to ensure the process is within the required boundaries as the scale increases.

As companies seek to realize the benefits from the Quality by Design (QbD) approach, Process Analytical Technology (PAT) is being implemented throughout the chemical and biopharmaceutical industries at an increasing rate. PAT tools support the design of safe and robust procedures that build quality into the commercial process. This allows the delivery of processes that ensure higher yields with higher quality at lower costs, while delivering improved cycle times and reducing batch failures.

التطبيقات

نقل الحرارة وتوسيع نطاق العملية
كيف يؤثر نقل الحرارة في الأوعية الرجراجة على توسيع نطاق العملية

يوفر توسيع نطاق العملية الكيميائية من المختبر إلى مرحلة التصنيع نتائج مفيدة فقط مع معاملات نقل الحرارة الدقيقة. يسمح قياس درجة حرارة الغلاف والمفاعل (أثناء إطلاق كمية محددة جيدًا من الحرارة) للباحثين بدقة حساب المقاومة الحرارية التي تستخدم لنمذجة نقل الحرارة وإنشاء تنبؤات هامة للمفاعلات على نطاق أوسع. يعد التفاعل الكالوريمتري ضروريًا لتحديد العوامل التي تؤثر على نقل الحرارة ومعاملات نقل الحرارة لتطوير نماذج لزيادة عرض نطاق المصنع. 

نقل الكتلة ومعدل التفاعل
الخلط في مفاعل كيميائي والتأثير على الخواص الحركية للتفاعل وتوسيع النطاق

الخلط هو تقليل عدم تجانس المراحل القابلة للامتزاج أو غير القابلة للامتزاج أو القضاء عليه. يتطلب تحسين وتطوير العملية أن يكون تأثير الخلط على معدل التفاعل كميًا. ويمكن تشغيل التجارب الآلية الخاضعة للتحكم بالتوازي في نظام مفاعلات مخبرية لإنشاء ارتباط نقل الكتلة، وتوفير وسيلة لضبط منطقة واجهة الغاز/السائل وحجم المفاعل بسرعة. ويؤدي هذا إلى تحقيق الظروف المطلوبة لتوسيع نطاق العملية أو تضييقه.

التخليق الكيميائي
فحص وتحسين الحفز والهدرجة وتخليق البوليمر وعمليات التخليق الكيميائي التفاعلي الأخرى

يكتشف الكيميائيون العاملون في مجال التخليق الكيميائي التفاعلات والعمليات الكيميائية المبتكرة ويطورونها.

البلورة والترسيب
تحسين حجم البلورات والناتج والنقاء

يمكن أن يكون تحسين البلورة والترسيب وتوسيع نطاقهما لإنتاج منتج يلبي باستمرار مواصفات النقاء والناتج والشكل وحجم الجزيئات واحدًا من أكبر التحديات في عملية التطوير.

الدراسات الحركية للتفاعل الكيميائي
دراسة معدلات التفاعل الكيميائي وقياس الخواص الحركية داخل خط الإنتاج

توفر دراسات الخواص الحركية للتفاعل الكيميائي في الموقع فهمًا أفضل لآلية التفاعل والمسار من خلال توفير اعتمادات التركيز لمكونات التفاعل في الوقت الحقيقي. تسمح البيانات المستمرة على مدى التفاعل بحساب قوانين المعدل بعدد أقل من التجارب نظرًا لطبيعة البيانات الشاملة.  يستخدم تحليل الخواص الحركية لتقدم التفاعل (RPKA) البيانات المتوفرة في الموقع تحت التركيزات ذات الصلة التخليقية ويلتقط المعلومات طوال التجربة بالكامل لضمان إمكانية وصف سلوك التفاعل الكامل بدقة.

سلامة العملية الكيميائية
الكشف المبكر عن المخاطر الحرارية وسلامة التصميم في العملية الكيميائية

الكشف المبكر عن المخاطر الحرارية وسلامة التصميم في العملية الكيميائية

درجة الحرارة تؤثر على حجم التبلور وشكله
توسيع نطاق الإثارة والمقادير والبلورة

يمكن أن يؤثر تغيير ظروف النطاق أو الخلط في وعاء التبلور بشكل مباشر على الخواص الحركية لعملية البلورة والحجم البلوري النهائي. من المهم مراعاة تأثيرات نقل الحرارة والكتلة في أنظمة التبريد ومضادات الإذابة على التوالي، حيث يمكن أن تؤدي تدرجات درجة الحرارة أو التركيز إلى عدم التجانس في المستوى السائد من التشبع الفائق.

نقل الحرارة وتوسيع نطاق العملية

يوفر توسيع نطاق العملية الكيميائية من المختبر إلى مرحلة التصنيع نتائج مفيدة فقط مع معاملات نقل الحرارة الدقيقة. يسمح قياس درجة حرارة الغلاف والمفاعل (أثناء إطلاق كمية محددة جيدًا من الحرارة) للباحثين بدقة حساب المقاومة الحرارية التي تستخدم لنمذجة نقل الحرارة وإنشاء تنبؤات هامة للمفاعلات على نطاق أوسع. يعد التفاعل الكالوريمتري ضروريًا لتحديد العوامل التي تؤثر على نقل الحرارة ومعاملات نقل الحرارة لتطوير نماذج لزيادة عرض نطاق المصنع. 

نقل الكتلة ومعدل التفاعل

الخلط هو تقليل عدم تجانس المراحل القابلة للامتزاج أو غير القابلة للامتزاج أو القضاء عليه. يتطلب تحسين وتطوير العملية أن يكون تأثير الخلط على معدل التفاعل كميًا. ويمكن تشغيل التجارب الآلية الخاضعة للتحكم بالتوازي في نظام مفاعلات مخبرية لإنشاء ارتباط نقل الكتلة، وتوفير وسيلة لضبط منطقة واجهة الغاز/السائل وحجم المفاعل بسرعة. ويؤدي هذا إلى تحقيق الظروف المطلوبة لتوسيع نطاق العملية أو تضييقه.

التخليق الكيميائي

يكتشف الكيميائيون العاملون في مجال التخليق الكيميائي التفاعلات والعمليات الكيميائية المبتكرة ويطورونها.

البلورة والترسيب

يمكن أن يكون تحسين البلورة والترسيب وتوسيع نطاقهما لإنتاج منتج يلبي باستمرار مواصفات النقاء والناتج والشكل وحجم الجزيئات واحدًا من أكبر التحديات في عملية التطوير.

الدراسات الحركية للتفاعل الكيميائي

توفر دراسات الخواص الحركية للتفاعل الكيميائي في الموقع فهمًا أفضل لآلية التفاعل والمسار من خلال توفير اعتمادات التركيز لمكونات التفاعل في الوقت الحقيقي. تسمح البيانات المستمرة على مدى التفاعل بحساب قوانين المعدل بعدد أقل من التجارب نظرًا لطبيعة البيانات الشاملة.  يستخدم تحليل الخواص الحركية لتقدم التفاعل (RPKA) البيانات المتوفرة في الموقع تحت التركيزات ذات الصلة التخليقية ويلتقط المعلومات طوال التجربة بالكامل لضمان إمكانية وصف سلوك التفاعل الكامل بدقة.

سلامة العملية الكيميائية

الكشف المبكر عن المخاطر الحرارية وسلامة التصميم في العملية الكيميائية

درجة الحرارة تؤثر على حجم التبلور وشكله

يمكن أن يؤثر تغيير ظروف النطاق أو الخلط في وعاء التبلور بشكل مباشر على الخواص الحركية لعملية البلورة والحجم البلوري النهائي. من المهم مراعاة تأثيرات نقل الحرارة والكتلة في أنظمة التبريد ومضادات الإذابة على التوالي، حيث يمكن أن تؤدي تدرجات درجة الحرارة أو التركيز إلى عدم التجانس في المستوى السائد من التشبع الفائق.

المنشورات

المنتجات ذات الصلة

Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.