化学プロセス開発とスケールアップ - メトラー・トレド
化学プロセス開発とスケールアップ

化学プロセス開発とスケールアップ

堅牢性が高く持続可能な化学プロセスを設計し、パイロットプラントおよび実生産へのスケールアップを迅速化

アプリケーション

化学プロセス開発とスケールアップのアプリケーション

ヒートトランスファーとプロセスのスケールアップ
撹拌容器内の熱伝達がプロセスのスケールアップに与える影響

研究室から製造への化学プロセスのスケールアップは、正確な伝熱係数がわかっている場合にのみ有効な結果が得られます。ジャケットとリアクタの(決められた熱量を与えた際に発生する温度差)温度測定によって伝熱係数を正確に計算することができます。これを使用してヒートトランスファーをモデル化し、大規模なリアクタについて重要な予測を行います。反応熱量測定は、製造プラントの帯域幅を最大化するためにヒートトランスファーと伝熱係数に影響を与えるパラメータを確認するうえで不可欠です。 

マストランスファーと反応速度
有機合成が行われているリアクタ内での撹拌と、撹拌が反応速度論およびスケールアップに与える影響

撹拌は、内容物の偏りや不均一相の不均一性を軽減または除去するプロセスです。プロセスのスケールアップと最適化では、撹拌が反応速度に与える影響を定量化する必要があります。複数の実験を自動合成機で平行して実行することにより、マストランスファーの相関関係を確認し、気/液界面領域とリアクタ容積をすばやく最適化する方法を得ることができます。これにより、プロセスのスケールアップやスケールダウンに必要な希望の条件を実現できます。

有機合成
触媒反応、水添反応、ポリマー重合、およびその他の合成操作の最適化とスクリーニング

有機合成に携わっている研究者は日々、革新的な化学反応やプロセスの研究開発を行っています。

晶析操作
結晶化や晶析プロセスを解析しより高度なプロセス開発を実現

純度、収率、形状、粒度の仕様に適合した生成物を製造するための晶析と沈殿のスケールアップと最適化は、プロセス開発の中でも最も大きな課題の1つです。

反応速度論解析
化学反応の速度論解析と反応速度のインライン測定

in situの反応速度論解析では、反応成分の濃度依存性をリアルタイムで示すことにより、反応機構と反応経路の理解を深めることができます。反応開始から終点までの連続的なデータを使用することで、より少ない実験回数で速度論解析を実施することができます。 RPKA(Reaction Progression Kinetics Analysis)では、いくつかの濃度でのin situデータを使用し、実験全体の情報を捕捉することで、完全な反応挙動を正確に記述できます。

化学プロセスの安全
熱的危険性を早期に検知し、安全な化学プロセスを設計

熱的危険性を早期に検知し、安全な化学プロセスを設計

温度が結晶サイズと形状に与える影響
撹拌、試薬添加、晶析のスケールアップ

晶析装置のスケールや混合条件を変更すると、晶析プロセスの反応速度や最終的な結晶サイズに直接影響を及ぼす可能性があります。 熱や物質移動の影響は、冷却システムおよび貧溶媒システムでそれぞれ考慮することが重要です。このようなシステムでは、温度や濃度勾配により過飽和度に不均等性が生じる可能性があるからです。

ヒートトランスファーとプロセスのスケールアップ

研究室から製造への化学プロセスのスケールアップは、正確な伝熱係数がわかっている場合にのみ有効な結果が得られます。ジャケットとリアクタの(決められた熱量を与えた際に発生する温度差)温度測定によって伝熱係数を正確に計算することができます。これを使用してヒートトランスファーをモデル化し、大規模なリアクタについて重要な予測を行います。反応熱量測定は、製造プラントの帯域幅を最大化するためにヒートトランスファーと伝熱係数に影響を与えるパラメータを確認するうえで不可欠です。 

マストランスファーと反応速度

撹拌は、内容物の偏りや不均一相の不均一性を軽減または除去するプロセスです。プロセスのスケールアップと最適化では、撹拌が反応速度に与える影響を定量化する必要があります。複数の実験を自動合成機で平行して実行することにより、マストランスファーの相関関係を確認し、気/液界面領域とリアクタ容積をすばやく最適化する方法を得ることができます。これにより、プロセスのスケールアップやスケールダウンに必要な希望の条件を実現できます。

有機合成

有機合成に携わっている研究者は日々、革新的な化学反応やプロセスの研究開発を行っています。

晶析操作

純度、収率、形状、粒度の仕様に適合した生成物を製造するための晶析と沈殿のスケールアップと最適化は、プロセス開発の中でも最も大きな課題の1つです。

反応速度論解析

in situの反応速度論解析では、反応成分の濃度依存性をリアルタイムで示すことにより、反応機構と反応経路の理解を深めることができます。反応開始から終点までの連続的なデータを使用することで、より少ない実験回数で速度論解析を実施することができます。 RPKA(Reaction Progression Kinetics Analysis)では、いくつかの濃度でのin situデータを使用し、実験全体の情報を捕捉することで、完全な反応挙動を正確に記述できます。

化学プロセスの安全

熱的危険性を早期に検知し、安全な化学プロセスを設計

温度が結晶サイズと形状に与える影響

晶析装置のスケールや混合条件を変更すると、晶析プロセスの反応速度や最終的な結晶サイズに直接影響を及ぼす可能性があります。 熱や物質移動の影響は、冷却システムおよび貧溶媒システムでそれぞれ考慮することが重要です。このようなシステムでは、温度や濃度勾配により過飽和度に不均等性が生じる可能性があるからです。

関連文書

化学プロセス開発とスケールアップに関する資料

ホワイトペーパーおよびガイド

温度上昇によるリスク(日本語版)
化学プロセスのスケールアップでは、反応による温度変化とそれにともなう蓄熱を把握することがプロセスの安全性にとって重要になります。
効果的な実験計画法についての検討(日本語版)
このホワイトペーパーでは、実験計画法アプローチについて説明するとともに、これを用いてパラメータ同士の影響を特定する方法や、結果(生産性・選択性・不純物の量)が理想的な数値に達する最適な条件の決定手法についてご紹介します。
ファインケミカルの研究開発やスケールアップ検討における安全な無人試薬添加(日本語版)
Grünenthal社のプロセス研究開発部門では、自動試薬添加や大きな発熱を伴う反応の無人実行を採用することで、人件費を増加せずに生産性を向上させました。
化合物の革新的な合成手法(日本語版)
有機化学の進歩により研究者は化合物の研究開発を広げ、プロセスの条件を最適化できるようになりました。新しいホワイトペーパーでは、製薬企業が新しい合成手法を導入した4つのケーススタディを紹介します。
反応熱量測定ガイドのご紹介(日本語版)
熱量情報は、化学反応をラボから工場に安全に移管する方法を決定するのにきわめて重要です。 この反応熱量測定に関するガイドでは、熱量測定技術をプロセスに導入し、プロセスの安全性に関する重要な情報を得る方法をご紹介します。

引用

ReactIR Citation List
Continuous measurements from infrared spectroscopy are widely used for obtaining reaction profiles, which are used to calculate reaction rates. This...

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