W przemyśle chemicznym i farmaceutycznym najczęściej opracowuje się i skaluje oraz realizuje procesy cykliczne lub półciągłe. Skalowanie procesu polegające na przeniesieniu procesu ze skali laboratoryjnej do skali przemysłowej stanowi poważne wyzwanie i najczęściej związane jest z wieloma problemami mającymi związek z:
- Przenoszeniem ciepła
- Wydajnością chłodzenia
- Akumulacją reagentów
- Mieszaniem
- Przenoszeniem masy
Chociaż do pewnego stopnia przydaje się doświadczenie pracowników i dane empiryczne, to poznawanie procesów chemicznych oznacza udział wielu dyscyplin, takich jak charakteryzowanie wyposażenia, badanie termodynamiki, badanie wpływu mieszania i przenoszenia masy oraz badanie kinetyki reakcji i potencjalnych zagrożeń.
Odprowadzanie ciepła w reaktorze z mieszaniem ma decydujące znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa i wydajności procesu, natomiast czas jego trwania często determinuje przenoszenie ciepła. Jeśli opór cieplny i szybkość reakcji są znane jedynie w przybliżeniu, należy stosować szerokie marginesy bezpieczeństwa. Konsekwencją tego jest wydłużenie czasu trwania procesu, a zatem i pogorszenie jego wydajności. W związku z tym, do dokładnego prognozowania lub symulowania warunków przenoszenia ciepła w reaktorze wykorzystywane są modele skalowania. Stosuje się empiryczne korelacje z wartościami charakterystycznymi w celu uproszczenia skomplikowanych równań różniczkowych opisujących układ. W nocie aplikacyjnej opisano sposób w jaki kalorymetria reakcyjna umożliwia dokładny pomiar oporów cieplnych oraz ciepła uwalnianego podczas reakcji w warunkach laboratoryjnych.
W przemyśle farmaceutycznym i chemicznym procesy wsadowe lub półproduktowe są najczęściej stosowane w procesie rozwoju, rozbudowy i produkcji. Skalowanie procesu od laboratorium do zakładu jest wyzwaniem i wiąże się z licznymi problemami, w tym z wieloma innymi:
- Transfer ciepła
- Wydajność chłodzenia
- Reaktywna akumulacja
- Mieszanie
- Przeniesienie masy
Chociaż osobiste doświadczenia i dane empiryczne mogą być w pewnym stopniu wykorzystane, badanie procesów chemicznych wymaga zaangażowania wielu dyscyplin, takich jak charakterystyka sprzętu, badanie termodynamiki, badania mieszania i masowego transferu, a także badania kinetyki reakcji i potencjału niebezpiecznego.
Rozproszenie ciepła w reaktorze mieszanego zbiornika ma decydujące znaczenie dla bezpieczeństwa i efektywności procesu, a czasy produkcji są często określane przez transport ciepła. Jeżeli opory cieplne i szybkość reakcji są w przybliżeniu znane, należy zastosować duże marginesy bezpieczeństwa. Powoduje to zwiększenie ilości cykli wsadowych i zmniejsza wydajność procesu. Dzięki temu modele skalowania wykorzystywane są do przewidywania lub symulowania warunków wymiany ciepła w reaktorze zakładowym z jak największą dokładnością. W celu uproszczenia skomplikowanych równań różniczkowych opisujących układ stosuje się korelacje empiryczne z wartościami charakterystycznymi. Niniejsza nota aplikacyjna opisuje, w jaki sposób kalorymetria reakcji zapewnia dokładny pomiar oporów cieplnych i ciepła wydzielanego w wyniku reakcji w laboratorium.
