Шкала (химия)

Масштаб химического процесса относится к приблизительным диапазонам массы или объема химической реакции или процесса, которые определяют соответствующую категорию химического аппарата и оборудования, необходимых для его выполнения, а также концепции, приоритеты и экономику, которые действуют в каждом из них. Хотя конкретные используемые термины и применимые к ним пределы массы или объема могут различаться в зависимости от конкретной отрасли, эти концепции широко используются в различных отраслях и в фундаментальных научных областях, которые их поддерживают. Использование термина «весы» не связано с концепцией взвешивания; скорее, это связано с родственными терминами в математике (например, геометрическое масштабирование , линейное преобразование , которое увеличивает или сжимает объекты, и параметры масштабирования в теории вероятностей ), а также в прикладных областях (например, в масштабировании изображений в архитектуре, инженерном деле , картографии). , и т. д.).

С практической точки зрения масштаб химических операций также зависит от подготовки, необходимой для их проведения, и его можно разделить примерно следующим образом:

процедуры, выполняемые в лабораторном масштабе , которые включают в себя процедуры, используемые в академических учебных и исследовательских лабораториях при обучении химиков, а также на площадках по открытиям в области химии в промышленности, ^[1]
операции в пилотного завода масштабе , например, выполняемые химиками-технологами , которые, хотя и представляют собой самый низкий уровень производственных операций, примерно в 200–1000 раз больше, чем лабораторные масштабы, и используются для получения информации о поведении каждого химического этапа процесса , который может быть полезен при проектировании реального химического производства;
наборы процедур промежуточного стендового масштаба , в 10–200 раз больше, чем в исследовательской лаборатории, иногда вставленные между двумя предыдущими;
операции в демонстрационном и полномасштабном производстве , размеры которых определяются природой химического продукта, доступными химическими технологиями, рынком продукта и производственными требованиями, где целью первого из них является буквально демонстрация эксплуатационной стабильности. разработанных производственных процедур в течение длительных периодов времени (путем эксплуатации комплекса производственного оборудования со скоростями подачи, предусмотренными для коммерческого производства). ^{[ нужна ссылка ]}

Например, производство антибиотиков класса стрептомицина , в котором сочетались биотехнологические и химические операции, включало использование ферментера емкостью 130 000 литров , что примерно в миллион раз больше, чем микробные встряхивающие колбы, которые использовались в ранних лабораторных исследованиях. ^[2]^[3]

Как уже отмечалось, номенклатура может различаться в зависимости от сектора производства; в некоторых отраслях термины «пилотная установка» и «демонстрационная установка» используются как синонимы.

Помимо определения категории химической аппаратуры и оборудования, необходимых для каждого масштаба, концепций, приоритетов и получаемой экономии, а также набора навыков, необходимых практикующим ученым в каждом масштабе, определение масштаба позволяет провести теоретическую работу до фактической эксплуатации предприятия (например, , определяя соответствующие параметры процесса, используемые при численном моделировании крупномасштабных производственных процессов), и позволяет проводить экономический анализ, который в конечном итоге определяет, как будет происходить производство.

Помимо знаний в области химии и биологии, задействованных в масштабировании проектов и решений, различные аспекты технологического проектирования и математического моделирования, моделирования и исследования операций задействованы .

См. также

Дальнейшее чтение

Р. Дач, Дж. Дж. Сонг, Ф. Рошангар, В. Самстаг и К. Х. Сенанаяке, 2012 г., «Восемь критериев, определяющих хороший процесс химического производства», Org. Процесс Рез. Дев. 16 :1697 и далее , DOI 10.1021/op300144g.
МД Джонсон, С.А. Мэй, Дж.Р. Кэлвин, Дж. Ремакл, Дж.Р. Стаут, В.Д. Дироуд, Н. Заборенко, Б.Д. Хэберле, В.-М. Сан, М.Т. Миллер и Дж. Браннан, «Разработка и масштабирование непрерывной реакции асимметричного гидрирования при высоком давлении, обработка и выделение». Орг. Процесс Рез. Ред. 16 :1017 и далее , DOI 10.1021/op200362h.
М. Левин, редактор, 2011 г., Расширение фармацевтического процесса: лекарства и фармацевтика , 3-е изд., Лондон, Великобритания: Informa Healthcare, ISBN 9781616310011 .
А. А. Десаи, 2011 г., «Производство ситаглиптина: захватывающий рассказ о зеленой химии, интенсификации процессов и промышленном асимметричном катализе», Angew. хим. Межд. Эд. 50 :1974 и далее , DOI 10.1002/anie.201007051.
М. Злокарник, 2006, Расширение масштабов химического машиностроения, 2-е изд., Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH, ISBN 9783527314218 .
MCM Hensing, RJ Rouwenhorst, JJ Heijnen, JR van Dijken и JT Pronk, 1995, «Физиологические и технологические аспекты крупномасштабного производства гетерологичных белков с помощью дрожжей», Antonie van Leeuwenhoek 67 : 261-279.
Карл А. Тиль, 2004, «Биопроизводство: от спада к буму... к пузырю?», Nature Biotechnology 22 :1365-1372, особенно. Таблица 1, DOI 10.1038/nbt1104-1365, см. [2] , по состоянию на 15 февраля 2015 г.
Максимилиан Лакнер, редактор, 2009 г., Расширение масштабов сжигания, Вена, Австрия: Process Engineering GmbH, ISBN 9783902655042 .

Ссылки

^ SD Roughley & AM Jordan, 2011, «Набор инструментов фармацевта: анализ реакций, используемых при поиске кандидатов на лекарства», J. Med. хим. 54 :3451 ff , doi=10.1021/jm200187y;
^ Дэвид А. Хопвуд, 2007, «Стрептомицеты в природе и медицине: производители антибиотиков», Оксфорд, Великобритания: Издательство Орфордского университета, стр. 45, ISBN 0199722285 , см . [1] , по состоянию на 15 февраля 2015 г.
^ MCM Hensing, RJ Rouwenhorst, JJ Heijnen, JR van Dijken и JT Pronk, 1995, «Физиологические и технологические аспекты крупномасштабного производства гетерологичных белков с помощью дрожжей», Антони ван Левенгук 67 : 261-279, особенно. п. 263.

[1] SD Roughley & AM Jordan, 2011, «Набор инструментов фармацевта: анализ реакций, используемых при поиске кандидатов на лекарства», J. Med. хим. 54 :3451 ff , doi=10.1021/jm200187y;

[2] Дэвид А. Хопвуд, 2007, «Стрептомицеты в природе и медицине: производители антибиотиков», Оксфорд, Великобритания: Издательство Орфордского университета, стр. 45, ISBN 0199722285 , см . [1] , по состоянию на 15 февраля 2015 г.

[3] MCM Hensing, RJ Rouwenhorst, JJ Heijnen, JR van Dijken и JT Pronk, 1995, «Физиологические и технологические аспекты крупномасштабного производства гетерологичных белков с помощью дрожжей», Антони ван Левенгук 67 : 261-279, особенно. п. 263.

[1]

[2]

[3]