流動(dòng)化學(xué)技術(shù)是基于微反應(yīng)器等連續(xù)反應(yīng)器技術(shù)而產(chǎn)生的新的合成工藝技術(shù),在原料藥合成及精細(xì)化工等于制藥增產、原料藥集成應用、化工推動並實現、精細(xì)化工重要組成部分、石化等領(lǐng)域領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注,在少部分合成過程已經(jīng)得到了應(yīng)用明確了方向,被認(rèn)為是改變制藥過程的下一代綠色技術(shù)之一長遠所需。但是相比于傳統(tǒng)的釜式合成過程,流動(dòng)化學(xué)技術(shù)具有過程控制和設(shè)備精度要求高的特點(diǎn)交流研討,傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備均不能滿足要求更加完善,一般實(shí)驗(yàn)室想開展流動(dòng)化學(xué)相關(guān)研究十分困難。而國外進(jìn)口成套流動(dòng)化學(xué)設(shè)備動(dòng)輒上百萬建設應用,且靈活性較差支撐作用,無法靈活改變模塊,適用不同體系研發(fā)要求動力。針對這些問題同時,具有多年連續(xù)輸送泵和分析儀器生產(chǎn)經(jīng)營的歐世盛公司跟國內(nèi)微反應(yīng)器研究的清華大學(xué)微化工課題組流動(dòng)化學(xué)方向的研究老師通力合作,隆重推出Flow Lab(Flow Chemistry Lab效高性,即流動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室)系列產(chǎn)品模式,為相關(guān)大學(xué)和企業(yè)開展流動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究提供更強(qiáng)有力的工具。
一 微反應(yīng)器的選擇
流動(dòng)化學(xué)中連續(xù)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)其功能的核心提升。但是連續(xù)反應(yīng)器它是根據(jù)不同的反應(yīng)類型和需求來定制化的產(chǎn)品高品質,不是商品化的產(chǎn)品,在摸索工藝之前要搞清楚連續(xù)反應(yīng)的工藝原理支撐能力,要在溫度資源優勢、壓力、物料流速特征更加明顯、反應(yīng)停留時(shí)間等幾個(gè)維度上進(jìn)行條件摸索估算,后定型一個(gè)適合自己的反應(yīng)器。建議用戶跟相關(guān)微反應(yīng)器研究和生產(chǎn)的廠家或者大學(xué)進(jìn)行合作的可能性,購買或者定制合適的連續(xù)反應(yīng)器不要畏懼。
二 輸液泵的選擇
在相應(yīng)的流動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,連續(xù)穩(wěn)定的物料流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)流動(dòng)化學(xué)特性的基礎(chǔ)問題,而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中由于化學(xué)物料的復(fù)雜性逐漸顯現,經(jīng)常容易出現(xiàn)泵進(jìn)料流量不準(zhǔn),得到的數(shù)據(jù)結(jié)果也無法使用緊密相關。目前更默契了,用戶供料用的泵絕大多數(shù)用的都是液相高壓平流泵先進技術,這種泵由于前段的機(jī)械單向閥的微小間隙通道限制,導(dǎo)致供液過程中的固體沉積堆積在寶石球周圍不合理波動,出現(xiàn)間歇供液或停止供液的現(xiàn)象宣講手段,粘性或帶有懸浮顆粒的物料更容易出現(xiàn)這種情況,從而導(dǎo)致不能準(zhǔn)確進(jìn)料表示,也就無法做準(zhǔn)確的條件摸索全面闡釋,強(qiáng)酸濃酸等溶液更是無法供液,因此業(yè)界才有了“輸液泵限制了流動(dòng)化學(xué)發(fā)展”的說法競爭力所在。因此引人註目,做流動(dòng)化學(xué)急需一臺(tái)泵,能平穩(wěn)無脈動(dòng)溝通機製、大流量好宣講、耐壓、耐腐蝕領先水平、耐高溫、耐粘稠顆粒的輸液泵。針對這個(gè)問題戰略布局,北京歐世盛公司(以下簡稱公司)在2018年開始了研發(fā)工作事關全面,經(jīng)過一年的研發(fā)攻關(guān),公司在2019年3月份成功研發(fā)出了核心部件---切換閥狀態,基于該部件公司推出了這款雙注射器注射泵(圖2)技術節能,從而實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)泵可以輸供絕大部分所有物料的世界性難題。
圖2 無閥雙注射高壓恒流泵
三 背壓閥的選擇
解決了泵的問題廣泛認同,若想實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器中的恒流恒壓還需要解決反應(yīng)器后端的背壓閥問題國際要求,目前用戶所用的背壓閥基本為手動(dòng)背壓閥,手動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)器中的微小壓力變化數(shù)值費(fèi)時(shí)費(fèi)力共同努力,因調(diào)節(jié)滯后而造成條件不準(zhǔn)和物料浪費(fèi)行業內卷。針對這個(gè)問題追求卓越,公司在2018年8月份成功開發(fā)出全自動(dòng)背壓調(diào)節(jié)器(圖3)逐漸完善,可與供料泵實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng),保證反應(yīng)器中的恒流恒壓環(huán)境合理需求,使條件摸索的準(zhǔn)確度和效率大幅提高是目前主流。
圖3 全自動(dòng)背壓閥
四 合成物料的檢測驗(yàn)證
在實(shí)際操作流動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,在合成物料流出背壓閥的時(shí)候高質量,需要取樣采用液相色譜儀充分發揮、氣相色譜儀等進(jìn)行檢測分析,至少需要1-2個(gè)小時(shí)才能看到檢測結(jié)果管理,導(dǎo)致條件摸索的過程繁瑣而漫長設計,。而如果在背壓閥后端串聯(lián)一臺(tái)在線檢測器,對每次更換條件的結(jié)果做在線監(jiān)測優化程度,則可以讓實(shí)驗(yàn)效率大大提高積極性,據(jù)此,公司與清華相關(guān)老師團(tuán)隊(duì)充分交流后不斷豐富,根據(jù)不同反應(yīng)中的官能團(tuán)特性實施體系,開發(fā)出了在線紫外可見檢測器(圖4),在線傅里葉近紅外檢測器和在線拉曼檢測器各有優勢,從而使條件摸索的效率大幅提高效果較好。
圖4 在線紫外可見檢測器
在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)過在線檢測器的分析檢測后持續,需要保留一些有價(jià)值樣本做氣相或液相檢測等多個領域,通常這種情況都需要人工值守接樣,經(jīng)常需要值守?cái)?shù)個(gè)小時(shí)產品和服務,操作繁瑣提供了有力支撐。根據(jù)這個(gè)需求,公司開發(fā)了100位進(jìn)樣瓶的全自動(dòng)在線樣品收集系統(tǒng)(圖5)前景,除了能夠根據(jù)時(shí)間和數(shù)量的維度收集外進一步意見,還有在線稀釋、分瓶等功能共享應用,待收集工作結(jié)束后直接放在氣相或液相的自動(dòng)進(jìn)樣器中檢測生產能力。至此,一個(gè)完整的連續(xù)流實(shí)驗(yàn)結(jié)束了示範推廣。
圖5 全自動(dòng)在線樣品收集器
五 實(shí)驗(yàn)過程分析與方法建立
用戶在做連續(xù)流工藝開發(fā)過程時(shí)堅持好,是需要做大量的條件摸索實(shí)驗(yàn)的,其中產(chǎn)生了大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果大幅增加,每次實(shí)驗(yàn)還需要調(diào)節(jié)各個(gè)設(shè)備模塊的參數(shù)特性,這樣,有一套智能管理軟件等特點,來實(shí)時(shí)顯示所有硬件模塊的工作狀態(tài)并進(jìn)行遠(yuǎn)程管理建言直達,對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析,篩選出條件或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)將進一步,從而建立工藝方案充分發揮。公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將公司的所有產(chǎn)品都做了網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議和接口設(shè)置,并研發(fā)出一套流動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)軟件(圖6)成就,滿足上述所有需求重要方式。
圖6 管理軟件
以上幾個(gè)模塊的組成即構(gòu)成了一個(gè)完整的Flow Lab(圖7),用戶可以根據(jù)自己的反應(yīng)類型將物料輸入進(jìn)行微反應(yīng)實(shí)驗(yàn)了研究進展,由于解決了供料泵的瓶頸和自動(dòng)化流程操控的問題無障礙,將使用戶的條件摸索變得快速準(zhǔn)確連日來,更好的完成工藝開發(fā)等研發(fā)工作。
圖7 完整Flow Lab組成模塊圖
六 流動(dòng)技術(shù)的增值解決方案
在流動(dòng)化學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天認為,利用流動(dòng)化學(xué)技術(shù)將特定的危險(xiǎn)反應(yīng)或慢反應(yīng)轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化意向、儀器化裝備,同時(shí)利用流動(dòng)化學(xué)技術(shù)開發(fā)新型的分析檢測平臺(tái)成了科學(xué)家們的下一個(gè)目標(biāo)文化價值。加氫反應(yīng)是原料藥形式、染料和農(nóng)藥等行業(yè)普遍需要進(jìn)行的反應(yīng)過程。該反應(yīng)過程通常采用高壓加氫釜不斷完善,具有操作繁瑣數字化、過程危險(xiǎn)性高和收率低等問題。清華大學(xué)化工系針對加氫過程開展了深入的研究基礎上,其具有的微反應(yīng)加氫技術(shù)18年已在原料藥合成行業(yè)獲得成功應(yīng)用各領域,其微反應(yīng)器加氫技術(shù)已能達(dá)到單套500噸/年的產(chǎn)能。針對這些反應(yīng)過程保持競爭優勢,公司獲得清華大學(xué)微反應(yīng)加氫技術(shù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備許可進行培訓,與清華合作推出了戰(zhàn)略合作成果---全自動(dòng)加氫反應(yīng)儀!它是業(yè)界*工藝可放大的全自動(dòng)加氫反應(yīng)儀(圖8)長效機製,具有液體和氣體自動(dòng)輸送和監(jiān)控法治力量,壓力自動(dòng)調(diào)節(jié),可連接在線分析模塊分享、全程軟件控制等功能共享,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)加氫工藝條件和催化劑的快速篩選。同時(shí)方式之一,該儀器的放大版可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)櫥內(nèi)的加氫產(chǎn)品公斤級定制生產(chǎn)生動,讓加氫反應(yīng)從此變得安全、創新能力、節(jié)能新品技。
圖8 全自動(dòng)加氫反應(yīng)儀
公司后續(xù)將繼續(xù)與清華大學(xué)化工系流動(dòng)化學(xué)團(tuán)隊(duì)密切合作,陸續(xù)推出基于流動(dòng)化學(xué)技術(shù)而衍生出的多種儀器化解決方案求得平衡,讓此類儀器成為Flow Lab的重要組成部分紮實做,通過硬科技的手段讓用戶的化學(xué)實(shí)驗(yàn)更、更安全領先水平!讓Flow Lab成為合成工藝的中心實(shí)驗(yàn)室雙向互動。