Масштабирование в лабораторных условиях и правила производственного процесса

Thread Content

Цель пилотного масштабирования — проверка, пересмотр и совершенствование условий реакции, определенных в лабораторных испытаниях, а также изучение конструкции, материалов, способов установки и планировки цехов для промышленного производства. Это необходимо для получения данных, связанных с качеством продукции и расходами, которые будут использоваться при полноценном производстве. Раздел первый. Объекты исследований в области пилотного масштабирования. I. Обзор технологического процесса — В производственном процессе все факторы, которые напрямую влияют на порядок и условия химических синтетических реакций или биосинтетических процессов (соотношение компонентов, температура, время реакции, способ перемешивания, методы постобработки и условия очистки и т. д.), называются технологическими условиями. Остальные процессы становятся вспомогательными процессами. II. Важность и особенности масштабирования в лабораторных условиях После завершения исследований процесса производства лекарственных средств в лабораторных условиях, то есть после того, как схема производства определена, обычно необходимо провести масштабирование в лабораторных условиях в 50–100 раз по сравнению с масштабом небольших экспериментов. Это делается для дальнейшего изучения закономерностей изменения условий реакции в устройствах определенного размера, а также для решения проблем, которые не удалось решить на этапе лабораторных испытаний или которые еще не были выявлены. Для разработки новых лекарственных средств также требуется определенное количество образцов для проведения клинических испытаний, а также для контроля качества препаратов и хранения образцов в целях наблюдения. В зависимости от дозы препарата и продолжительности курса лечения обычно требуется количество в размере 2–10 кг, что в обычных лабораторных условиях трудно осуществить. После определения технологического процесса каждый этап химической или биосинтетической реакции не будет существенно меняться под влиянием различий между лабораторными, пилотными и крупномасштабными условиями производства. Однако оптимальные условия для каждого этапа могут потребовать корректировки в зависимости от масштаба экспериментов, оборудования и других внешних факторов. Методы масштабирования в лабораторных условиях включают метод экспериментального масштабирования, метод аналогичного масштабирования и метод математического моделирования. Метод усиления на основе опыта — заключается в постепенном усилении с использованием опыта (экспериментальные устройства, промежуточные устройства, устройства среднего размера, крупные устройства) для выявления характеристик реактора. В исследованиях технологии синтеза лекарственных препаратов для масштабирования на промышленном уровне в основном используется метод эмпирического масштабирования, который является также основным методом в химических исследованиях. Метод аналогичного увеличения — в основном использует теорию аналогий для увеличения. Используется в физических процессах, имеет определенные ограничения. (Нелинейный) метод математического моделирования для увеличения — метод увеличения с применением компьютерных технологий, который является основным направлением развития в будущем. III. Исследования по масштабированию в промышленных условиях 1. Пересмотр технологического процесса Как правило, методы элементарных реакций и технологический процесс должны быть определены на этапе лабораторных испытаний. На этапе масштабирования в лабораторных условиях определяются конкретные процессуальные операции и условия, необходимые для промышленного производства. Однако, когда при масштабировании процесса в промышленных условиях выявляются серьезные проблемы, которые трудно преодолеть, необходимо пересмотреть лабораторную схему процесса и скорректировать его параметры. 2. При начале масштабирования на промышленном уровне необходимо учитывать материал и тип всех необходимых устройств, а также оценивать их подходящесть. Особое внимание следует уделить выбору материала для устройств, которые контактируют с коррозионными веществами. 3. Исследование типа миксера и скорости перемешивания. В процессах синтеза лекарственных веществ большинство реакций являются неоднородными, причем у них значительная тепловая энергия. В лабораторных условиях, благодаря небольшому объему материала, эффективность перемешивания высока, поэтому проблемы тепло- и массообмена не проявляются так явно. Однако при масштабировании до промышленных размеров из-за снижения эффективности перемешивания проблемы тепло- и массообмена становятся более заметными. Поэтому при масштабировании до промышленных размеров необходимо с учетом свойств материалов и особенностей реакции тщательно изучать тип миксера, а также оценивать влияние скорости перемешивания на ход реакции. Особенно при неравномерных твердо-жидких реакциях необходимо выбирать такой тип миксера и соответствующую скорость перемешивания, которые соответствуют требованиям реакции. 4. Дальнейшее исследование условий реакции. Оптимальные условия реакции, полученные на лабораторном этапе, не обязательно соответствуют требованиям, предъявляемым при масштабировании процесса в промышленных условиях. Следует провести углубленные экспериментальные исследования основных факторов, влияющих на процесс, таких как скорость подачи реагентов в процессе экзотермической реакции, площадь теплообмена и коэффициенты теплообмена в реакционном резервуаре, а также характеристики хладагента. Необходимо выяснить закономерности их изменения в пилотных установках, чтобы определить более подходящие условия для проведения реакции. 5. Определение технологического процесса и способов оперирования на этапе масштабирования в лабораторных условиях требует учета того, что с увеличением объема обрабатываемого материала необходимо также подобрать способы реакции и последующей обработки, соответствующие требованиям промышленного производства. Особое внимание следует уделить сокращению количества этапов и упрощению процедур. 6. Контроль качества сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов 1) Определение физических свойств сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов, а также химико-технологических параметров. 2) Установление стандартов качества сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов. Раздел второй. Баланс массы. Баланс массы является одним из самых основных и важных аспектов в химических расчетах. Оно также является основой для расчета энергетического баланса. Благодаря балансу материалов можно глубоко проанализировать производственный процесс, получить количественное представление о всем его ходе. Это позволяет определить нормы потребления сырья и выявить степень использования материалов ； Узнать, достигнут ли оптимальный уровень выхода продукта, и какой потенциал ещё имеет производственная мощность оборудования ； Соответствует ли производственная мощность оборудования и т. д. I. Теоретические основы баланса веществ. Баланс веществ — это изучение изменений количества и состава веществ, поступающих в систему и выходящих из нее, то есть баланса веществ. Так называемая система — это область балансировки материалов; она может представлять собой одно устройство или несколько устройств, одну операцию или весь химический процесс. Теоретической основой баланса материалов является закон сохранения массы: количество материала, поступающего в реактор, – количество материала, выходящего из реактора, – количество материала, претерпевшего превращение внутри реактора = количество материала, накопившегося в реакторе. В химических реакционных системах превращение веществ происходит согласно законам химических реакций; количественные соотношения превращения веществ можно определить на основе уравнений химических реакций. II. Определение основы для расчета баланса материалов и срока эксплуатации оборудования в год
1. В качестве основы для расчета баланса материалов обычно используются следующие параметры:
1) Основа, основанная на каждой партии продукции, применяется при интермитентной эксплуатации оборудования, а также при расчете баланса материалов для стандартного или типового оборудования. Интермитентный способ производства химических фармацевтических продуктов является наиболее распространенным. 2) Исходя из единицы времени, применяется для балансировки материалов в устройствах, работающих непрерывно. 3) На основе количества продукции в килограммах определяются нормы расхода сырья и материалов. 2. Время эксплуатации оборудования в год: Обычно считается, что в течение года оборудование работает в нормальном режиме 330 дней, а оставшиеся 36 дней отводятся на техническое обслуживание оборудования. III. Сбор данных для расчетов и информации, необходимой для балансировки веществ 1. Сбор данных для расчетов: соотношение компонентов реагентов, концентрация, чистота или состав сырья, вспомогательных материалов, полуфабрикатов, готовой продукции и побочных продуктов, общий выход продукции на производстве, выход на каждом этапе производства, степень преобразования. 2. Коэффициент преобразования для того или иного компонента — это отношение количества вещества, потребленного реагентами, к общему количеству вещества, введенного в реакцию; это отношение и называется коэффициентом преобразования данного компонента. Обычно указывается в процентах. 3. Выход (производительность) — это отношение фактического количества полученного важного продукта к теоретическому количеству, рассчитанному на основе используемых исходных материалов; также выражается в процентах. IV. Общий коэффициент выхода на производстве. Общий коэффициент выхода на производстве равен произведению коэффициентов выхода для каждого отдельного этапа производства. V. Шаги расчета материалов 1) Сбор основных данных, необходимых для расчета. 2) Укажите уравнения химических реакций, включая основные и вспомогательные реакции ； Нарисуйте схему процесса с учетом заданных условий. 3) Выбор основы для расчета материалов. 4) Проведение расчетов баланса материалов. 5) Составление таблицы баланса материалов: (1) Таблица баланса входящих и исходящих материалов; (2) Таблица объемов выбросов трех видов отходов; (3) Расчет норм потребления сырья и вспомогательных материалов (в кг). Раздел третий. Технологические процессы производства. Для производства одного лекарственного препарата может использоваться несколько различных технологических процессов, но среди них обязательно есть такой процесс, который при определенных условиях является наиболее рациональным, экономичным и способствует обеспечению стабильного веса готового продукта. Когда все аспекты такого производственного процесса описываются в письменной форме, это называется технологическим регламентом производства. Регламент производственного процесса является важным документом, руководящим производством, а также основой для организации и управления им ； Это даже является сокровенной тайной промышленных предприятий. Современные технологические процедуры являются результатом совместных усилий инженеров, рабочих и руководителей предприятий. Они относятся к категории интеллектуальной собственности. Необходимо активно заниматься подачей заявок на патенты, чтобы защитить законные интересы изобретателей и предприятий. I. Основные функции правил производственного процесса
1. Правила производственного процесса являются руководящими документами для организации промышленного производства. Только на основе этих правил можно планировать и координировать процесс производства, что позволяет выполнять задачи в соответствии с установленными планами. 2. Регламенты производственного процесса также служат основой для подготовки к производству. 3. Кроме того, регламенты производственного процесса представляют собой основные технические условия для строительства или расширения производственных цехов или заводов.

II. Исходные данные и основное содержание при разработке регламентов производственного процесса

Для разработки регламентов производственного процесса необходимы следующие исходные данные и элементы, входящие в их состав: 1) Описание продукта: указываются характеристики продукта, его фармакологическое действие и т. д. Включает в себя: (1) Название (торговое название, химическое название, английское название) ； (2) Химическая структура, формула молекулы, молярная масса ； (3) Характеристики (физико-химические свойства) ； (4) Стандарты качества и методы контроля (методы идентификации, методы точного количественного анализа, методы проверки на наличие примесей и методы определения максимально допустимого содержания примесей и т. д.) ； （5）Фармакологическое действие, токсические побочные эффекты (нежелательные реакции), применение (показания, способ применения) ； (6) Упаковка и хранение. 2) Процессы химической реакции классифицируются на химический синтез или биосинтез; необходимо описать основные реакции, вспомогательные реакции (например, подготовку катализаторов, обработку побочных продуктов, их восстановление и повторное использование) и принципы их протекания. Также необходимо включить методы контроля конца реакции и методы быстрой диагностики. 3) Технологический процесс основан на химических реакциях, происходящих в ходе его выполнения; с помощью диаграмм описываются такие физико-химические процессы, как охлаждение, нагревание, фильтрация, дистилляция, экстракция и разделение, нейтрализация, очистка и т. д. 4) Список оборудования: наименование должности, наименование оборудования, характеристики, количество (объем, производительность), материал, мощность двигателя и т. д. 5) Процесс работы оборудования и его техническое обслуживание: схема процесса представляет собой диаграмму, на которой показаны взаимосвязи между различными устройствами в процессе производства. 6) Расчет рабочего времени и производственного цикла: указание названий операций на каждой должности и времени их выполнения. 7) Стандарты качества сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов приводятся в таблице по наименованию должности, названию сырья, молекулярной формуле, молекулярной массе и характеристикам. 8) Соотношение ингредиентов в процессе производства ； Технологические операции ； Основные технологические условия и их описание ； Промежуточные продукты в процессе производства, их физико-химические свойства и контроль конца реакции ； Методы постобработки и выход продукта и т. д. 9) Технико-экономические показатели производства: производственные мощности (в годах, месяцах) ； Промежуточные продукты, выход готового продукта, пошаговый выход и общий выход продукта, методы расчета выхода ； Производительность труда и затраты ； Нормы расхода сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов. 10) Техническая безопасность, противопожарная и взрывобезопасная защита
11) Использование основного оборудования и правила техники безопасности
12) Методы контроля качества готовой продукции, промежуточных продуктов и сырья
13) Комплексное использование ресурсов и обработка трех видов отходов