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讓我們一同了解，巴斯夫如何與康寧®Advanced-FlowTM反應(yīng)器技術(shù)合作，成功地將農(nóng)用化學(xué)品領(lǐng)域的一種創(chuàng)新型化學(xué)品，從實(shí)驗(yàn)室階段順暢地過(guò)渡到中試規(guī)模，更在僅僅八周的時(shí)間里，就生產(chǎn)出了數(shù)百公斤的這種新穎化合物。
通過(guò)Corning新設(shè)立的業(yè)務(wù)部門AFPT，康寧團(tuán)隊(duì)充分利用公司的服務(wù)優(yōu)勢(shì)，為巴斯夫提供了專業(yè)的化學(xué)制造、統(tǒng)計(jì)分析和連續(xù)流動(dòng)技術(shù)支持，不僅滿足了客戶的需求，更充分展示了AFR的性能。
近期，巴斯夫在其實(shí)驗(yàn)室中，借助康寧的AFR低流量反應(yīng)器，成功開發(fā)了一種包含硝化步驟的新型化學(xué)合成工藝。在完成這一創(chuàng)新工藝的開發(fā)后，巴斯夫期望能找到一種快速方案，以便在短短八周內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)工藝的規(guī)模化，并生產(chǎn)出300公斤的新型化合物，為下游工藝和深入評(píng)估做好準(zhǔn)備。
圖1 巴斯夫和康寧AFR合作， 為農(nóng)化行業(yè)無(wú)縫放大生產(chǎn)一種新的化學(xué)品合成工藝
在短短四周內(nèi)放大具有挑戰(zhàn)性的硝化工段
采用傳統(tǒng)的間歇釜式生產(chǎn)方法生產(chǎn)大量新型化合物可能具有不確定性，并且耗時(shí)較長(zhǎng)，因?yàn)樾枰度氪罅烤?lái)全面優(yōu)化該流程，以確保能夠持續(xù)生產(chǎn)出與初步實(shí)驗(yàn)室規(guī)模反應(yīng)相匹配的高質(zhì)量產(chǎn)品。此外，生產(chǎn)過(guò)程中包含的硝化步驟需要極其精細(xì)的控制。硝化反應(yīng)具有強(qiáng)烈的放熱性，需要在整個(gè)過(guò)程中對(duì)混合和溫度進(jìn)行精確管理——而流動(dòng)化學(xué)技術(shù)非常適合應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
在四周內(nèi)生產(chǎn)300公斤新型化合物
相較于傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)，流動(dòng)化學(xué)技術(shù)不僅采用了更為安全的技術(shù)手段，而且能夠在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量新型化合物的無(wú)縫放大生產(chǎn)。
為了更好地理解化學(xué)開發(fā)過(guò)程，康寧AFR團(tuán)隊(duì)在AFR低流量反應(yīng)器上重復(fù)了巴斯夫的初步結(jié)果。然后，該團(tuán)隊(duì)制定了一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)計(jì)劃，以在康寧G1反應(yīng)器中優(yōu)化該新工藝。DOE優(yōu)化計(jì)劃旨在尋求停留時(shí)間、摩爾比和反應(yīng)溫度優(yōu)化，這些因素都對(duì)最終化合物的產(chǎn)能和生產(chǎn)成本產(chǎn)生直接影響?；谶@些知識(shí)，康寧團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)數(shù)學(xué)模型并模擬了新的生產(chǎn)工藝。
憑借多年來(lái)從數(shù)百個(gè)已安裝的工業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)中獲得的專業(yè)知識(shí)，該團(tuán)隊(duì)為這一新工藝創(chuàng)建了一個(gè)優(yōu)化配置，該配置需要兩個(gè)康寧G1SiC流體模塊進(jìn)行反應(yīng)，并需要一個(gè)額外的G1SiC流體模塊進(jìn)行快速淬滅。然后，康寧團(tuán)隊(duì)使用巴斯夫認(rèn)可的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量。
圖2：最終裝置設(shè)置需要兩個(gè)康寧G1模塊用于反應(yīng)和一個(gè)模塊用于快速淬滅。
圖3：通過(guò)響應(yīng)曲面法驗(yàn)證了新工藝的全 面優(yōu)化
康寧與巴斯夫利用康寧的G1生產(chǎn)系統(tǒng)，在四周內(nèi)高效交付了一個(gè)優(yōu)化工藝。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用這一優(yōu)化工藝生產(chǎn)了300公斤新型化合物以供評(píng)估，與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)相比，收率提高了約4%。與間歇釜式生產(chǎn)相比，使用AFR系統(tǒng)生產(chǎn)的最終化合物的純度要高出幾個(gè)百分點(diǎn)，并且具有更好的穩(wěn)定性。此外，AFR團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果，還囊括了基于響應(yīng)曲面法的統(tǒng)計(jì)分析?？祵巿F(tuán)隊(duì)能夠證明，數(shù)學(xué)模型對(duì)起始物料和產(chǎn)品的理論預(yù)測(cè)和實(shí)際結(jié)果差異小于1%，這直接實(shí)現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)。
與實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段相比，利用本質(zhì)上更安全的連續(xù)流動(dòng)技術(shù)，康寧按時(shí)生產(chǎn)了數(shù)百公斤巴斯夫的新型化合物，并且產(chǎn)量有所提高。盡管還有很多工作要做，但康寧和巴斯夫慶祝了這一成功，并正在共同努力探索更多合作機(jī)會(huì)。
康寧連續(xù)制藥和巴斯夫團(tuán)隊(duì)合影
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