内容发布更新时间 : 2024/5/21 18:39:10星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

浅谈有机合成反应的工业化放大

在参照相关化学工业专业书籍及结合自身工作中的经验，介绍一种有机合成釜式反应器工业化放大的方法。

工业化放大的根本目的是在工业化装置上实现小试的收率和质量,可实际上往往达不到理想的程度。这种偏差就要求我们要研究实验室装置与工业化设备,根据化学反应阶段，关键在： 一、温度梯度、浓度梯度

宏观上，工业化的温度梯度和加料方式与实验室相同，似乎温度效应、浓度效应也应完全一致，其实不然。微观上，受混合状态（滴液未及时分散）不同，温度梯度与浓度梯度（滴液点处局部过浓，局部过热）存在着差异。也就是说，工业化放大的成败很大程度上取决于滴液点处温度梯度和浓度梯度的解决。必须解决好以下几点：

1、良好的搅拌。使物料浓度、温度均匀分布。

2、将滴液导流至搅拌直径最大处。在反应釜内不同位置液体的流速不同，其搅拌直径最大处即是流速最大处，也是混合最佳处。这就要求我们在滴液口一定要设导流管将滴液引至该处或稍偏外一点。

3、减小液滴，实现好的分布。小试往往优于工业化放大，这是因为在一定扩散速度的流体中，滴入小液滴较滴入大液滴更容易扩散。因此在工业化装置中往往采用喷雾的方式滴加液体物料。

4、降低滴液温度减小局部过热。滴液的温度不高于反应温度，较低的滴液温度能吸收一部分反应放热而减轻局部过热，对于避免因放热反应导致的局部过热是非常重要的措施。

5、反应温度实行低限控制。对于一个具体的化学反应来说，一般有一个最佳温度控制范围（如-95℃～-85℃），假设滴液点温度高于反应主体温度10℃，如在-85℃处滴加，而滴液点温度却达-75℃（过热了），副反应增加。若反应主体温度控制在-95℃，滴液点处温度也不过是-85℃，仍处于最佳温度控制范围。两者相比，反应结果差距甚远。

6、增加滴液中的溶剂量，增加热容，减小局部温度。设滴液A组分稀释一倍，若对组分稀释一倍，若是一级反应的话，则在滴液点处反应速度也将减小一倍，又由于溶剂增加一倍，则滴液点处的热容也是增加一倍，这样理论上滴液点处的温度应为未稀释前的四分之一倍，因而减小了“过热”的可能和程度。

7、选择合适搅拌类型，如推进式、锚式、框式等，可加档板增加混合效率。 二、换热比表面积与反应周期不同

对于工业化反应器来说，反应周期一般长于小试装置，原因是传热面积不足。容积越大，单位容积的表面积越小。根据γ传热=KSΔTm，传热速度与换热面积成正比，对于放热反应来说，移热时间将与小试的放大倍数成反比，再考虑反应前后的预热或冷却因素，反应时间将数倍甚至十几倍的高于小试。因此可考虑在工业化反应时加盘管来增加换热面积，但必须注意盘管太密不能太密，可能会对反应混合效率产生影响。 三、死区与设备的清洗不同

最大地减少死区存在，如：反应锅底阀门型式、焊接距离、管道死区、贮罐底部残留等。死区组分轻则造成物料污染、损失，重则将影响反应程度，造成原料反应不完全，小问题造成大事故。对这些存在的死区必须进行彻底清洗。“首次投

料问题难免”的说法没有道理。问题往往会产生于清洗的不完全。 四、温度指示的偏差

规模 插入型式 灵敏度

小试 直接插入 反应液面中 灵敏、接近反应真实瞬间的温度 中试 经温度套管，再经导热油等介质 指示滞后、升降幅度减少

在工业生产中应注意在反应过程中用温度计直接插入反应液中核对。 另外，在产品小试到中试放大前，还必须预先做好如下四方面工作： 1、设备的可用行评价

①混合状态（搅拌形式，有无档板）是否满足工艺要求。

②反应设备最小投料容积是多少（实际加入容积必须大于这个容积）。 ③加热介质是否有温度指示且是否可控制在工艺要求的范围内。 ④滴液点的温度是否可控制。

⑤反应设备是否做到了工艺要求的清洗和干燥程度。 ⑥反应设备是否达到了工艺要求的密封程度。 2、原料的可用性评价

①原料是否可用往往不取决于纯度，而取决于原料中的杂质含量。如7-ACA中的主杂质3-ADCA和3-OH是否超标。

②原料中杂质含量往往缺少上限指标，即必需低于多少才可确保成本质量。 ③同一种原料用于不同的目的有不同的指标，如7-ACA在上保护反应时，原料7-ACA分别用霉解法和化学合成法合成，其回流时间相差10小时以上。 ④同样的原料在不同的材质、设备中生产的质量指标不同。

因此在生产前及生产中必须采取分析测试与实验验证相结合，缺一不可。 3、工艺前的准备及管理

工业化过程的大量工作需要操作工人的参与，这就要求从事工艺放大前必须做好以下两点；

①起草详细的实验批记录。不要采用记流水账形式，最好是采用一目了然的图表形式，便于查找和比较。如 序操号 作工段 操作规程 安全温度或压注意力 事项 釜夹内 套 时间点及需用时间 滴升加 降温 反应 实际操作 操作者 备注 由于大多数头孢类产品对酸、碱、温度及操作时间等因素影响较大，容易被破坏降解而使产品质量及收率下降，我们就更因把操作规程细化到每一个动作，对关键控制点设计更严格的操作点并详细记录，这样非常便于工艺的管理和生产的稳

定。

②对工人的操作培训。在批量试生产中，工艺负责人必须到位参与指导，要招之即来，并将操作规程和批记录作为培训教材，要求工人必须准确地理解和讲解批记录。

4、化工过程出现的事故常由腐蚀性、毒性、易燃易爆性引起，应在安全方面做好工作

①尽可能查清原料、中间体、产物的物质安全数据（MSDS数据），并让每个工人懂得防护措施。

②尽可能多的提供差热分析数据，以预防各个过程可能的安全隐患。 ③研究工业过程中过氧化物产生的可能性，以防爆炸事故。 ④留意真空设备的泄露问题。

⑤不要吝惜惰性气体（一般同N2）的使用和保护。