H.E.L 精細(xì)化學(xué)品的過程開發(fā)—Simular 自動反應(yīng)量熱儀

精細(xì)化學(xué)品的過程開發(fā)是一個復(fù)雜且多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，旨在將實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的化學(xué)合成轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的過程。在保持產(chǎn)品質(zhì)量和純度的同時，實(shí)現(xiàn)化學(xué)合成的規(guī)模化生產(chǎn)，降低成本，提高生產(chǎn)效率和可持續(xù)性。精細(xì)化學(xué)品通常具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特定的物理化學(xué)性質(zhì)，其合成過程可能涉及多種反應(yīng)類型、催化劑、溶劑和操作條件，且對反應(yīng)條件的控制要求嚴(yán)格，放大過程中容易出現(xiàn)各種問題，如反應(yīng)選擇性降低、副產(chǎn)物增多、催化劑失活、溶劑回收困難等。
過程開發(fā)中的關(guān)鍵因素：
反應(yīng)動力學(xué)和熱力學(xué)：深入理解反應(yīng)的動力學(xué)和熱力學(xué)特性，掌握反應(yīng)速率、反應(yīng)機(jī)理、平衡常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，為過程設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。
設(shè)備和工程設(shè)計(jì)：合理設(shè)計(jì)反應(yīng)設(shè)備、分離設(shè)備、精制設(shè)備等，考慮設(shè)備的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、性能和操作要求，確保設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)過程的需要，實(shí)現(xiàn)高效的物料處理和能量利用。
過程控制和自動化：采用先進(jìn)的過程控制和自動化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控和精確控制，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性，降低人為因素的影響.
安全和環(huán)保：高度重視生產(chǎn)過程的安全和環(huán)保問題，采取有效的安全防護(hù)措施和環(huán)保處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全、綠色可持續(xù)生產(chǎn)。

案例：邁向信息豐富的過程開發(fā)  第一部分：將實(shí)驗(yàn)與定性/半定量建模相結(jié)合
Obenndip, D. A., & Sharratt, P. N. (2006). Towards an Information-Rich Process Development. Part I: Interfacing Experimentation with Qualitative/Semiquantitative Modelling. Organic Process Research & Development, 10(3), 430-440.  
背景: 在當(dāng)今競爭激烈的環(huán)境中，低噸位化學(xué)品行業(yè)（精細(xì)化學(xué)品和特效化學(xué)品）面臨著將更多產(chǎn)品更快、更經(jīng)濟(jì)地推向市場的壓力.過程開發(fā)是將精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)品從發(fā)現(xiàn)推向市場的一個關(guān)鍵階段，需要提供一個高效的框架來捕獲過程知識和理解。傳統(tǒng)的方法要么通過在個人中構(gòu)建理解，要么通過構(gòu)建過程的數(shù)學(xué)或物理模型來實(shí)現(xiàn)，但這些方法存在兩個缺陷：一是沒有以易于所有技術(shù)人員共享的形式收集理解，二是沒有在設(shè)計(jì)早期收集理解。

研究方法：實(shí)驗(yàn)與建模結(jié)合：本文展示了目標(biāo)實(shí)驗(yàn)與定性/半定量反應(yīng)評估的相互作用，以允許在設(shè)計(jì)早期捕獲、測試和共享理解.定性預(yù)測與實(shí)驗(yàn)觀察進(jìn)行對比，以識別定性模型需要改進(jìn)的方面，并建議使用更嚴(yán)格的過程分析工具來解釋這些所謂的異常觀察。
反應(yīng)系統(tǒng)選擇：研究了一個工業(yè)相關(guān)的雙相反應(yīng)體系，該體系表現(xiàn)出精細(xì)化學(xué)品過程開發(fā)中常見的問題，如非均相催化、競爭反應(yīng)、混合、質(zhì)量傳遞和溶解度限制、離子平衡、溶劑揮發(fā)、氣體產(chǎn)生、催化劑耗竭和熱量釋放等。

定性評估：通過應(yīng)用一定數(shù)量的基本公理來推導(dǎo)定性方法，使用BRITEST工具包中的過程結(jié)構(gòu)分析（PSA）工具來表示化學(xué)和過程進(jìn)行的相，開發(fā)化學(xué)和物理轉(zhuǎn)化圖，記錄已知或預(yù)期的化學(xué)路徑數(shù)據(jù)，并進(jìn)行驅(qū)動力分析（DFA）以識別改進(jìn)過程結(jié)果的策略。

結(jié)論：定性/半定量建模：簡單的模型無法解釋所有觀察到的動力學(xué)效應(yīng)，表明存在更復(fù)雜的反應(yīng)方案.通過考慮這些“異?！毙袨椴⒒诒?，開發(fā)了一個詳細(xì)的定性/半定量模型，以更全面地理解過程化學(xué)，并識別反應(yīng)系統(tǒng)的可行操作策略。

產(chǎn)品選擇性：通過控制催化劑濃度和有機(jī)相中胺的濃度，可以抑制平行競爭的Boc2O水解方案，從而提高對所需N-Boc碳酸酯產(chǎn)品的選擇性。接觸模式：選擇適當(dāng)?shù)慕佑|策略可以操縱反應(yīng)結(jié)果，例如在單相反應(yīng)中，將堿半批式添加到預(yù)混合的反應(yīng)物中，以最小化催化劑的濃度過剩，從而減少反應(yīng)3和4的程度。
過程開發(fā)方法：本文提出了一種基于BRITEST方法論的方法，將實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與新穎的定性建模工具相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)過程開發(fā)不僅應(yīng)專注于開發(fā)過程，還應(yīng)利用可用的過程知識，以便在關(guān)鍵的早期階段提供對過程化學(xué)的全面理解，從而減少放大過程中過程失敗的可能性。
量熱動力學(xué)研究：實(shí)驗(yàn)室H.E.L Simular 自動反應(yīng)量熱儀，采用功率補(bǔ)償量熱法，研究了攪拌速度、催化劑濃度、進(jìn)料摩爾比、水相體積和溫度等五個變量對反應(yīng)動力學(xué)的影響。

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設(shè)在倫敦，在中國、美國、德國、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設(shè)立。H.E.L最初是一家過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估的專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，對研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過程研發(fā)項(xiàng)目；同時提供安全咨詢，包括事故調(diào)查、HAZOP研究、安全設(shè)施的設(shè)計(jì)及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，同時已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估設(shè)備的國際集團(tuán)企業(yè)。

關(guān)于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡稱：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價值為宗旨，以專業(yè)精神和技能為廣大實(shí)驗(yàn)室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶提高分析檢測的效率和水平。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機(jī)租賃業(yè)務(wù)/LUMTECH循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發(fā)，中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點(diǎn)滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國F-DGSi氮?dú)?，超高純氫氣氣體發(fā)生器，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學(xué)設(shè)備/LabOS實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營系統(tǒng)/MassWorks準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測定及分子式識別系統(tǒng)/MsMetrix氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報(bào)告系統(tǒng)（QRS)/英國赫伊爾生物反應(yīng)器，電池絕熱量熱、催化劑合成。

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