Shenshi Microfluidics hat eine multifunktionale, auf einem Rahmen montierte Lösung für den kontinuierlichen Durchfluss für Pilotanlagen auf den Markt gebracht.

Am 5. September ging die 8. CMC-CHINA China Pharmaceutical Industry Expo im Suzhou International Expo Center zu Ende. Am Stand von Shenshi Microfluidics besuchten Industriepartner, die sich für Pilotversuche im kontinuierlichen Durchfluss interessierten, die Messe. Im Mittelpunkt der Gespräche standen die Wiederverwendung von Anlagen und die Prozessanpassung. Die multifunktionale, auf einem Rahmen montierte Plattform für Pilotversuche im kontinuierlichen Durchfluss wurde auf der Messe offiziell vorgestellt. Die speziell für Pilotanlagen entwickelte Lösung für Pilotversuche wurde anhand von Ausstellungsstücken, themenbezogenen Live-Streams und Forumspräsentationen umfassend demonstriert.

I. Gerätekonfiguration der Pilotanlage: Die Herausforderung liegt in der "Flexibilität"

Sobald die Prozessforschung und -entwicklung in die Pilotphase eintritt, werden die Projekttypen und Prozessabläufe vielfältiger. Die Anlagenkonfiguration muss die Validierung laufender Projekte und die Nutzung für Folgeprojekte gleichermaßen berücksichtigen. In dieser Phase treten drei Arten von Herausforderungen besonders hervor:

Schwierigkeiten bei der endgültigen Konfiguration der Anlagen. Bei sich ändernden Prozessbedingungen müssen Rohrleitungen, Zuführungssysteme und Wärmetauscher möglicherweise neu konfiguriert werden. Fest installierte Anlagen erfordern eine Neuinstallation, Inbetriebnahme und gegebenenfalls Modifizierung. Die Ausstattung jedes einzelnen Prozesses mit einer eigenen Anlagengruppe führt zu steigenden Investitionskosten und gleichzeitig zu mehr ungenutzten Anlagen.

Eine einzige Anlagenkonfiguration lässt sich nur schwer an unterschiedliche Prozesse anpassen. Projekte unterscheiden sich hinsichtlich Reaktionstypen, Materialzuständen sowie Temperatur, Druck und anderen Betriebsbedingungen. Ein einzelner Reaktor und eine feste Anlagenkonfiguration können daher nicht für vielfältige Prozessabläufe geeignet sein.

Die Prozessbedingungen müssen bei der Skalierung vom Labormaßstab auf den Pilotmaßstab erneut validiert werden. Mit steigendem Materialdurchsatz und zunehmender Anlagengröße müssen Wärme- und Stofftransport, Materialtransport, Temperaturregelung und die Stabilität des kontinuierlichen Betriebs erneut überprüft werden. Bei stark exothermen, wärmeempfindlichen Mehrphasenreaktionen und Reaktionen mit hohen Selektivitätsanforderungen ist eine weitere Validierung von Temperatur, Druck und anderen Parametern zwingend erforderlich.

II. Eine auf Kufen montierte Plattform, drei Ziele zur Erfüllung der Anforderungen

Die Plattform besteht aus Zuführeinheiten, Reaktionseinheiten, Wärmetauschern und einem Steuerungssystem. Jede Funktionseinheit ist unabhängig konfigurierbar und kann je nach Prozessanforderungen kombiniert werden.

1. Modulares Skid-Design zur Reduzierung von Doppelkonstruktionen

Die entsprechenden Einheiten lassen sich bei geänderten Prozessbedingungen anpassen, wodurch ein kompletter Systemumbau entfällt. Bei neuen Projekten können die Funktionseinheiten entsprechend den Prozessanforderungen neu zusammengestellt werden. Dies reduziert wiederholte Installationen, Inbetriebnahmen und Modifikationen und senkt die Leerlaufzeiten der Anlagen.

Die Zuführeinheit ist mit Dosierpumpen, Massenstrommessern, Sicherheitsventilen und weiteren Komponenten ausgestattet. Sie unterstützt die Zuführung von Flüssigkeiten, Gasen und Suspensionen; die Auswahl des zuzuführenden Mediums erfolgt anhand der Materialeigenschaften. Die Wärmetauschereinheit verfügt über einen integrierten Thermostat, der einen Temperaturbereich von -40 °C bis 250 °C mit einer Regelgenauigkeit von ± 0,5 °C abdeckt . Einzel- oder Doppeltemperaturzonen sind optional erhältlich. Das verteilte, integrierte Steuerungssystem kann in entsprechende Skids integriert oder als eigenständiges Skid ausgeführt werden und unterstützt Datenspeicherung, Trendanalyse und Berichtserstellung.

2. Mehrere Reaktorkonfigurationen für prozessspezifische Auswahl

Reaktionsanlagen können mit Mikrokanalreaktoren, Rohrreaktoren, dynamischen Rohrreaktoren, Festbettreaktoren und Kreislaufreaktoren ausgestattet werden. Unterschiedliche Reaktoren eignen sich für verschiedene Reaktionsbedingungen und Verweilzeitanforderungen; die Auswahl kann je nach Projektanforderungen auf derselben Plattform erfolgen.

Die Basisplatte des gezeigten Mikrokanalreaktormoduls hat ein Totvolumen von 100 ml. Mehrere Module können in Reihe oder parallel geschaltet werden, wobei der Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 200 °C und der Betriebsdruck von 0 bis 40 bar reicht. Es eignet sich für stark exotherme Reaktionen wie Nitrierung und Peroxidation. Die Reihenschaltung verlängert die Verweilzeit, während die Parallelschaltung den Durchsatz erhöht.

Der Rohrreaktor nutzt eine patentierte Spiralrohrstruktur zur Verbesserung des Stoff- und Wärmeaustauschs bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Druckbeständigkeit. Er eignet sich für Hochtemperatur- und Hochdruckreaktionen sowie für Reaktionen mit langer Verweilzeit. Der Durchsatz im Pilotmaßstab wird durch Rohrdurchmesser, Rohrlänge und Strömungsgeschwindigkeit bestimmt und kann für die Skalierung angepasst werden.

Festbettreaktoren werden zur Katalysatorbewertung und für gas-feste und flüssig-feste katalytische Reaktionen eingesetzt; dynamische Rohrreaktoren eignen sich für Reaktionen mit bestimmter Viskosität, bestimmtem Feststoffgehalt oder die einen verbesserten Stoffaustausch erfordern; Schleifenreaktoren werden für kontinuierliche Reaktionen von gas-flüssigen und gas-flüssig-festen Systemen eingesetzt.

3. Kontinuierliche Durchflussregelung zur Unterstützung der Pilotvalidierung

Bei der Skalierung vom Labormaßstab auf den Pilotmaßstab müssen die Prozessparameter mit der Pilotanlage erneut bestätigt werden. Der kontinuierliche Durchflussbetrieb steuert und protokolliert Zufuhr, Temperatur, Druck, Verweilzeit und weitere Bedingungen und sammelt so Betriebsdaten für die Validierung der Skalierung.

Während der Live-Übertragung vor Ort informierte Chen Guang, Forschungs- und Entwicklungsleiter von Shenshi Weizhiyuan, über die multifunktionale, auf einem Rahmen montierte Pilotanlage für kontinuierlichen Durchfluss. Dabei beleuchtete er drei Aspekte: die Bedeutung von Pilotversuchen, die Produkteinführung und Kooperationsprojekte. Anhand bestehender Projekterfahrungen von Shenshi Weizhiyuan veranschaulichte er den Einsatz der Anlage im Rahmen der Pilotvalidierung.

Eine Plattform zur Durchführung vielfältiger Pilotaufgaben. Dies ist die Kernlogik der multifunktionalen, auf einem Skid montierten Pilotplattform mit kontinuierlichem Durchfluss und zugleich die Richtung, die wir zusammen mit weiteren Pilotbasen vorantreiben wollen.