In der pharmazeutischen und chemischen Industrie kommen Batch- oder Semi-Batch-Prozesse am häufigsten in der Entwicklung, Skalierung und Produktion zum Einsatz. Das Skalieren eines Prozesses von Labor- zu Anlagengröße ist eine Herausforderung und mit vielen Faktoren verbunden, einschließlich:
- Informationen zum Wärmeaustausch
- Kühlkapazität
- Reaktantakkumulation
- Mischen
- Massentransfer
Persönliche Erfahrungen und empirische Daten können zwar in gewissem Maße verwendet werden, jedoch erfordert die Untersuchung chemischer Prozesse die Einbeziehung verschiedener Disziplinen, beispielsweise die Gerätecharakterisierung, die Erforschung der Prozessthermodynamik, das Mischen und Massentransferstudien sowie die Erforschung der Reaktionskinetik und des Gefahrenpotenzials.
Die Wärmeableitung in einem Rührkesselreaktor ist entscheidend für Prozesssicherheit und -effizienz und bestimmt häufig die Produktionszeiten. Bei nur ungefähr bekannten thermischen Widerständen und Reaktionsgeschwindigkeiten müssen weite Sicherheitsgrenzen angewendet werden, die längere Produktionszyklen und somit eine niedrigere Prozessproduktivität zur Folge haben. Daher werden die Wärmeübertragungsbedingungen im Anlagenreaktor mit Skaliermodellen so genau wie möglich vorhergesagt bzw. simuliert. Zur Vereinfachung komplizierter systembeschreibender Differenzialgleichungen werden empirische Korrelationen mit charakteristischen Werten verwendet. In dieser Application Note wird beschrieben, wie die thermischen Widerstände und die aus Laborreaktionen entweichende Wärme mit Reaktionskalorimetern genau gemessen werden kann.
In der pharmazeutischen und chemischen Industrie sind Batch- oder Semi-Batch-Prozesse in der Entwicklung, im Scale-up und in der Produktion am häufigsten anzutreffen. Die Skalierung eines Prozesses vom Labor bis zur Anlage ist eine Herausforderung und mit zahlreichen Problemen verbunden:
- Wärmeübertragung
- Kühlleistung
- Reaktantenakkumulation
- Mischen
- Stoffaustausch
Obwohl persönliche Erfahrungen und empirische Daten bis zu einem gewissen Grad genutzt werden können, erfordert die Untersuchung chemischer Prozesse die Einbeziehung einer Reihe von Disziplinen, wie z.B. die Charakterisierung von Geräten, die Erforschung der Thermodynamik, Misch- und Stoffaustauschstudien sowie die Erforschung der Reaktionskinetik und des Gefährdungspotenzials.
Die Wärmeabfuhr in einem Rührkesselreaktor ist entscheidend für die Sicherheit und Effizienz eines Prozesses, und die Produktionszeiten werden oft durch den Wärmetransport bestimmt. Sind die thermischen Widerstände und Reaktionsgeschwindigkeiten nur annähernd bekannt, müssen große Sicherheitsabstände eingehalten werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Chargenzeiten und vermindert die Effizienz des Prozesses. Daher werden Scale-Up-Modelle eingesetzt, um die Wärmeübergangsbedingungen im Anlagenreaktor so genau wie möglich vorherzusagen oder zu simulieren. Empirische Korrelationen mit charakteristischen Werten werden verwendet, um komplizierte Differentialgleichungen, die das System beschreiben, zu vereinfachen. Diese Applikationsschrift beschreibt, wie die Reaktionskalorimetrie eine genaue Messung der thermischen Widerstände und der Wärmeentwicklung aus Reaktionen im Labor ermöglicht.
