반응 열량계

공정 안전 설계 및 규모 확장

반응 열량계는 화학 및 제약 개발 분야의 과학자들이 화학적 또는 물리적 반응에 의해 방출되거나 흡수되는 에너지의 양을 측정하는 데 사용하는 도구입니다.

일반적으로 반응 물질의 온도가 모니터링되고 정밀하게 제어되는 다양한 크기의 교반 탱크 반응기로 구성되며, 모든 관련 중요 공정 파라미터와 함께 구성됩니다.

반응 열량계를 사용하면 공정과 유사한 조건에서 화학 공정을 조사할 수 있으며, 공정의 확장성과 안전성에 대한 완전한 정보 세트를 제공할 수 있습니다.

개발 단계에 따라 추가 정보도 관련이 있을 수 있습니다. 따라서, 보완 데이터(예: 적외선, 라만, HPLC 또는 이와 유사한 것로부터의 분석 데이터)가 수집되어 열 흐름 데이터와 통합될 수 있다.

반응 열량계 기기에 대해 자세히 알아보려면 지금 당사에 문의하십시오.

RC1mx HFCal™

스케일에서 안전 공정 개발

온도 범위: -70 °C – 300 °C
Operating Volume: 100 mL – 22 L

Optimax HFCal™

확장 불가능한 조건 추적

온도 범위: -40 °C – 180 °C
Operating Volume: 150 mL – 1,000 mL

EasyMax 402 HFCal™

안전을 위한 열량 스크리닝

온도 범위: -40 °C – 180 °C
Operating Volume: 80 mL – 400 mL

EasyMax 102 HFCal™

안전을 위한 열량 스크리닝

온도 범위: -40 °C – 180 °C
Operating Volume: 40 mL – 100 mL

EasyMax 102 LT HFCal™

안전을 위한 열량 스크리닝

온도 범위: -90 °C – 80 °C
Operating Volume: 40 mL – 100 mL

RC1mx™ 반응 열량계는 공정과 유사한 조건에서 열 프로파일, 화학적 변환 및 열 전달을 측정하기 위한 업계 "골드 스탠다드" 입니다. RC1mx는 고성능 온도 조절기를 중심으로 한 최신 솔루션을 제공합니다. RC1mx를 통해 화학 및 안전 엔지니어는 안전한 조건에서 프로세스를 최적화하는 동시에 모든 중요한 프로세스 매개변수를 결정하고 대규모로 실패 위험을 줄일 수 있습니다.

OptiMax HFCal, EasyMax 402 HFCal 및 EasyMax 102 HFCal 은 합성 워크스테이션과 반응 열량계의 장점을 결합한 소규모 열 흐름 열량계입니다. 이러한 열량계 기기는 공정 안전 스크리닝 및 스케일업을 위해 설계되었으며 개발 공정 초기에 관련 반응 정보를 제공합니다.

실시간 반응 열량계 데이터

화학 공정의 개발 및 최적화는 최상의 결정을 내리기 위해 다양한 유형의 정보를 결정해야 합니다. 적외선(IR),라만, 입자 크기 분포 또는 농도와 같은 분석 데이터를 온라인 및 실시간으로 수집하여 역학 모델을 생성하고 기계론적 불확실성을 확보하는 것이 일반적입니다. 열 방출 데이터를 실시간으로 수집하는 것은 안전하고 지속 가능한 화학 공정을 설계하는 데 절대적으로 필요합니다.

열 방출에 대한 반응을 실시간으로 스캔할 수 있는 반응기 시스템은 반응 진행 상황에 대한 즉각적인 피드백을 제공하고 사용자가 즉시 시정 조치를 취할 수 있도록 합니다. 실시간 온라인 열 데이터는 반응물의 첨가 속도, 압력 제어, 교반 속도 또는 기타 공정 매개변수와 같은 중요한 공정 매개변수를 조정하여 공정을 제어하는 데 자주 사용됩니다.

RTCal™ 반응기를 통해 연구원은 실시간으로 반응을 추적할 수 있는 PAT(Process Analytical Technology) 도구를 사용합니다. 전문 지식 없이도 반응 진행 상황에 대한 귀중한 열 정보를 제공합니다. RTCal™ 기술은 반응기에 내장된 열 플럭스 센서를 사용하여 반응기 벽을 가로지르는 열 흐름을 감지합니다.

RTCal™을 사용한 열 데이터 측정은 반응 물질의 특성이나 거동과 무관합니다. 따라서 반응 전, 반응 중 또는 반응 후에 보정 절차를 실행할 필요가 없어 실험 시간이 크게 단축됩니다.

모든 규모의 안전한 프로세스

메틀러 토레도 반응 열량계는 실험실에서 공장 규모에 이르기까지 안전 스크리닝을 가능하게 하여 안전하고 강력한 스케일업을 보장합니다. 프로세스를 확장할 때마다 성능 또는 결과에 영향을 미치는 중요한 변수를 조사해야 합니다. 경우에 따라 비싸거나 부족한 시작 재료, 대형 선박에서 제어하기 어려운 조건 또는 잠재적인 안전 위험으로 인해 선택한 항로를 확장할 수 없으므로 수정해야 합니다.

이를 위해서는 투여 속도, 혼합 또는 질량 전달과 같은 스케일 종속 변수를 조사해야 합니다. 그러나 공정을 안전하게 제조하기 위한 핵심 정보 중 하나는 방출되는 총 열, 열 방출 속도, 반응물 또는 에너지의 축적, 반응 물질 및 개별 구성 요소의 안정성을 이해하는 것입니다.

반응 열량계 연구는 중요한 공정 파라미터와 이러한 파라미터가 공정, 제조 가능성, 수율 및 제품 또는 중간체의 품질에 미치는 영향에 대한 증거를 제공합니다.

화학 반응은 농도, 첨가율, 온도, 용매, 촉매 및 pH 값과 같은 여러 파라미터의 영향을 받기 때문에 온라인 분석 또는 자동 샘플링 도구를 반응 열량계에 원활하게 통합하면 연구의 가치가 크게 높아집니다.

열량계와 분석 정보로 구성된 데이터가 풍부한 실험은 안전하고 견고한 공정을 빠르게 개발하고 실험실에서 공장으로 효과적으로 전송해야 하는 오늘날의 요구를 효과적으로 지원합니다.

Subambient 온도에서 화학 물질

LowTemp(LT) 반응기 모델은 새로운 합성 경로 발견, 공정 최적화, 주변 이하의 조건에서 유기 금속 금속 및 리튬화 반응을 포함한 반응 설계를 위해 온도 설계 공간을 -90°C까지 확장합니다.

0°C, -21°C (얼음 속 염화나트륨) 및 -78°C(아세톤/드라이아이스)의 개별 온도를 가진 기존 장비와 달리 당사의 저온 반응기는 무인 상태에서도 넓은 온도 범위를 따라 실험 조건을 정밀하게 제어합니다.

EasyMax LT와 HFCal 업그레이드 키트 를 결합하여 극한의 온도에서 화학 물질을 처리할 수 있습니다.

공정 안전 스크리닝에서의 열량계

새로운 화학 물질 또는 제약 기업을 성공적으로 시장에 출시하려면 혁신적인 아이디어, 창의적인 연구자 및 효과적인 개발 워크플로를 지원하는 최신 도구가 필요합니다. 반응 열량계는 다음을 가능하게 합니다.

재료 부족으로 인해 소규모로 수행되는 실험
정확한 데이터 수집
통계적 접근법에 대한 데이터 적용(예: 실험계획법(DoE) 연구)
초기 개발 단계에서 확장성 및 안전 문제를 식별할 수 있는 자신감

포괄적인 공정 안전 연구

반응 열량계는 관련 안전 파라미터를 계산하고 잠재적 위험을 이해할 수 있는 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다. 안전 고려 사항을 개선하기 위해 반응 열량계는 종종 소프트웨어와 쌍을 이루어 다음을 수행합니다.

반응 열량계 데이터를 안전 정보로 자동 변환
열 위험 분석(예: 열 축적, ΔTadiabatic, MTSR)
보고서 자동 생성 및 공유

Dynochem을 통한 공정 개발 가속화

Dynochem 화학 반응 모델링 소프트웨어는 반응을 확장할 때 효과적인 혼합 및 열 전달을 보장합니다. 실험실, 파일럿 및 생산 규모의 반응기를 쉽고 빠르게 비교하고 적절한 혼합 매개변수를 찾아 반응기에서 반응기로의 공정 전달을 안전하게 가속화할 수 있습니다. 반응 열량계 및 Dynochem 모델링에서 제공되는 데이터를 통해 스케일 전반에 걸쳐 화학 공정 안전성 과 공정 성능을 신속하게 보장 할 수 있습니다.

반응 열량계 FAQ

반응 열량계란 무엇입니까?

반응 열량계는 화학 반응 또는 물리적 과정에서 방출되는 열을 측정하고 반응의 열화학 및 역학의 기초를 제공합니다.

얻은 정보는 시간 경과에 따른 화학 반응의 열 방출을 설명하고 실험실에서 공장으로 안전하게 전달하는 데 필수적입니다.

반응 열량계는 예상치 못한 거동을 발견하고 확장성 문제를 가시화하고 정량화할 수 있도록 합니다. 또한 열 및 물질 전달 또는 혼합과 관련된 문제를 식별하는 데 도움이 되며 주어진 반응 또는 공정의 올바른 온도, 교반 또는 투여 프로파일을 결정할 수 있습니다. 얻은 정보는 이후에 프로세스의 위험, 확장성 및 중요도를 평가하는 데 사용됩니다.

반응 열량계 데이터는 제어되고 정확하며 재현 가능한 환경에서 공정 매개변수를 특성화, 최적화 및 이해하는 데 사용되어 안전한 확장 및 제조 전환을 가능하게 합니다.

열 흐름 열량계란 무엇입니까?

열 흐름 열량계는 화학 반응 또는 물리적 과정에 의해 방출되는 열을 측정하는 가장 간단하고 강력한 방법입니다. 이는 모든 메틀러 토레도 반응 열량계 워크스테이션에서 지원됩니다. 열 흐름 열량계 는 감도가 매우 높고 대부분의 조건에서 적용할 수 있으며 우수한 반복성을 제공합니다.

열 흐름 열량계 원리는 반응기 벽을 가로지르는 온도 차이를 측정하는 것을 기반으로 하며, 이는 열 전달 계수를 측정하여 열 흐름으로 변환됩니다.

열 전달 계수는 화학 유형, 반응 조건 및 반응기 재료에 따라 달라지며 기준 전기 히터를 사용하여 결정됩니다.

실제적이고 정확한 데이터를 얻기 위해 각 워크스테이션과 반응기에는 반응기 벽의 열전도율과 두께, 반응 질량막의 열 저항 및 유막의 열 저항을 고려하여 반응기 벽을 통과하는 열 흐름을 수정하는 열 분석(Ta) 모델이 제공됩니다.

열 흐름 열량계 방법은 소규모 및 대규모 모두에 적용할 수 있으며 모든 화학 공정 개발 프로젝트, 공정 확장 및 화학 공정 안전 조사의 기초입니다.

반응 열량계의 가치는 무엇입니까?

반응 열량계를 사용하면 규모에 맞게 효율적이고 안전하게 공정을 개발할 수 있습니다.

반응이 실험실에서 공장으로 확장됨에 따라 다양한 이유로 확장성 문제가 갑자기 발생할 수 있습니다. 최악의 경우, 정체불명의 반응 위험으로 인해 폭주 반응 후 폭발이 발생할 수 있습니다. 열 사고의 원인은 종종 다음과 같습니다.

공정의 화학 또는 열화학에 대한 이해 부족
열을 제거할 수 없음
잘못되었거나 제대로 이해되지 않은 혼합 동작
인적 요인

인시던트는 실험실 규모에서 관련 데이터를 결정하여 방지할 수 있습니다. 실험실 작업은 반응 열량계를 사용하여 프로세스와 유사한 조건에서 수행되므로 결과를 더 큰 규모의 작업에 직접 적용할 수 있습니다.

반응 열량계는 필요한 절차를 일상적이고 견고하며 필요한 품질 표준에 따라 수행할 수 있도록 높은 수준의 공정 이해를 제공합니다.

어떤 조건에서도 정확하고 정밀한 열량 데이터를 어떻게 얻을 수 있습니까?

정확하고 정밀한 열 흐름 데이터는 실험실에서 공장으로 전환하는 데 필수적입니다. 민감한 온도 측정 및 제어 시스템과 결합된 고성능 가열 및 냉각 시스템은 화학 공정에 대한 정확하고 정밀한 열 정보를 얻기 위한 전제 조건입니다. 여기에는 반응 열, 총 열 흐름 균형, 질량 및 열 전달, 반응 질량의 비열에 대한 세부 정보가 포함됩니다.

화학 공정 자체의 총 열 흐름 균형에는 열 축적, 반응물 또는 용매 첨가로 인한 열 교환, 점도 변화로 인한 열, 열 손실 등과 같은 다양한 열 효과가 포함됩니다.

변화하는 온도 조건에서 실행되는 반응의 경우 열 축적은 반응 열(시간의 함수로 방출되는 열)을 계산하는 데 중요한 요소가 됩니다. 이 경우 등온 온도 제어에서 비등온 온도 제어로의 보정이 필수적이며 열 분석(Ta) 모델이 매우 중요한 역할을 합니다.

메틀러 토레도 반응 열량계 및 iControl 소프트웨어 제품군은 정교한 계산 알고리즘을 사용합니다. 이는 반응기 벽의 동적 거동, 용기의 열 용량 및 반응기 삽입물을 고려하여 최대의 정확도와 정밀도를 갖춘 열량 측정 데이터를 제공합니다.

반응열이란 무엇입니까?

반응열 또는 반응 엔탈피는 화학 반응 중에 방출되거나 흡수되는 에너지입니다. 반응물이 생성물로 변환될 때 에너지 함량이 어떻게 변하는지 설명합니다. 흡열(열 흡수) 및 발열(열 방출) 반응이 있지만 화학 및 제약 부문에서 수행되는 대부분의 반응은 발열입니다. 반응열은 무엇보다도 실험실 규모에서 생산에 이르기까지 프로세스를 확장하기 위해 화학 연구, 확장 및 안전에 활용되는 열역학적 특성 중 하나입니다.

반응열 및 반응 엔탈피에 대해 자세히 알아보십시오.

반응 열량계를 타사 액세서리에 연결할 수 있습니까?

예! ECB(Easy Control Box) 액세서리(별도 구매)는 센서, 분주 및 샘플링 솔루션을 포함한 타사 장치의 반응 열량계 자동 제어 및 데이터 캡처를 확장합니다.

ECB는 분주 제어 기능을 제공하며 사전 프로그래밍된 자동 중량 측정 또는 부피 분주를 위해 상업적으로 이용 가능한 펌프와 저울을 쉽게 연결합니다. 이 액세서리에는 SmartConnect 기술 센서를 사용한 플러그 앤 플레이 측정 기능이 있습니다. 제어 요소가 자동으로 인식되어 반응기 시스템 구성을 간단하게 수행할 수 있습니다.

Easy Control Box(ECB)에 대해 자세히 알아보십시오.

반응 열량계 리소스

Gelinski, E. K., Sheibat–Othman, N., & McKenna, TFL (2023). 에멀젼 중합에서의 질량 전달: 실험 및 모델링 연구. 캐나다 화학 공학 저널 (Canadian Journal of Chemical Engineering), 102(2), 532–547. https://doi.org/10.1002/cjce.25120
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Quan, Y., Parker, T., Hua, Y., Jeong, H., & Wang, Q. (2023). 금속-유기 프레임워크 스케일업 합성의 공정 설명 및 위험 분석: ZIF-8 사례 연구. 산업 및 공학 화학 연구, 62(12), 5035–5041. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c04570
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Jyotsna, GK, Srikanth, S., Ratnaparkhi, V., Rakeshwar, B. (2017). 반응 열량계는 열 위험 평가 및 안전하고 확장 가능한 화학 공정의 개선을 위한 도구입니다. Inorg Chem Ind J., 12 (1), 110.
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Wang, J., Huang, Y., Wilhite, BA, Papadaki, M., & Mannan, MS (2018). 반응 표면 방법론을 사용한 강화된 반응 조건의 식별을 향하여: 3-메틸피리딘 N-산화물 합성에 대한 사례 연구. 산업공학화학연구, 58(15), 6093–6104. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b03773
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Mitchell, CW, Strawser, JD, Gottlieb, A., Millonig, MH, Hicks, FA, & Papageorgiou, CD(2014). 고에너지 수소화 반응의 안전하고 효과적인 스케일업을 위한 모델링 기반 전략 개발. 유기 공정 연구 및 개발, 18(12), 1828–1835. https://doi.org/10.1021/op500207r

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