Shenshi Microfluidics ha lanciato una soluzione multifunzionale a flusso continuo montata su skid per basi su scala pilota

Il 5 settembre si è conclusa presso il Suzhou International Expo Center l'ottava edizione della CMC-CHINA China Pharmaceutical Industry Expo. Durante la fiera, lo stand di Shenshi Microfluidics ha accolto un gruppo di partner industriali interessati ai test pilota a flusso continuo, con discussioni in loco incentrate sul riutilizzo delle apparecchiature e sull'adattamento dei processi. La piattaforma multifunzionale a flusso continuo, montata su skid, per i test pilota è stata presentata ufficialmente in occasione della fiera. Attraverso dimostrazioni fisiche, live streaming tematici e presentazioni in forum, la soluzione di apparecchiature pilota a flusso continuo, progettata specificamente per impianti pilota, è stata illustrata in dettaglio.

I. Configurazione delle attrezzature della base pilota: la sfida sta nella "flessibilità"

Dopo che la ricerca e lo sviluppo dei processi entrano nella fase pilota, le tipologie di progetto e i percorsi di processo diventano più diversificati. La configurazione delle apparecchiature deve bilanciare la validazione per i progetti in corso e l'utilizzo per i progetti successivi. In questa fase emergono tre tipi di sfide principali:

Difficoltà nella finalizzazione della configurazione delle apparecchiature. Quando le condizioni di processo cambiano, le tubazioni, i sistemi di alimentazione e le unità di scambio termico potrebbero richiedere una riconfigurazione. Le apparecchiature fisse richiederanno la reinstallazione, la messa in servizio e persino la modifica. Dotare ogni singolo processo di un set di apparecchiature dedicato comporta un aumento degli investimenti di capitale e, allo stesso tempo, un incremento delle apparecchiature inattive.

Un singolo set di apparecchiature fatica ad adattarsi a processi diversi. I progetti differiscono per tipologia di reazione, stato dei materiali, nonché temperatura, pressione e altre condizioni operative. Un singolo reattore e una configurazione fissa delle apparecchiature non possono essere utilizzati per percorsi di processo diversificati.

Le condizioni di processo richiedono una nuova validazione quando si passa dalla scala di laboratorio alla scala pilota. Con l'aumento della portata dei materiali e delle dimensioni delle apparecchiature, il trasferimento di calore e di massa, il trasporto dei materiali, il controllo della temperatura e la stabilità del funzionamento continuo necessitano tutti di una nuova verifica. Per le reazioni fortemente esotermiche, termosensibili, multifase e per le reazioni con elevati requisiti di selettività, è obbligatoria un'ulteriore validazione della temperatura, della pressione e di altri parametri.

II. Una piattaforma su slitta, tre obiettivi per soddisfare le esigenze

La piattaforma è composta da skid di alimentazione, skid di reazione, unità di scambio termico e un sistema di controllo. Ciascuna unità funzionale è configurabile in modo indipendente e può essere combinata con altre a seconda delle esigenze di processo.

1. Progettazione modulare dello skid per ridurre le costruzioni duplicate

Le unità corrispondenti possono essere regolate al variare delle condizioni di processo, eliminando la necessità di ricostruire l'intero sistema. Quando vengono avviati nuovi progetti, le unità funzionali possono essere riassemblate per soddisfare i requisiti di processo, riducendo così le ripetute installazioni, collaudi e modifiche e diminuendo i tempi di inattività delle apparecchiature.

L'unità di alimentazione è dotata di pompe dosatrici, misuratori di portata massica, valvole di sicurezza e altri componenti. Supporta l'alimentazione di liquidi, gas e fanghi, e consente di selezionare diversi materiali bagnabili in base alle loro caratteristiche. L'unità di scambio termico è dotata di un termostato integrato, che copre un intervallo di temperatura da -40 °C a 250 °C con una precisione di controllo di ± 0,5 °C . Sono disponibili zone di temperatura singole o doppie. Il sistema di controllo distribuito integrato può essere integrato negli skid corrispondenti o realizzato come skid indipendente, supportando l'archiviazione dei dati, l'analisi delle tendenze e la generazione di report.

2. Configurazioni multiple del reattore per la selezione specifica del processo

I reattori modulari possono essere equipaggiati con reattori a microcanali, reattori tubolari, reattori tubolari dinamici, reattori a letto fisso e reattori a circuito chiuso. I diversi reattori si adattano a diverse condizioni di reazione e requisiti di tempo di residenza, e la selezione può essere effettuata sulla stessa piattaforma in base alle esigenze del progetto.

La piastra singola di base del modulo di reattore a microcanali esposto ha un volume di ritenzione di 100 mL. È possibile collegare più moduli in serie o in parallelo, con temperature operative comprese tra -40 °C e 200 °C e pressioni operative da 0 a 40 bar. Può essere applicato a reazioni fortemente esotermiche come la nitrazione e la perossidazione. Il collegamento in serie prolunga il tempo di permanenza, mentre il collegamento in parallelo aumenta la produttività.

Il reattore tubolare adotta una struttura a tubo spirale brevettata per migliorare il trasferimento di massa e di calore, mantenendo al contempo la resistenza alla pressione, risultando adatto a reazioni ad alta temperatura e alta pressione e a reazioni che richiedono lunghi tempi di permanenza. La portata su scala pilota è determinata dal diametro del tubo, dalla lunghezza del tubo e dalla velocità del flusso, e può essere regolata in base alle esigenze di scalabilità.

I reattori a letto fisso sono utilizzati per la valutazione dei catalizzatori e per le reazioni catalitiche gas-solido e liquido-solido; i reattori tubolari dinamici sono adatti per reazioni con una determinata viscosità, contenuto di solidi o che richiedono un trasferimento di massa potenziato; i reattori a ciclo chiuso sono impiegati per reazioni continue di sistemi gas-liquido e gas-liquido-solido.

3. Controllo continuo del flusso a supporto della validazione del progetto pilota

Quando si passa dalla scala di laboratorio alla scala pilota, i parametri di processo devono essere riconfermati con l'impianto pilota. La modalità operativa a flusso continuo controlla e registra l'alimentazione, la temperatura, la pressione, il tempo di permanenza e altre condizioni, accumulando dati operativi per la convalida dell'ampliamento di scala.

Durante la diretta tematica in loco, Chen Guang, Direttore R&D di Shenshi Weizhiyuan, ha condiviso informazioni sulla piattaforma pilota multifunzionale a flusso continuo montata su skid, analizzandola da tre punti di vista: l'importanza dei test pilota, la presentazione del prodotto e i casi di collaborazione. Illustrando le esperienze di progetto già in corso presso Shenshi Weizhiyuan, ha mostrato l'applicazione delle apparecchiature a flusso continuo nella validazione pilota.

Un'unica piattaforma per svolgere molteplici tipi di compiti pilota. Questa è la logica fondamentale della piattaforma pilota multifunzionale a flusso continuo montata su skid, ed è anche la direzione che intendiamo promuovere insieme ad altre basi pilota.