超越桶和批次

本专栏的读者知道一家精细化工厂的忠实朋友:它的搅拌槽反应器。虽然它们被钢铁覆盖，并有突出物，但它们与实验室化学家的三颈烧瓶并没有太大区别。虽然工厂反应器使用的是电机驱动的搅拌器，而不是巨大的磁力搅拌器，但概念是相同的:一个用于进行反应的容器，以及一个混合化学物质的工具。反应物被注入，直到反应器充满，然后整个过程被加热或冷却以产生新的化合物，然后产物混合物被结晶和过滤。每一批都是以同样的方式生产的，周而复始。但是除了传统的搅拌，还有其他方法来制造化学物质。

我对实验室规模流动化学的了解来自ThalesNano的H-cube，它可以在通风柜中进行加氢反应，其温度和压力在更大的范围内需要混凝土掩体或其他重型屏蔽。将化合物溶解在一个烧瓶中，放入连接到一个小泵的塑料线，插入合适的金属催化剂盒，经过一个晚上，H-cube可以用电解生成的氢还原化合物，将产品沉积在另一个烧瓶中。任何有过经典作品困扰的人帕尔瓶它极其笨拙的玻璃器皿可以立即看到它的优点。

高压和高温并不是考虑流动化学的唯一原因。处理高活性和有毒的试剂和中间体有很多优点，比如重氮甲烷，这在传统的批量生产中引起了头痛:不想在20升的规模上生产吗?一次制造100毫升，与溶解的起始原料反应，然后再做一遍怎么样?当然，你一个小时只能生产200克产品，但你会很安全。一个连续的过程避免了这个问题，因为它不会积累大量的危险中间体。我看到两种反应物从190升的桶中被泵入一个不大于1升的静态混合器(一种用于彻底混合输入流的管子)。在冷却并平静地流入另一个反应堆之前，它们立即发生了反应。考虑到这种材料有剧烈聚合和喷出有毒烟雾的名声，涉及开发流动过程的工作似乎很值得。

如果有一台计算机在监视和控制合成过程，那么讨厌的人忘记打开反应堆搅拌器或关闭加热器的可能性就会大大降低

但是心流也有它的挑战。很难确定启动或停止条件。我曾经观察过一个流程系统，它包括三个独立的操作(引入浆液无机碱，反应生成中间体，以及将其整合到产品中的化学反应)。找到并平衡保持三者共同工作所需的确切条件-适当地研磨浆液中的固体基础;以所需速率生产中间体所需的合适温度;产品过滤去除溶剂和杂质的速度增加了一层额外的复杂性。虽然对于批处理工艺，所有这些方面也都需要了解，但如果在连续工艺中出现故障，其他方面也必须停止，或丢弃产品。

虽然石油炼制和石化生产等大宗工艺，以及造纸和水处理等看似“低技术含量”的行业已经连续运行了几十年，但到目前为止，精细化学品制造的技术进展缓慢。但这种情况正在改变。在制药工业的最先进阶段，连续生产可以潜在地降低药物生产的危害和成本。美国食品和药物管理局认为这是一种减少批次可变性的方法——如果有一台计算机在监控合成过程，那么讨厌的人忘记打开反应堆搅拌器或关闭加热器的可能性就会大大降低。也许这些讨厌的人类可以回到实验室——在那里，模块化的微型流动反应堆将坐在忠实的三颈烧瓶旁边，等待他们下一个聪明的想法。