有机合成工艺小试到中试放大之关键

有机合成工艺小试到中试放大之关键

在生产过程中凡直接关系到化学合成反应或生物合成途径的次序，条件（包括物料配比、温度、反应时间、搅拌方式、后处理方法及精制方法等）通称为工

艺条件。

一、研发到生产的三个阶段

1、小试阶段：开发和优化方法

2、中试阶段：验证和使用方法

3、工艺验证/商业化生产阶段：使用方法，并根据变更情况以绝对是否验证

注：批量的讨论：中试批量应不小于大生产批量的十分之一

二、小试阶段

对实验室原有的合成路线和方法进行全面的、系统的改革。在改革的基础上通过实验室批量合成，积累数据，提出一条基本适合于中试生产的合成工艺路线。小试阶段的研究重点应紧紧绕影响工业生产的关键性问题。如缩短合成路线，提高产率，简化操作，降低成本和安全生产等。

1、研究确定一条最佳的合成工艺路线：一条比较成熟的合成工艺路线应该

是：合成步骤短，总产率高，设备技术条件和工艺流程简单，原材料来源充裕而

且便宜。

2、用工业级原料代替化学试剂：实验室小量合成时，常用试剂规格的原料

和溶剂，不仅价格昂贵，也不可能有大量供应。大规模生产应尽量采用化工原料和工业级溶剂。小试阶段应探明，用工业级原料和溶剂对反应有无干扰，对产品的产率和质量有无影响。通过小试研究找出适合于用工业级原料生产的最佳反应

条件和处理方法，达到价廉、优质和高产。

3、原料和溶剂的回收套用：合成反应一般要用大量溶剂，多数情况下反应

前后溶剂没有明显变化，可直接回收套用。有时溶剂中可能含有反应副产物，反应不完全的剩余原料，挥发性杂质，或溶剂的浓度改变，应通过小试研究找出回收处理的办法，并以数据说明，用回收的原料和溶剂不影响产品的质量。原料和溶剂的回收套用，不仅能降低成本，而且有利于三废处理和环境卫生。

4、安全生产和环境卫生：安全对工业生产至关重要，应通过小试研究尽量

去掉有毒物质和有害气体参加的合成反应；避免采用易燃、易爆的危险操作，实属必要，一时又不能解决，应找出相应的防护措施。尽量不用毒性大的有机溶剂，寻找性质相似而毒性小的溶剂代替。药物生产的特点之一是原材料品种多，用量大，化学反应复杂，常产生大量的废气、废渣和废物，处理不好，将严重影响环

境保护，造成公害。三废问题在选择工艺路线时就要考虑，并提出处理的建议。

三、中试阶段

1、中试与小试的区别

小试与中试的区分不仅仅在于投料量的多少、以及所用设备的大小之上，两者是要完成不同时段的不同任务。小试主要从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求，就可告一段落，转入中试阶段。中试过程要解决的问题是：如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试

的各项经济技术指标，当然规模也扩大了。

2、为何要中试

（1）规模不同

（2）原料来源不同

（3）搅拌方式不同

（4）热量的传递方式不同

（5）反应器的材质不同

3、中试放大的目的

中试是从小试实验到工业化生产必经的过渡环节；在生产设备上基本完成由小试向生产操作过程地过渡，确保按操作规程能始终生产出预定质量标准的产品；是利用在小型的生产设备进行生产的过程，其设备的设计要求，选择及工作原理与大生产基本一致；在小试成熟后，进行中试，研究工业化可行工艺，设备选型，为工业化设计提供依据。所以，中试放大的目的是验证，复审和完善实验室工艺所研究确定的合成工艺路线，是否成熟、合理，主要经济技术指标是否接近生产

要求；研究选定的工业化生产设备结构，材质，安装和车间布置等，为正式生产

提供数据和最佳物料量和物料消耗。

4、中试放大的重要性

中试就是小型生产模拟试验。中试试是根据小试实验研究工业化可行的方案，它进一步研究在一定规模的装置中各步化学反应条件的变化规律，并解决实验室中所不能解决或发现的问题，为工业化生产提供设计依据。虽然化学反应的本质不会因实验生产的不同二改变，但各步化学反应的最佳反应工艺条件，则可能随实验规模和设备等外部条件的不同而改变。一般来说，中试放大是快速，高水平到工业化生产的重要过渡阶段，其水平代表工业化水平。

中试放大是研发到生产的必由之路,也是降低产业化风险的有效措施。

5、中试放大阶段的任务

（1）考核实验室提供的工艺路线在工艺设备、条件、原材料等方面在中试

放大时是否有特殊的要求，是否适合工业化生产。

（2）验证小试工艺是否成熟合理，主要经济指标是否接近生产要求。

（3）进一步考核和完善工艺条件，对每一步反应和单元操作均应取得基本

稳定的数据；进行物料衡算。

（4）设备材质和型号的选择。

（5）确定各步反应对传热和传质的要求。放热反应中的加料方式，加料速

度对反应的影响。

（6）搅拌器型式和搅拌速度的考察。

（7）加热/ 冷却载体的类型及要求(蒸汽、热水、冷盐水)

（8）提出“三废”的处理方案

（9）原材料、中间体的物理性质和化工常数的测

（10）根据中试研究资料制订或修订中间体和成品的质量标准、分析方法

（11）确定所用起始原料、试剂或有机溶媒的规格或标准；一般来说，中试

所采用的原料、试剂的规格应与工业化生产时一致。

（12）消耗定额，原材料成本，操作工时与生产周期等的确定。

（13）提出整个合成路线的工艺流程，各个单元操作的工艺规程。

小试工艺成熟后，必须完成工艺报告。中试不单是小试的简单的放大，中试搅拌、传热、浓缩、过滤、干燥的过程均与小试不同，小试时尽量摸拟中试的条

件去做，另外，切记每一步须做破坏性试验。弄清中试的设备，物料的物化特性。安全第一。中试前小试跟踪、过程跟踪，有时候放大过程中会出现莫名其妙的问题，你怎么都凭空想象不出来的，所以要仔细认真的跟踪过程中的每个细节，尤其是异常情况不要放过，否则非常麻烦。

修订并确定在中试设备条件下各步反应最佳工艺参数的适用范围，必要时修正或调整相关的工艺过程，严密观察在中试情况下(局部过热、反应介质的不均匀性)各操作单元中副反应及有关物质的变化情况。

6、中试放大的方法

（1）经验放大：主要是凭借经验通过逐级放大(小试装置－中间装置－中型装置－大型装置)来摸索反应器的特征。它也是目前药物合成中采用的主要方法。

（2）相似放大：主要是应用相似原理进行放大。此法有一定局限性，只适

用于物理过程放大。而不适用于化学过程的放大。

（3）数学模拟放大：是应用计算机技术的放大，它是今后发展的方向。

7、进行中试要具备的条件

（1）小试收率稳定，产品质量可靠。

（2）各步反应的工艺过程及工艺参数已确定（如加料方式、反应时间、反

应温度、压力、终点控制，提取、分离、结晶、过滤、干燥等）。

（3）对成品的精制、结晶、分离、干燥的方法及要求已确定（晶型、溶残）。

（4）小试的3~5批稳定性试验说明该小试工艺可行、稳定。

（5）必要的材质腐蚀性试验已经完成。

（6）已建立原料、中间体和产品的质量控制方法/质量标准。

（7）进行了物料衡算。三废问题已有初步的处理方法。

（8）已提出原材料的规格和单耗数量。

（9）已提出安全生产的要求。