模块式的直流式Kiloflow反应器的日生产能力为0.3~140L

在医药产品工业领域中，产品的灵活性非常重要，其中具有代表性的是批次生产。一些反应器的结构设计非常有利于连续性生产。微克量级别的Labtrix微反应器属于可扩展的连续性生产系统，利用Labtrix反应器可以更加快捷地完成合成药物的生产。在Labtrix反应器的基础上再利用Mesoreaktor反应器实现千克级的高产。

很早以前就人们就考虑过在反应筛选过程中使用微反应器。例如，利用毫克级的试剂量就可以在微反应过程中快速地获得大量的数据信息。一般情况下，一旦确定了适当的反应条件之后，就可以利用传统的与/或者多种组合的生产方式生产出所需的原材料量。

但从经济性的角度考虑，这种生产工艺方案是不可行的。因为，生产几吨的化工原材料就需要成百上千的微反应器。所以在生产原材料的量高于一定量时，需要使用更大产能的反应器。在微反应过程中，热能和质量的传递效率是关键因素。因此，在提高微反应产量的同时要求保证热能和质量的传递效率也必须相应提高。若不能保证这两个传递过程的效率，就需要对微反应过程进行优化。只有这样才能把实验室级别的生产能力提高到批量生产的级别，同时才能避免流程设备按比例放大时在批量生产工艺过程中出现错误。如果微反应器研发不成熟，按比例放大就会出现错误，从而造成严重的损失，不仅在反应产品方面需要付出高昂的代价，而且会浪费大量的时间。

可靠的生产过程

Chemtrix公司研发生产了一系列的直流式反应器，这满足了流程工艺早期开发时按比例放大和快速反应筛选的要求。这一系列的产品包括Labtrix反应器和Kiloflow反应器。

Labtrix可以对实验室合成工艺过程中微反应器工况进行评判。由于实验室所使用的反应器容量很小（1~20ul），因此这一反应器可以很快地提供详细的过程数据。实验室内所使用的典型培养基量在毫克级范围内。这样可以更进一步了解合成工艺过程中的化学反应过程。另外，这种反应器较大的表面积-容积比为化学反应提供了更可靠的试验条件。在保证一个佩尔蒂埃单位正常工作的温度范围（-15~195℃）和稳定的压力（2.5MPa）的条件下，使这一反应器能够实现传统工艺无法实现的反应条件。因为，这种反应器使用了特殊的耐高温仪器和耐高压设备。在利用Labtrix完成了一系列试验后得到的数据，可以在千克级的Kiloflow中使用，以便获得生产所需要的原材料量。

Kiloflow是一个直流式反应器，其中包含一个中批量的玻璃质直流反应器，它能够使用户按照中等规模快速、灵活地完成具有挑战性的合成试验。这一反应器能够快速（微秒级）地混合，并实现在较大温度范围内（非金属）的热传导。由于这一反应器是由非管道连接的反应器灵活组成，所以它的产量范围为每小时几克到每年几吨，而且这种模块化的反应器可以根据产品开发的需要迅速扩展。

可扩展的直流式反应系统

在化工合成工艺技术中，混合搅拌设备是一个非常重要的设备，它不仅影响化学反应的速度，而且影响化学反应的转化率。从微量级向中等批量的千克级反应转化时，混合搅拌器的类型和混合搅拌的时间非常重要。在微量级和中等批量级中使用了交叉导流式微型混沌混合器（SOR混合器），这一应用证明了在“第四代伯恩”反应中可以在不降低混合器效率的情况下，把反应器产量从1μl提高到6.5μl。当可供使用的原材料和试验时间有限时，可以在工艺过程研发的早期阶段使用Labtrix，并能可靠地根据微量试验的结果按比例放大，应用到中等批量千克级的生产过程中。这样，就可以在要求生产更多的原材料时，不需要对工艺流程重新进行优化试验了。

精确的温度控制

除混合搅拌以外，在中等批量的批量生产过程中准确的温度控制对于产品质量也非常重要。Kiloflow利用热交换器模块的预热来保证准确的温度控制，这一热交换器的预热能够保证试剂在混合前可靠地升温到反应温度。利用这一集成在内部的热交换装置可以有效调节反应物的温度。预热和温度监控可以利用Lauda公司的过程恒温控制系统Integral XT 150来实现，这一系统能在-15~195℃温度范围内使用，它能够利用气体热交换器对液体反应介质进行温度控制和调节。在中等批量反应器Mesoreaktor中，管道直径尺寸大小会对加热和冷却过程中的合成压力和恒温液体的流量产生很大的影响。液体流动阻力R和半径（或者直径）的关系表达式为：（其中R——液体流动阻力，η——动力粘度，I——管道长度，r——管道半径）。

从表达式可以看出：如管道直径减小一点，便会导致液体流动阻力R增大很多，也就意味着需要功率更强大的驱动泵。Lauda公司的Integral XT 150系统的最大压力为0.29MPa，最大流量为45L/min。它所使用的8级变量泵在反应器入口处有专门的流量和压力匹配装置，从而保证反应器和试剂的温度波动控制在±1℃的范围内（在Kiloflow中完成温度的检测）。集成在Kiloflow中等批量反应器内的热交换器的热交换流量为800W/m2·K。这就保证了反应物和反应混合器的温度，从而长期地保证了产品质量。

配置灵活

为了进一步提高化学反应物的产能，还需要一些辅助的反应模块（每一反应器的反应容量为6.5ml）。通过热交换器的集成和各个反应器的无管连接可以保证多个反应器之间的温度恒定。当反应器的流量达到100ml/min时，压力将会降为250kPa。当各个模块串联时，前一个反应器的输出端连接到后一个反应器的输入端，规定流量的特定反应时间将会延长，反应时间将提高几分钟。因此，把各个模块串联起来可以提高反应物的产量。如果将各个反应器并联起来，那么可以实现快速反应（1s~ 2min）和极大的流量。因为，当多个反应器的反应过程同时进行时，系统中的压力较小，反应物可统一输出。

灵活的反应器配置方式还可以形成多种不同的生产配置形式（例如A+B→中间产品+C＝P），同时还可以实现反应过程的定量控制。换言之，只需两种不同类型的反应器就可以装配成多种不同的反应配置形式。这种系统可以灵活设置反应物输入端口，灵活选择反应器的连接方式（串联或者并联）、反应器的数量（每一个反应系统最多可达10个反应器）和反应系统的数量。

从纯化学反应的角度考虑，可以利用标准模块化数据的增减来改变反应物产能，这种方法可以降低反应生产过程中的运行费用。在完成一个开发项目之后，这些模块可以重新配置，在新的开发项目中使用。在工业化生产的流程工业企业中，这些产品的寿命周期可以是几个月到几年。

小结

在医药产品生产领域中，产品使用的灵活性非常重要，因为它保证了实验室研发的工艺方案能可靠地应用到批量生产过程中，并能在不增加专用设备的前提下满足第一阶段和第二阶段产品开发的原材料需求，从而可以在大批量生产过程中确定最经济、最高效的合成反应，确定是否需要单独建造一个直流式反应器系统。