很多反應稍微一經放大就容易出現這樣那樣的問題。其實并非它們反應的過程出現了什么問題,而是在反應的處理上兩者應該有著細微的差別。很多老師或者工程師在放大的時候從200ml的反應瓶放大到500ml的反應瓶中的時候,總是出現反應收率下降或者反應的溫度區間跟原來的區間稍微有些差別。其實這些差別也算不得是什么差別,只是在不同的空間內,該反應的傳質傳熱空間不同而已。由于空間有了細微的差別,導致在細致的操作中,相同的操作實際上也就有了細微的差別,而這個差別就導致了我們常見的收率下降和溫度區間的變化問題。只要我們能夠將這個問題仔細的分析清楚,這個問題也就不是問題了。??
放大實驗和中試生產稍微有些不同,因為兩者的基礎是都是小試的放大,不過由于放大的倍數和區間不同,導致兩者表現出來的東西也就不同。這也就是相同的積分元在不同的積分區間積分出來的不同結果而已。我們只要明了這個積分元在不同積分區間的不同特性就能夠得出積分的變化趨勢,從而調整各個因素使積分向我們需要的方向轉化。??
總之,三者的聯系就是同一個積分元在不同積分區間積分的結果。??
貫穿三者的同一主線就是主反應過程。??
當反應被放大時,由于空間的增大,導致物料的傳輸空間增大,也就是反應物分子的活動空間變大了,導致在反應一旦開始進行后,參加反應的分子碰撞的幾率就開始變小,這是個概率學問題,因而放大反應在與實驗室相同的時間內是反應不到相同的轉化率的,因此我們需要延長反應時間來使反應進行的更加徹底,但是當反應受動力學控制時,我們很容易遇到即使反應很長時間也不能使得反應更進一步的進行,因此我們需要采取一些手段來使得我們的物料濃度變得更大一些,以使反應更進一步進行,如回流或蒸出部分溶劑等操作。同時,由于空間的增大,導致熱量的傳輸開始變慢,因為在實驗室時,物料量比較少,而與外界的加熱設施接觸比較緊湊,因而熱量的傳輸比較快,只要控制得當,基本不會出現物料溫度暴漲或者暴跌的情況,從而出現影響產品質量甚至于產品收率都要受很大影響的狀況。在這種情況下,生產,中試和實驗室各自的處理技巧都是不一樣的,因此當我們在生產上采用和實驗室相同的操作時,很容易出現這樣或者那樣的狀況,這是由于各自的熱量傳輸不一樣造成的。如放熱比較劇烈的反應,在實驗室我們可以采取冰水浴等手段來保持溫度平衡,但到了中試生產時,我們一般采取的方式加入惰性溶劑作為熱的載體,來延緩溫度的急劇上升。或者采取滴加的方式來控制單位時間內熱量的放出,保持溫度的穩定。?
中試是實驗室小試的初步放大,是小型生產的初步嘗試。是從研發到生產過程中最為重要的環節,許多非常有價值的項目都是倒在這一步上。中試的目的為進一步生產提供可靠的實驗數據,并在過程中對工藝進行進一步的修正,將其不適合工業的部分進行淘汰,進而開發出適合生產的工藝。因此很大一部分人就根據經驗自以為是地覺得中試就是根據新的(生產)條件,研究和開發新的工藝參數。這種看法稍微有些偏頗,我們中試的目的,其實是在新的條件下,研究通過何種手段才能達到或者接近實驗室同一條件,而不是直接尋求新的條件。實驗室,中試和生產三者追求的反應條件應該是一樣的,或者幾乎是一樣的,因為大部分反應的條件還是比較寬的,只要在反應區間內,反應就基本上得到差不多的結果。所以說三者追求的條件其實是一致的,但是由于三者的環境略有不同,因而實施達到結果的手段略微有些不同而已。
小試與中試不僅僅在于投料量的多少、以及所用設備的大小之上,兩者是要完成不同時段的不同任務。小試主要從事探索、開發性的工作,化學小試解決了所定課題的反應、分離過程和所涉及物料的分析認定,拿出合格試樣,且收率等經濟技術指標達到預期要求,就可告一段落,轉入中試階段。 中試過程要解決的問題是:如何釆用工業手段、裝備,完成小試的全流程,并基本達到小試的各項經濟技術指標,當然規模也擴大了。該過程也不乏創新、發明的內容。如:小試中將一種物料從一個容器定量的移入另一器皿,往往小試與中試的區分是舉手之勞,但在中試中就要解決選用何種類型、何種規格、何種材質的泵,采用何種計量方式,以及所涉及的安全、環保、防腐等一系列問題,這就不是簡單的放大了,有時要解決此類問題也頗令人傷腦筋,甚至很難達到滿意的結果,中試就是要解決諸如此類的釆用工業裝置與手段過程中所碰到的問題;不僅包含小試中非常注意的物料衡算,也包括小試中不大在意的熱量、動量的衡算問題……為進一步擴大規模,實現真正工業意義的經濟規模的大生產提供可靠的流程手段及數據基礎。
中試放大經驗總結
中間實驗階段是進一步研究在一定規模的裝置中各步化學反應條件的變化規律,并解決實驗室中所不能解決或發現的問題。雖然化學反應的本質不會因實驗生產的不同而改變,但各步化學反應的最佳反應工藝條件,則可能隨實驗規模和設備等外部條件的不同而改變。因此,中試放大很重要。
實驗進行到什么階段才進行中試呢?至少要具備下列的條件:
1.小試收率穩定,產品質量可靠;
2.操作條件已經確定,產品,中間體和原料的分析檢驗方法已確定;
3.某些設備,管道材質的耐腐蝕實驗已經進行,并有所需的一般設備;
4.進行了物料衡算。三廢問題已有初步的處理方法;
5.已提出原材料的規格和單耗數量;
6.已提出安全生產的要求。
中試放大的方法
經驗放大法:主要是憑借經驗通過逐級放大(小試裝置-中間裝置-中型裝置-大型裝置)來摸索反應器的特征。
相似放大法:主要是應用相似原理進行放大。此法有一定局限性,只適用于物理過程放大。而不適用于化學過程的放大。
數學模擬放大法:是應用計算機技術的放大法,它是今后發展的方向。
此外,微型中間裝置的發展也很迅速,即采用微型中間裝置替代大型中間裝置,為工業化裝置提供精確的設計數據。其優點是費用低廉,建設快。
中試放大階段的任務
主要有以下十點,實踐中可以根據不同情況,分清主次,有計劃有組織地進行。
1.工藝路線和單元反應操作方法的最終確定。特別當原來選定的路線和單元反應方法在中試放大階段暴露出難以解決的重大問題時,應重新選擇其他路線,再按新路線進行中試放大。
2.設備材質和型號的選擇。對于接觸腐蝕性物料的設備材質的選擇問題尤應注意。
3.攪拌器型式和攪拌速度的考察。反應很多是非均相的,且反應熱效應較大。在小試時由于物料體積小,攪拌效果好,傳熱傳質問題不明顯,但在中試放大時必須根據物料性質和反應特點,注意攪拌型式和攪拌速度對反應的影響規律,以便選擇合乎要求的攪拌器和確定適用的攪拌速度。
4.反應條件的進一步研究。室驗室階段獲得的最佳反應條件不一定完全符合中試放大的要求,為此,應就其中主要的影響因素,如加料速度,攪拌效果,反應器的傳熱面積與傳熱系數以及制冷劑等因素,進行深入研究,以便掌握其在中間裝置中的變化規律。得到更適用的反應條件。
5.工藝流程和操作方法的確定。要考慮使反應和后處理操作方法適用工業生產的要求。特別注意縮短工序,簡化操作,提高勞動生產率。從而最終確定生產工藝流程和操作方法。
6.進行物料衡算。當各步反應條件和操作方法確定后,就應該就一些收率低,副產物多和三廢較多的反應進行物料衡算。反應產品和其它產物的重量總和等于反應前各個物料投量量的總和是物料衡算必須達到的精確程度。以便為解決薄弱環節。挖潛節能,提高效率,回收副產物并綜合利用以及防治三廢提供數據。對無分析方法的化學成分要進行分析方法的研究。
7.原材料、中間體的物理性質和化工常數的測定。為了解決生產工藝和安全措施中的問題,必須測定某些物料的性質和化工常數,如比熱,黏度,爆炸極限等。
8.原材料中間體質量標準的制訂。小試中質量標準有欠完善的要根據中試實驗進行修訂和完善。
9.消耗定額,原材料成本,操作工時與生產周期等的確定。在中試研究總結報告的基礎上,可以進行基建設計,制訂型號設備的選購計劃。進行非定型設備的設計制造,按照施工圖進行生產車間的廠房建筑和設備安裝。在全部生產設備和輔助設備安裝完畢。如試產合格和短期試產穩定即可制訂工藝規程,交付生產。
10.從實驗室研究至中試生產。
研究確定一條最佳的合成工藝路線:
1.一個化合物往往可以用不同的路線和方法合成,實驗室最初采用的路線和方法不一定是最佳者,當時對反應條件,儀器設備,原材料來源等考察不多,對產率也不作過高要求,但這些對工業生產卻十分重要,應通過小試研究改掉那些不符合工業生產的合成步驟和方法。一條比較成熟的合成工藝路線應該是:合成步驟短,總產率高,設備技術條件和工藝流程簡單,原材料來源充裕而且便宜。
2.用工業級原料代替化學試劑。實驗室小量合成時,常用試劑規格的原料和溶劑,不僅價格昂貴,也不可能有大量供應。大規模生產應盡量采用化工原料和工業級溶劑。小試階段應探明,用工業級原料和溶劑對反應有無干擾,對產品的產率和質量有無影響。通過小試研究找出適合于用工業級原料生產的最佳反應條件和處理方法,達到價廉、優質和高產。
3.原料和溶劑的回收套用。合成反應一般要用大量溶劑,多數情況下反應前后溶劑沒有明顯變化,可直接回收套用。有時溶劑中可能含有反應副產物,反應不完全的剩余原料,揮發性雜質,或溶劑的濃度改變,應通過小試研究找出回收處理的辦法,并以數據說明,用回收的原料和溶劑不影響產品的質量。原料和溶劑的回收套用,不僅能降低成本,而且有利于三廢處理和環境衛生。
4.安全生產和環境衛生。安全對工業生產至關重要,應通過小試研究盡量去掉有毒物質和有害氣體參加的合成反應;避免采用易燃、易爆的危險操作,實屬必要,一時又不能解決,應找出相應的防護措施。盡量不用毒性大的有機溶劑,尋找性質相似而毒性小的溶劑代替。
中試生產階段 :中試生產是從實驗室過渡到工業生產必不可少的重要環節,是二者之間的橋粱。中試生產是小試的擴大,是工業生產的縮影,應在工廠或專門的中試車間進行。中試生產的主要任務是:
1.考核小試提供的合成工藝路線,在工藝條件、設備、原材料等方面是否有特殊要求,是否適合于工業生產;
2.驗證小試提供的合成工藝路線,是否成熟、合理,主要經濟技術指標是否接近生產要求;
3.在放大中試研究過程中,進一步考核和完善工藝路線,對每一反應步驟和單元操作,均應取得基本穩定的數據;
4.根據中試研究的結果制訂或修訂中間體和成品的質量標準,以及分析鑒定方法;
5.制備中間體及成品的批次一般不少于3-5批,以便積累數據,完善中試生產資料;
6.根據原材料、動力消耗和工時等,初步進行經濟技術指標的核算,提出生產成本;
7.對各步物料進行步規劃,提出回收套用和三廢處理的措施;
8.提出整個合成路線的工藝流程,各個單元操作的工藝規程,安全操作要求及制度。
設備的選擇和工藝管路的改造
1.根據小試的結果,在多功能、中試車間,對設備進行選擇,首先應考慮設備容量是否適宜,設備材質、管路材質與工藝介質的適應性,是否耐腐蝕,加熱、冷卻和攪拌速度是否符合要求。
2.物料輸送的方法(投料、出料、各步之間的流轉),如何防止跑料、凝固和堵塞等。
3.物料的計量和加料的方法,如滴加如何有效控制?
4.反應有無氣體生成?會否沖料?如有必要,應加氣液分離器,安裝回流管。
5.離心,壓濾等分離條件是否滿足?
根據以上情況和其他工藝要求,對設備,管路進行適應性改造。
投料前的準備:
1.對設備,尤其是新安裝和經改過的設備或久置不用的設備要進行試壓、試漏工作,要結合清洗工作進行聯動試車,以確保投料后不用再動火,在無泄漏的前況下,進行設備管道保溫。
2.做好設備的清洗和清場工作,確保不讓雜物帶入反應體系,防止產生交叉污染和確保有序的工作。
3.根據工藝要求和試驗的需要核定投料系數,計算投料量做到原材料配套領用,質量合格,標志清楚,分類定置安放。
4.計劃和準備好中間體的盛放器具和堆放場所。
5.生產條件的檢查:蒸汽、油浴、冷卻水和鹽水是否通暢(可用手試一下閥門開啟后的前后溫差),閥門開關是否符合要求。
6.物料是否均相,攪拌是否足以使他們混合均勻,固體是否沉積在底閥凹處,尤其固體催化劑或難溶原料的沉積,如何采取避免沉積的措施。
7.各種儀表是否正常?估計整個過程(物料淺滿發生變化和投料偏少時)溫度計是否能插到物料里。
8.寫好操作規程和安全規程。
9.對職工進行培訓,工藝培訓(尤其要講清楚控制指標和要點,違犯操作規程的危害和管道走向,閥門的進出控制,落實超出控制指標和突發事件的應急措施)。進行安全培訓和勞動保護培訓。
10.明確項目的責任人,組織好班次,骨干力量安排好跟班,明確職工與骨干與上級領導之間夜間溝通聯絡方法。
11.做好應急措施預案和必要的準備工作。
中試放大與生產工藝規程:
中試放大的目的是驗證、復審和完善實驗室工藝所研究確定的反應條件,及研究選定的工業化生產設備結構、材質、安裝和車間布置等,為正式生產提供數據,以及物質量和消耗等。
(一) 中試放大的研究內容
1.概述
工藝過程:在生產過程中凡直接關系到化學合成反應或生物合成途徑的次序、條件(配料比、溫度、反應時間、攪拌方式、后處理方法和精制條件等)統稱為工藝條件。其它過程則成為輔助過程。
2.中試放大的重要性
確定工藝路線后,每步化學合成反應或生物合成反應不會因小試、中試放大和大型生產條件不同而有明顯變化,但各步最佳工藝條件,則隨試驗規模和設備等外部條件的不同而有可能需要調整。
3.中試放大的研究
1)生產工藝路線的復審
一般情況下,單元反應的方法和生產工藝路線應在實驗室階段就基本選定。在中試放大階段,只是確定具體工藝操作和條件以適應工業生產。但是當選定的工藝路線和工藝過程,在中試放大時暴露出難以克服的重大問題時,就需要復審實驗室工藝路線,修正其工藝過程。
2)設備材質與型式的選擇
開始中試放大時應考慮所需各種設備的材質和型式,并考查是否合適,尤其應注意接觸腐蝕性物料的設備材質的選擇。
3)攪拌器型式與攪拌速度的考查
在實驗室中由于物料體積較小,攪拌效率好,傳熱、傳質的問題表現不明顯,但是在中試放大時,由于攪拌效率的影響,傳熱,傳質的問題就突出地暴露出來。因此,中試放大時必須根據物料性質和反應特點注意研究攪拌器的型式,考察攪拌速度對反應規律的影響,特別是在固-液非均相反應時,要選擇合乎反應要求的攪拌器型式和適宜的攪拌速度。
4)反應條件的進一步研究
實驗室階段獲得的最佳反應條件不一定能符合中試放大要求。應該就其中的主要的影響因素,如放熱反應中的加料速度,反應罐的傳熱面積與傳熱系數,以及制冷劑等因素進行深入的試驗研究,掌握它們在中試裝置中的變化規律,以得到更合適的反應條件。
5)工藝流程與操作方法的確定
在中試放大階段由于處理物料增加,因而又必要考慮使反應與后處理的操作方法如何適應工業生產的要求,特別要注意縮短工序、簡化操作。
6)原輔材料和中間體的質量控制
①原輔材料、中間體的物理性質和化工參數的測定。
②原輔材料、中間體質量標準的制定。
(二)物料衡算
物料衡算是化工計算中最基本,也是最重要的內容之一。它也是能量衡算的基礎。通過物料衡算,可深入分析生產過程,對生產全過程有定量了解,就可以知道原料消耗定額,揭示物料利用情況;了解產品收率是否達到最佳數值,設備生產能力還有多大潛力;各設備生產能力是否匹配等。
(1)物料衡算的理論基礎
物料衡算:是研究某一個體系內進、出物料及組成的變化,即物料平衡。所謂體系就是物料衡算的范圍,可以是一個設備或多個設備,可以是一個單元操作或整個化工過程。
物料衡算的理論基礎為質量守恒定律: 進入反應器的物料量-流出反應器的物料量-反應器中的轉化量=反應器中的積累量
在化學反應系統中,物質的轉化服從化學反應規律,可以根據化學反應方程式求出物質轉化的定量關系。
(2)確定物料衡算的計算基準及每年設備操作時間
1)物料衡算的基準
通常采用的基準有:①以每批操作為基準,適用于間歇操作設備、標準或定型設備的物料衡算。②以單位時間為基準,適用于連續操作設備的物料衡算。③以每公斤產品為基準,以確定原輔材料的消耗定額。
2)每年設備操作時間: 車間每年設備正常開工生產的天數一般以330天計算,其中余下的36天作為車間檢修時間。
(3)收集有關計算數據和物料衡算步驟
1)收集有關計算數據: 反應物的配料比,原輔材料、半成品、成品及副產品等的濃度、純度或組成,車間總產率,階段產率,轉化率。
2)轉化率: 對某一組分來說,反應物所消耗的物料量與投入反應物料量之比簡稱該組分的轉化率。一般以百分率表示。
3)選擇性: 各種主、副產物中,主產物所占分率。
(4)車間總收率:車間總收率為各個工序收率的乘積。
(5)物料計算的步驟
1)收集合計算所必需的基本數據。
2)列出化學反應方程式,包括主反應和副反應;根據給定條件畫出流程簡圖。
3)選擇物料計算的基準。
4)進行物料衡算。
5)列出物料平衡表: ①輸入與輸出的物料平衡表;②三廢排量表;③計算原輔材料消耗定額(kg)。
(三)生產工藝規程
一個產品可以采用幾種不同的生產工藝過程,但其中必有一種是在特定條件下最為合理、最為經濟又最能保證產品重量的。人們把這種生產工藝過程的各項內容寫成文件形式即為生產工藝規程。
生產工藝規程是指導生產的重要文件,也是組織管理生產的基本依據;更是工廠企業的核心機密。先進的生產工藝規程是工程技術人員、崗位工人和企業管理人員的集體創造,屬于知識產權的范疇,要積極組織申報專利,以保護發明者和企業的合法利益。
(1)生產工藝規程的主要作用: ①生產工藝規程是組織工業生產的指導性文件,生產的計劃、調度只有根據生產工藝規程安排,才能保持各個生產環節之間的相互協調,才能按計劃完成任務。 ②生產工藝規程也是生產準備工作的依據。 ③生產工藝規程又是新建和擴建生產車間或工廠的基本技術條件。
(2)制訂生產工藝規程的原始資料和基本內容
制定生產工藝規程,需要下列原始資料和包括的基本內容:
1)產品介紹:敘述產品規格、藥理作用等,包括名稱(商品名、化學名、英文名);化學結構式,分子式、分子量; 性狀(物化性質);質量標準及檢驗方法(鑒別方法,準確的定量分析方法、雜質檢查方法和雜質最高限度檢驗方法等);藥理作用、毒副作用(不良反應)、用途(適應癥、用法);包裝與貯存。
2)化學反應過程: 按化學合成或生物合成,分工序寫出主反應、副反應、輔助反應(如催化劑的制備、副產物處理、回收套用等)及其反應原理。還要包括反應終點的控制方法和快速化驗方法。
3)生產工藝流程:以生產工藝過程中的化學反應為中心,用圖解形式把冷卻、加熱、過濾、蒸餾、提取分離、中和、精制等物理化學過程加以描述。
4)設備一覽表:崗位名稱,設備名稱,規格,數量(容積、性能),材質,電機容量等。
5)設備流程和設備檢修:設備流程圖是用設備示意圖的形式來表示生產過程中各設備的銜接關系。
6)操作工時與生產周期:記敘各崗位中工序名稱、操作時間。
7)原輔材料和中間體的質量標準:按崗位名稱、原料名稱、分子式、分子量、規格項目等列表。
8)生產工藝過程:配料比;工藝操作;主要工藝條件及其說明;生產過程中的中間體及其理化性質和反應終點控制;后處理方法及收率等。
9)生產技術經濟指標:生產能力(年,月);中間體、成品收率,分步收率和產品總收率,收率計算方法;勞動生產率及成本;原輔材料及中間體消耗定額。
10)技術安全與防火、防爆。
11)主要設備的使用與安全注意事項。
12)成品、中間體、原料檢驗方法。
13)資源綜合利用和三廢處理
14)附錄(有關常數及計算公式等)
生產過程的注意事項:
1.嚴格按操作規程、安全規程操作,不能隨意更改。如發現新問題需更改,必須有充分的小試作基礎。
2.嚴格控制反應條件如溫度,pH值等,萬一超標應及時進行處理(小試就應考慮到,小試應做過破壞性試驗,找出處理辦法)
3.注意中試,試生產溫度計的傳熱敏感度與小試不一樣,溫度變化存在滯后性,應提前預計到這一點進行有關操作。
4.真空系統出現漏氣如何檢查和應急處理,尤其在高溫情況下,應及時采取應急措施。
5.突發停電,停汽,停水,停冷凍鹽水應立刻分別采取必要的應急措施(必要時配備和啟用備用電源,氮氣保護等)。
6.注意生產中的放大效應,一般應逐步放大,不能單考慮進度,否則“欲速而不達”,要循序漸進。
7.由于不可預計因素和放大效應的存在,對單批投料量必須進行控制,實行分級審批制度。
8.對反應過程中的現象進行認真的仔細的觀察,及時記好記錄,并及時分析出現的現象,要做好小試的先導或跟蹤驗證工作。各相關人員必須有高度的責任心,密切關注整個生產過程的情況,及時采取措施解決出現的問題。
9.每一步驟的終點如何判斷要有明確的指標和方法,每一步進行嚴格控制,可與反應中出現的現象綜合起來判斷。
10.正確選擇后處理方法。進行萃取、結晶和重結晶等單元操作,在選擇萃取劑和溶劑時,正確運用“相似相溶”原則來考慮雜質、產物的溶解度。選擇溶劑時一定要在考慮工藝的適用性的同時,要考慮經濟性和可行性,如價格,毒性及是否可回收和易回收等。小試進行后處理時就應考慮到這幾方面。
安全問題
1.充分的小試是中試和試生產成功的保證,小試多花力氣,多設想各方面在中試、生產時的實施方法和可操作性,考慮得越仔細,越周到,中試生產就會越順利,不會出現生產事故和安全事故。
2.技改動火的安全是安全工作的關鍵,由于多項目在同一車間,這個項目在技改,其他項目在生產,或同一系統中前一產品生產過,現改產另一產品,或由于某一問題未事先考慮到中途進行技改。不管哪種情況,凡能移到車間外進行動火的一定要拆出去動火,盡量避免在車間內動火,不得已必須在車間內動火的,必須做好清洗和隔離工作(包括設備,容器,管道),不能留下死角,要嚴格動火制度。
3.職工培訓和嚴格遵守規章制度和操作規程是安全工作的重點。
4.職責分工要明確,投料前應填寫“中試試生產項目情況一覽表“明確責任人,相互要及時溝通,要有嚴格的制度和高度的責任心,骨干力量要跟班,有情況應及時采取應對措施。
5.事先應預計到可能出現的安全問題,環保問題和勞動保護問題,并采取相應措施。
(一)多考察數據條件及其規律
A;首先要安全第一,在中試或生產設備能夠滿足工藝條件的前提下,多進行不同工藝控制條件的小試,確定幾種中試的方案,生產的每個過程都不能疏忽,否則出了問題都找不出來
B;小試一定要做好,問題盡量考慮周全。安全是第一位的,其他可以大膽試。
C;在實驗室方面,中試之前就要做好時間、溫度等各個反應要素的邊緣實驗和破壞性實驗,這些工作如果做的塌實,那么在中試中萬一不幸出現異常,也應該是你已經碰到過的了
D;在做小試時就要模仿中試過程,考慮如何工業化。設想每一步在中試時如何實現,這可能對經驗要求比較高
E;小試工藝成熟后,必須完成工藝報告。中試不單是小試的簡單的放大,中試攪拌、傳熱、濃縮、過濾、干燥的過程均與小試不同,小試時盡量摸擬中試的條件去做,另外,切記每一步須做破壞性試驗。弄清中試的設備,物料的物化特性。安全第一。中試前小試跟蹤QUOTE]過程跟蹤,有時候放大過程中會出現莫名其妙的問題,你怎么都憑空想象不出來的,所以要仔細認真的跟蹤過程中的每個細節,尤其是異常情況不要放過,否則非常麻煩。
F;小試和中試有時是兩碼事,有時相差很遠總之在中試前應把所有的因素盡可能地全部考慮進去,這樣生產中還會有想不到的總是出現所以多作小試來驗證中試包括一些破壞性的驗證,也是很重要的噢
G;放大與小試不同之處在于放大效應,做小試要考慮全面,多做些條件試驗,求得穩定數據
H;我做生產的經驗來看,一般從小試到放大肯定會出現一些問題,主要是小試的時候沒有把生產的因素考慮進去。現在有很多研究人員不可否認在小試上有很高的造詣,但在生產上就一竅不通,實在需要改進
I;總結個人體會,工藝設計空間要合理,工藝要有耐用性,必須:小試做的要條件隨隨便便,多出問題,好多總結。中放要慎重從事,一步一停,小試同步。
J;做小試剛開始不要一味追求收率,但要保證首先要能做出合格的東西,要針對性的多做破壞性試驗,多發現問題和解決問題,到放大時才會少出問題
點評;做化工研究開發時取得各種數據以及各種數據之間的關系、規律對中試生產放大至關重要,至少當設備滿足不了你的最佳工藝條件時你還有應對措施。
(二)中試前準備
A;算起來從開始工作到目前為止,我大約干過6個產品或中間體的中放啦。樓上的兄弟們都說得很對,說得很精辟。在這里我只提一下中放的預前準備工作。中放預前思考和準備工作很重要,它關系到整個中放能否順利進行和圓滿的完成。在中放前的小試中一定要充分考慮和模仿現場情況操作,小試不僅要做好條件,也要做壞條件。充分尋找中放可能出現的問題,找到解決的辦法,多打聽,多請教,把許多能提前做的工作做在前面,為中放工作或后續工作順利進行留出時間和空間。在中放過程中遇到意外的情況發生時,既要冷靜、沉著,也要及時、合理地想辦法去解決問題,遇事不能亂——思維不能亂,行為不能亂,這很重要!這是我的一點體會,希望能對大家有點用
B;小試試驗做得充分能為中試奠定成功的基礎,在小試過程中要對關鍵工藝參數進行詳細的考察,對關鍵原料和中間體的質量標準制定要合理,同時要多作一些破壞性試驗。在中試前要確認使用的原料是否與你的小試原料標準一
致,設備改造是否達到工藝要求,SOP是否詳細準確,是否對操作工進行SOP和關鍵操作點的培訓及原料理化性質等安全培訓。同時特別要注意設備的清潔工作,這是確保質量的關鍵,對閥門、管道的死角清潔要特別注意。生產過程技術人員要全方位的跟蹤指導,生產中出現問題也很正常,首先要冷靜處理,分析問題的原因,同時在實驗室對原因進行證明,再進行培訓,在生產中調節參數再進行驗證
C;小試過程中間就必須要考慮生產過程中可能會產生什么情況,放大后是否會出現異常,這主要是要考慮反應器的選型,攪拌器的選型,換熱效果,以及后處理手段效果等等
所有使用的化學品性質一定要完全告訴參加人員,多加強安全防范,車間掛黑板,一些著重點公示加強安全意識
一旦出現事故,一方面要沉著冷靜及時處理,同時上報企業安全部門,直接領導..
D;自己還是要在試產現場!!密切關注幾批或多批,注意車間生產條件與你小試的區別和問題
E;1;小試時要考慮中試的可行性;
2;中試準備時要對所有原料進行小試驗證
3.物料的傳送、能量轉換等要考慮清楚
4.小試多進行各種條件試驗
5.出現問題,要解決,問題不解決,不要輕易進行下步
F;1個人最好有實際生產操作經驗,充分了解裝置性能結構;
2.試驗時全面考慮生產中不確定因素的影響
3.中試時,及時跟蹤分析、解決,不會出原則問題
(三)中試時跟蹤檢測
A;原料中間體一定要檢測,否則死都不知道怎么死的。第一兩批要做好失敗的預案,不要做得太快。
遇到問題要保持冷靜,千萬不要蠻干。我的經驗是表面越復雜的問題越可能是簡單的問題,有時一個閥門就可以搞得你一天不痛快
B;看到這么多的留言,我受益非淺,我再提一個:
中試前,最好將所有的原料都再實驗室小試一次,即使這樣,在加料的時候還是要去看看,我做過一個硼氫化納還原反應,當時實驗室用的硼氫化納是粉末狀,作出的效果很好,中試投料時我沒有去,這下做壞了,原因是他們在取硼氫化納時,連成塊的都用上了,都是失效的!還好最后又補加了一些才反應完全,要不然,幾百萬的東西可就沒有了!另外在小試做破壞性實驗很重要,包括產物的穩定性,反應的穩定性等等,
點評:實驗中一定要使用工業原料,試劑同工業品是有區別的。但是即使用的是工業品中試前也一定要用小試驗證一下,有的廠家給你的樣品和實際供貨并不一樣。舉個例子甲苯就有兩種制造方法,其制造工藝不同所含雜質也就不同。在石油化工廠里催化劑在使用之前都要經過小試評價(也就是用小試驗證一下),普通的分析都不能完全說明問題。
(四)中試時考察數據
A、中試只要不出安全問題,其它問題出現越多,對你以后大生產都有好處。如果中試很順利,而等大生產才出現問題,那時才是真正的煩
B、首先,要考慮安全問題。其次考慮設備,第三考慮工藝控制點
C、溫度也是不能忽略的問題,冬天跟夏天是不一樣的。
D、得熟悉化工單元操作的各個系數,因為中試的目的是大生產,所以中試要以大生產為終點,把小試做為一個臺階,不應是小試的又一次簡單重復與放大。
E、試生產階段期間還要把小試結合起來做就可避免出現大的問題,若出現一些問題后也好分析!主要要考慮所有出現問題的可能的地方,做中試時注意出現問題的規律如何,小試跟著中試走,這樣應該不會有太多的疑惑.當然安全是第一位要考慮的,其它情況都有翻盤的機會,但是出了事故是沒有的。
F、中試時決不能急于趕樣,一定要見結果,穩定三批。出現問題是正常的,中試總結很重要。
G、做小試時就應考慮到大生產或中試容不容易,比如無水無氧操作,金屬離子對反應的影響等。選定的試劑在加料過程是否容易操作,是否因加料順序、快慢等會影響安全,力求安全系數要高。做合成,合成一種東西,只要條件好,時間不緊的話,就不難,難的就是放大,也許這就是瓶頸。
點評:中試是實驗室技術轉化到大生產的中間環節,主要取得工藝的熱效應、傳質效應等方面的數據。
(五)后處理方面
A、中試和小試還是有區別的,小試時要注意你的后處理方式能否在中試中進行,不能僅為做出東西而做,要考慮操作的可行性,比方說油狀物的處理,在小瓶子里小瓶好弄,大罐子怎麼辦?一般中試都希望只進行固態或液態的轉移,后處理方式要盡量滿足這個要求
B、關鍵是在小試中要做好物料恒算,尤其是后處理中的問題,一定要有經濟,成本的頭腦,在中試,大生產中,工作要有計劃性以及預見性,提前預防!如果方法得當,那么剩下的就是能力問題了!有問題,不解決,辭職
點評:中試、生產中的后處理不同于化學反應是小試中無法實驗的,因此研究人員一定要有中試經驗,了解生產設備。在實驗時就要考慮到中試中可能遇到的問題,設想一下后處理的可行性。
(六)放大效應、設備效應
A;中試跟小試有天壤之別,小試能做合格中試不一定能.因此,中試和生產上出了問題小試不一定能解決.我認為首先應從中試上找原因,然后在小試的基礎上模擬中試生產
B;大家的分析都很有道理,也是非常有用的實際方案。我們也應注意:在生產前要好好考慮試驗室與生產之間存在哪些不同之處,一一羅列出來,然后進行試驗研究。哪些將有影響:如設備材質、反應溫度計的延遲性、攪拌分散效果的差異等
C;小試和中試最大的區別在于:小試容易控制,而大度過程中有很多始料不及的情況!有些甚至是致命的
D;1.每一步的投料不要輕易的按原始小試的質量放大,一定要注意mol量.當質量變化大時,mol量也會增大,忽略了可能對生產不利,也是不易察覺的地方.
2.一定要符合工藝要求的設備,否則不要生產
3.工人的工作態度,一定要培訓好
E;結合自己多年中試的一些問題,總結以下幾點注意事項,見笑了:
1、放大效應,就是三傳問題和時間差異,傳熱冷卻和攪拌尤其要注意,三傳速率和小瓶里差異太大,有特殊要求的要用到特殊設備。
2、量的差異,小試時不足為患的問題量一多可能就成大問題了,所以要反復核對和考慮整個過程中可能出現的異常情況,早做好防備,否則的話就不是倒掉重來的問題了。
3、過程跟蹤,有時候放大過程中會出現莫名其妙的問題,你怎么都憑空想象不出來的,所以要仔細認真的跟蹤過程中的每個細節,尤其是異常情況不要放過,否則非常麻煩。
4、謹慎操作,這對收率能耗和成本估算都有益處,最重要的是小命要緊,一個閃失可能就OVER了,尤其是有危險操作和危險物料時。
5、詳細記錄,不要有先入為主的思想,將客觀的數據向小試的數據靠攏,兩者有差異是肯定的,中試交出的數據與大生產更加接近。
6、認真分析,包括對每個中間體的檢測和整個流程可否連貫簡化的分析,在大的釜面前你更加容易想到這些問題,因為你無法湊合操作
F;每個品種都有其關鍵點,如溫度條件,可能產生的有毒氣體,反應時間,反應物料狀態,所需設備材質,反應過程是放熱還是吸熱,反應難易程度,是否會產生大量氣體.中試過程中有很多不一樣的地方需要注意!
G;試設備選型很關鍵,對于熱敏性物料加熱或固液反應攪拌要求快,固液反應最好用推進攪拌,避免死角---
H;如果小試做得比較好,中試若出現莫名其妙的問題,首先最好考慮設備和原料的問題
I;大家年的看法都很高明!!
鄙人之見還應多考慮中試中很多條件小試都不能達到,而且中試中接觸的條件如鐵等小試不可能接觸,對于一些怕金屬離子的生產應多考慮后再做!!!
J;還是那句老話"安全第一",中試特別要注意安全,跟實驗室不一樣:打個瓶子可能沒問題。說小試跟著中試走,可能是作小試時沒有過多的了解中試設備,沒有考慮中試的生產程序。
小試時特別要注意反應的放熱(量需要專門的儀器-熱量儀,不一定需要,但是可以感覺放熱的劇烈程度,根據放熱的程度可以確定冷卻介質)、反映速度、投料順序(好的投料方式有時可以避免副產物的生成)等。在生產是均向反應容易些。
中試的反應(除苛刻的高壓、強熱量等外)開始比較容易控制的,但是后處理就要特別注意了:水洗分液注意計算液位量、反應釜的體積;重結晶注意控制攪拌速度、冷卻時的速度溫差等;干燥時注意物料的熔點、開始真空后加熱(但是如果溶劑易揮發時,不要只真空而是溶劑結冰,可以低溫熱水加熱)。
L;對于真空度,攪拌速度,還有受熱是否均勻,都要有考慮.還有放料問題.體系最好方便轉移
點評;放大效應其實就是因為你的工業設備達不到你的小試儀器的控制水平,中試時容易出現問題的地方主要集中在“三傳”上,事必親躬很有必要,這樣你才有感官印象。中試時的感知能力很重要,工業設備不透明只能根據溫度計、壓力表來判斷反應進行情況。對設備必須非常熟悉并作到人機合一,隨時能判斷設備運轉是否出現異常。另外還要留心注意你的設備能否滿足你的工藝要求,我有一次做格氏反應總是出問題,最后才發現問題出在攪拌上,雖然中試前我們已經很注意這個問題并將攪拌放的很低,(因為格氏反應首先要活化鎂粉,小試的攪拌可以放的很低,但中試卻很難。)最后我們將攪拌放到離釜底只有1cm時反應才正常。
(七)人員配合、工人培訓
A;大家說的都比較有道理,也是各抒已見。我還想再說一點,對于同一類型的不同種類,如差異性不,膽子可以大一些(比如大多數樹脂反應,反應機理相同,只是原材料不同)。但對于不同類型的尤其是新開發的不同機理的,或較復雜的,一定要有大生產的經驗,或有相關的人員輔導,否則即使能過了中試,往往在大生產上要碰壁,由余大生產的投資較大,所以失敗是災難性。因此在此之前,要把各種因素考慮在內,各種指標都在可控之內。也就是要有預見性及有可能采取的手段。
B;其實也沒什么,要做好中試,第一重要的是要有極好的熟練工人,因為新工藝對操作員工的要求是很高的
C;與設備,工藝,安全等技術人員及操作工密切配合,自己對此工藝生產不管理論,還是實際操作要心中有數
D;補充一點,那就是在做放大的時候,一定要讓你的老板明白你做的東西很難,讓他們明白中試與小試的區別,而不僅僅是我們自己,這樣他們才會明白要為我們創造一個良好的外部環境的重要性。
E;
1. 每一步的投料不要輕易的按原始小試的質量放大,一定要注意mol量.當質量變化大時,mol量也會增大,忽略了可能對生產不利,也是不易察覺的地方。
2. 一定要符合工藝要求的設備,否則不要生產。
3. 工人的工作態度,一定要培訓好。
4. 關鍵點的控制,負責人必須在場。
5. 象回流的,冷凝器是否達標,這里會隱藏許多隱患,特別是產品顏色要求比較嚴格的
F;小弟不才也作過幾天中試,感受不淺啊
三傳<很很很>重要,但是還要注意尾氣污染和設備的生產能力,也就是員工的工作環境和工作強度,畢竟工作是人去做的,自動化還不是很普及嗎
G;過了這么多年,經了很多的事,明白一個項目和一個項目是不一樣的不能用以的固定的思維去思考問題,
別人的經驗只能聽一下,要吸收稱自己的東西
不管是什么樣的人說的,即使是臨時工也一定要聽他的見解,也許你我都沒有想到。
一定要帶好眼鏡,手套。特別提示!!!
H;先要充分了解反應的機理以及各化學物料的性質,并且在生產中要逐步放大,以便避免直接放大帶來的副面影響,要考慮放大效應。其次是在生產過程中要同上級和車間直接的生產人員隨時溝通,做到生產的整個過程心中有數,才不至于中試和生產上出現問題
I;人員方面還是很重要的一環.很多時候,不成功,還不是因為一個人為的細節,如閥門沒擰緊,發現的時候,已經后悔莫及了
J;研發人員的魄力嘛,當然要有,最重要的是在工人面前不能猶豫不覺,自己拿不定主意,也不能在工人面前現行于色
要私下里實驗室琢磨或請教主管,特別是車間主管,別看他們沒多少專業知識,可人家的經驗是夠足的,如果你是菜鳥,到車間生產的話,最好事先多和車間主管溝通
工人大多知其然不知其所以然,所以工人會把你當專家看,都是信任你的,故你的搖擺不定,將直接讓人懷疑你的能力
小試的數據一定要全,車間里什么事都會發生,最好多做些破壞實驗,多查看車間生產狀況以及車間的設備。很多時候實驗室做起來簡單的事,到車間就不定能做好,不要忘記你的工藝是會受到設備制約的
上中試或項目時,一定要做安全評估.操作前,一定要注意可能發生危險的地方
小試成熟的工藝基礎之上,首先要熟悉車間里的各設備以及各設備可能出現的一系列問題,如漏水、漏鹽水,沒有達到無水要求,設備的攪拌速度問題以及各設備的清潔程度。把開工前的一系列問題都妥善考慮,不可有一絲疏忽,一鍋壞料可能是鍋未清洗干凈或留有殘渣造成副反應。
我們以往在中試過程中出現的問題通常是設備方面的原因
充分考慮放大實驗的效應,如溫度是否和小試一樣快速達到均勻,反應濃度的均勻,攪拌的速度,放熱的大小,產生氣體的還要注意氣體的量
點評;中試涉及的人員很多而且來自不同的部門,國際上比較流行的做法是成立項目組,由項目經理帶隊,將各種人員如設備、設計、儀表、工藝、分析、車間管理、工人組織到一起配合著完成一個項目的中試、生產放大。很多時候一個項目的成功就在于大家的合作,特別是遇到一個復雜的項目時。另外說一下車間工人是很重要的一個環節,畢竟生產是工人完成的。當初我國引進著名的阿莫克工藝技術,使用同國外一樣的工藝、一樣的設備可就是運轉不正常。結果還未等中國的技術人員解決這些問題,這些問題卻自己消失了,分析原因是中國工人的操作水平提高了,原來的問題是工人操作不熟練造成的。
END
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