微通道反應器技術是通向醫藥化工智能化的重要基石

微通道連續流技術在醫藥化工行業(ye) 的應用越來越廣泛。微反應過程控製和監控技術是通向醫藥化工智能化的重要基石。

使用米兰体育(中文)官网生產(chan) 醚類化合物的方法，通過在線紅外和HPLC關(guan) 聯，監測產(chan) 品收率。MPC控製模型和PCA監控模型相輔相成，提供了一種穩定的連續生產(chan) 控製方案。

今天，小編就帶您看看他們(men) 是如何做到的。

 合成示意圖

2台計量泵分別將水溶液和有機溶液注入反應器。水溶液由氫氧化鉀和4-叔丁基苯酚組成，有機試劑由二氯甲烷(DCM)、苄溴和四丁基溴化銨(TBAB)。

TBAB起著至關(guan) 重要的作用，由於(yu) 反應體(ti) 係的雙相性質和試劑不互溶，如果沒有該催化劑，很少或不發生反應。TBAB的濃度直接影響反應速率和收率。

實驗中：

• 使用OPC（用於(yu) 過程控製的一個(ge) 工業(ye) 標準）接口建立反應器裝置、泵和溫度探頭之間的通信；

• 通過OPC，利用Pharma AV軟件收集所有過程數據，如溫度和壓力，並實時寫(xie) 入各種設定點，如泵速和循環器溫度SP；

• 收集FT-IR數據，以使設計的PLS（偏最小二乘法）校準模型能夠預測產(chan) 品收率；

• 同時反向在MPC方案中用於(yu) 實時控製和過程監控。

 圖2. 米兰体育(中文)官网裝置圖

過程控製與(yu) 監控方案設計
在過程控製與(yu) 監控方案中，MPC控製模塊，將來自PLS校準模型的實時康寧微通道反應器中醚收率，預測控製到期望的設定值。

此外，該收率預測與(yu) 連續流工藝過程數據一起，用於(yu) 開發的PCA監測器中，以檢測並指示工藝/反應相關(guan) 的故障。

圖3. 先進過程控製與(yu) 監控方案流程

                  圖4. MPC控製器構成

1. PLS校準模型設計

以泵1和泵2轉速以及溫控器溫度為(wei) 因素，在反應器中進行了實驗設計(DOE)。泵的轉速在200到425 rpm之間，來調節水相與(yu) 有機相的比例。

當反應穩定後，在反應器出口收集樣品，使用HPLC進行定量分析，後端裝備FT-IR探針用於(yu) 醚的紅外光譜測定。

HPLC所測定的定量收率與(yu) 在線FT-IR光譜實時預測醚的收率相關(guan) 聯，並建立校準模型。

                 圖5. 泵速、溫度和醚收率的實時變化

      圖6. FT-IR光譜（左）以及在1204cm⁻¹左右，收率不同的醚吸收峰

對實驗過程中采集的在線FT-IR光譜進行預處理後，得到FT-IR光譜圖和一個(ge) 醚光譜峰值約1204 cm⁻¹(圖6右側(ce) 圖)。從(cong) HPLC數據可知，FT-IR的醚峰和HPLC百分比產(chan) 率之間有很強的相關(guan) 性。

MPC控製方案是控製兩(liang) 個(ge) 泵速度和循環器溫度SP，以將醚收率控製在所需的設定點。

PCA（Principal Component Analysis，主成分分析，一種統計方法） Process Monitor利用醚的產(chan) 率預測值和反應器過程數據，來監控反應過程中的故障。

3. 過程監控PCA模型開發

PCA（Principal Component Analysis，主成分分析統計法）利用醚的收率預測值和反應器過程數據，來監控反應過程中的故障。

SPE值（平方預測誤差奇異值分解）高於(yu) 95%閾值，表明數據相關(guan) 性出現故障。而𝑇²超過其閾值，反映了過程偏離其多元平均值。

為(wei) 了驗證模型的有效性和穩定性，作者實驗了三種連續化反應：100%催化劑濃度的標準化學反應工藝，以及2種不規則化學反應工藝（分別具有75%和50%催化劑濃度），均在三個(ge) 不同醚收率設定值下，評估MPC和PCA控製性能。