Shenshi Microfluidics社は、パイロットスケール実験施設向けの連続フロー型多機能スキッドマウントソリューションを発表しました。

9月5日、蘇州国際博覧センターにて第8回CMC-CHINA中国製薬産業博覧会が閉幕しました。博覧会期間中、Shenshi Microfluidicsのブースには、連続フローパイロット試験に関心を持つ業界パートナー各社が訪れ、装置の再利用やプロセス適応に関する意見交換が行われました。また、パイロット試験用の連続フロー多機能スキッドマウントプラットフォームが正式に発表されました。実物展示、テーマ別ライブ配信、フォーラムプレゼンテーションなどを通じて、パイロットスケール向けに設計された連続フローパイロット装置ソリューションが詳細に紹介されました。

I. パイロットスケール基地の設備構成：課題は「柔軟性」にある

プロセス研究開発がパイロット段階に入ると、プロジェクトの種類やプロセス経路はより多様化する。設備構成においては、進行中のプロジェクトの検証と、後続プロジェクトでの活用とのバランスを取る必要がある。この段階では、主に3つの課題が顕著に現れる。

機器構成の最終決定が困難である。プロセス条件が変化すると、配管、供給システム、熱交換器などの再構成が必要になる場合がある。固定機器は、再設置、試運転、さらには改造が必要となる。各プロセスごとに専用の機器を設置すると、設備投資が増加すると同時に、遊休設備も増加する。

単一の装置では、さまざまなプロセスへの対応が困難です。プロジェクトごとに、反応の種類、物質の状態、温度、圧力、その他の運転条件が異なります。単一の反応器と固定された装置配置では、多様なプロセス経路に対応できません。

実験室規模からパイロット規模へのスケールアップ時には、プロセス条件の再検証が必要です。処理量と装置規模が増加するにつれて、熱および物質移動、物質輸送、温度制御、連続運転の安定性など、あらゆる項目を再検証する必要があります。強い発熱反応、熱に敏感な反応、多相反応、および高い選択性が求められる反応においては、温度、圧力、その他のパラメータのさらなる検証が必須となります。

II．需要に応えるための3つのターゲットを備えた、1つのスキッドマウントプラットフォーム

本プラットフォームは、供給スキッド、反応スキッド、熱交換ユニット、および制御システムで構成されています。各機能ユニットは個別に構成でき、プロセス要件に応じて組み合わせて使用できます。

1. 重複施工を削減するためのモジュール式スキッド設計

プロセス条件の変化に応じて対応するユニットを調整できるため、システム全体を再構築する必要がなくなります。新しいプロジェクトが開始される際には、機能ユニットを再構成してプロセス要件を満たすことができるため、設置、試運転、改造の繰り返し作業が減り、機器の遊休時間も削減されます。

供給ユニットには、計量ポンプ、質量流量計、安全弁などのコンポーネントが装備されています。液体、気体、スラリーの供給に対応し、材料特性に応じて異なる接液材料を選択できます。熱交換ユニットには、-40 ℃ ～250 ℃の温度範囲を± 0.5 ℃の制御精度でカバーする一体型サーモスタットが装備されています。単一または二重の温度ゾーンを選択できます。分散型統合制御システムは、対応するスキッドに統合することも、独立したスキッドとして構成することも可能で、データ保存、傾向分析、レポート生成をサポートします。

2. プロセス固有の選択のための複数の反応器構成

反応スキッドには、マイクロチャネル反応器、管型反応器、動的管型反応器、固定床反応器、ループ型反応器などを装備できます。反応器の種類によって反応条件や滞留時間要件が異なるため、プロジェクトの要求に応じて同一プラットフォーム上で選択することが可能です。

展示されているマイクロチャネルリアクターモジュールの基本となる単一プレートのホールドアップ容量は100mLです。複数のモジュールを直列または並列に接続でき、動作温度範囲は-40 ℃ ～200 ℃ 、動作圧力範囲は0～40barです。ニトロ化や過酸化などの強い発熱反応に適用可能です。直列接続は滞留時間を延長し、並列接続は処理量を増加させます。

この管型反応器は、特許取得済みのらせん状チューブ構造を採用することで、圧力耐性を維持しながら物質移動と熱伝達を向上させており、高温高圧反応や長時間滞留を必要とする反応に適しています。パイロットスケールでのスループットは、管径、管長、流速によって決まり、スケールアップの要件に合わせて調整可能です。

固定床反応器は触媒評価や気固、液固触媒反応に用いられ、動的管状反応器は特定の粘度や固形分濃度を持つ反応、あるいは物質移動の促進を必要とする反応に適している。ループ反応器は気液系および気液固系の連続反応に適用される。

3. パイロット検証を支援するための連続フロー制御

実験室規模からパイロット規模へスケールアップする際には、パイロット設備を用いてプロセスパラメータを再確認する必要があります。連続フロー運転モードでは、供給量、温度、圧力、滞留時間などの条件を制御・記録し、スケールアップ検証のための運転データを蓄積します。

現地で行われたテーマ別生放送において、神石威智源の研究開発部長である陳光氏は、連続流多機能スキッドマウント型パイロットプラットフォームについて、パイロット試験の意義、製品紹介、協力事例という3つの側面から情報を提供しました。また、神石威智源の既存のプロジェクト実績と併せて、パイロット検証における連続流装置の応用例を示しました。

複数の種類のパイロットタスクを一つのプラットフォームで実行できる。これが、連続フロー型多機能スキッドマウント式パイロットプラットフォームの中核となる考え方であり、当社が今後、より多くのパイロット規模の拠点とともに推進していく方向性でもある。