先导工场
先导工场（英语：pilot plant），或称试验工场、试产厂，是采用新生产技术或生产少量基于新技术之产品的商业预生产系统，其主要目的是学习新技术。然后将获得的知识用于全面生产系统和商业产品的设计，以及用于确定进一步的研究目标和支持投资决策的知识。其他（非技术性）目的包括获得公众对新技术的支持以及质疑政府法规等[1]。
先导工场是一个相对的术语，因为先导工厂通常比大规模生产工场要小，但也建有各种规模。此外，由于先导工场旨在学习，它们通常更灵活，但也可能因此需付出经济代价。一些先导工场是在实验室中使用库存实验室设备建造的，而另一些则需要大量的兴建工程，花费数百万美元，并且是由制程设备、仪器和管道定制组装和制造的。它们也可以用来培训人员进行全面的工场培训。与示范工场相比，先导工场往往较小。
术语 编辑
类似于先导工场的词是先导产线[2]。本质上，先导工场和先导产线执行相同的功能，但“先导工场”常用于化学、生物和先进材料生产系统，而“先导产线”则通常用于新技术。“公斤实验室”一词也用于小型先导工场，指的是其预期的产量[3]。
风险管理 编辑
先导工场用于降低与大型工场建设相关的风险。它们以几种方式这样做：
- 电脑模拟和半经验方法用于确定中试验规模系统的局限性。这些数学模型然后在物理试验规模的工场中进行测试。各种建模方法用于放大。这些方法包括：
- 化学相似性研究
- 数学建模
- Aspen Plus或Aspen HYSYS建模
- 有限元素分析（FEA）
- 计算流体力学（CFD）
- 这些理论建模方法可获得以下内容：
- 最终的质量和能量平衡
- 优化的系统设计和容量
- 设备要求
- 系统限制
- 确定试点模块成本的基础
- 这些理论建模方法可获得以下内容：
- 与大型工场相比，它们的建造成本大大降低。业务不会给效率低下或不可行的项目带来太多的财务资本风险。此外，可以在先导规模上更便宜地进行设计更改，并且可以在建造大型工场之前解决此过程中的纠结。
- 它们为大规模工场的设计提供了有价值的数据。例如，可以获取有关反应、材料特性、腐蚀性的科学数据，但是很难预测任何复杂过程的行为。可以使用其他过程的工程数据，但是不能始终将这些数据清楚地应用于感兴趣的过程。设计人员使用来自先导工场的数据来完善其生产规模设施的设计。
如果系统定义明确并且工程参数已知，则不使用先导工场。例如，想要通过建立与现有工场具有相同功能的新工场来扩大生产能力的企业可能会选择不使用先导工场。
此外，电脑上程序模拟的进步增加了制程设计者的信心，并减少了对先导工场的需求。但是，它们仍然被使用，因为即使是最先进的仿真也无法准确预测复杂系统的行为。
工场特性的尺度依赖性 编辑
随着系统尺寸的增加，取决于物质数量（具外延性质）的系统特性可能会发生变化。化工厂中的表面积与液体的比率就是这种特性的一个很好的例子。例如，在小规模的化学药品中，烧瓶中的表面积与液体之比相对较大。但是，如果将所讨论的反应按比例放大以适合500加仑的槽，则表面积与液体的比率将变得更小。由于表面积与液体之比的这种差异，热力学的确切性质和过程的反应动力学以非线性方式变化。这就是为什么烧杯中的反应与大规模生产过程中的同一反应有很大不同的原因。
其他因素 编辑
在向生产规模转变的过程中可能会改变的其他因素包括：
从先导工场的运行中收集数据之后，可以建造更大的生产规模的设施。可替代地，可以建造示范工场，该工场通常大于先导工场，但是小于大规模生产工场，以证明该方法的商业可行性。为了测试新产品、新原料或不同操作条件的想法，企业有时会继续经营先导工场。另外，它们也可以作为生产设备运行，以增加主工场的产量。
最近的趋势试图使工场规模尽可能小以节省成本。这种方法称为微型工场技术。流动化学迎合了这一趋势，并使用流动微型工场技术进行小规模生产。
基准规模、先导级、示范级 编辑
兴建客制化先导工场步骤 编辑
参见 编辑
书目 编辑
- M. Levin (Editor), Pharmaceutical Process Scale-Up (Drugs and the Pharmaceutical), Informa Healthcare, 3rd edition, ISBN 978-1616310011 (2011)
- M. Lackner (Editor), Scale-up in Combustion, ProcessEng Engineering GmbH, Wien, ISBN 978-3-902655-04-2 (2009).
- M. Zlokarnik, Scale-up in Chemical Engineering, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2nd edition, ISBN 978-3527314218 (2006).
- Richard Palluzi, Pilot Plants: Design, Construction and Operation, McGraw-Hill, February, 1992.
- Richard Palluzi, Pilot Plants, Chemical Engineering, March, 1990.
参考文献 编辑
- ^ Hans Hellsmark, Johan Frishammar, Patrik Söderholm, Håkan Ylinenpää, The role of pilot and demonstration plants in technology development and innovation policy, Research Policy, Volume 45, Issue 9, November 2016, Pages 1743-1761, ISSN 0048-7333, https://dx.doi.org/10.1016/j.respol.2016.05.005.
- ^ Pilot Production in Key Enabling Technologies; Crossing the Valley of Death and boosting the industrial deployment of Key Enabling Technologies in Europe, Netherlands Organisation for Applied Scientific Research TNO on behalf of the European Commission, DG GROW—Directorate General for Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SME, 2015. ISBN 978-92-79-52140-9
- ^ David J. am Ende; Mary T. am Ende. Chemical Engineering in the Pharmaceutical Industry: Active Pharmaceutical Ingredients. Wiley. 28 March 2019: 1012– [2020-07-15]. ISBN 978-1-119-28588-5. （原始内容存档于2020-07-22）.