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自动化在实验室规模的多步流合成转化为工业过程中的作用

自动化将在将实验室规模的多步流合成转化为工业过程中发挥重要作用。实际上,与传统的批处理过程相比,这些流程将是更自动化的逻辑情况。到目前为止,除少数例外情况外,综合自动化一直被解释为自动采样,在线监测和自我优化系统。温度,浓度,压力,pH等过程变量的自动采样和在线监测不仅可以提高研究人员的生产率,还可以提高实验的可重复性。由于设定参数的微小变化导致的结果的可能变化也可以更准确地理解并用于开发控制结构。

基于机器学习的自寻优系统是流动化学文献中的新热点。虽然这种系统可以提供最佳操作条件,但它可能无法深入了解反应进程(如反应器内的浓度和温度曲线)。如果这些自我优化系统也用于生成动力学数据,那么动力学参数将为研究增加更多的阀门,并使该过程更接近扩大规模。此外,选择正确的优化算法对于最小化所用时间和资源仍然至关重要。

在这篇综述中,我们批判性地回顾了最近的一些重要的多步合成。多步流动合成的结果表明是有希望的,自动化可以弥合合成化学与工业过程之间的差距。结果表明,从操作的角度来看,实验室规模的自动化非常关键,因为它有助于大大减少复合误差。自动化控制系统不仅负责执行正常操作,例如维持稳定状态的过程,还负责特殊用途操作,如启动,关闭,转换,覆盖和紧急情况。每个操作都有不同的协议,彻底的过程理解对于开发适当的控制逻辑至关重要。动态模拟对于研究特殊目的操作非常有用。我们还为几个多步合成提出了可能的自动化和控制逻辑,并批判性地研究了单个过程。

对几个重要分子的这些代表性多步流动合成的分析表明,当人们想要将它们外推用于制造时,实验室规模系统和方法可能不相关。这意味着需要重新查看某些关键部分,并且需要重新开发流程,以便优化每个步骤的必要时间尺度。虽然这些步骤总是不可避免的,但拥有实验室规模的自动化综合平台肯定有助于了解在扩大规模或编号期间会遇到的问题。可以肯定的是,如果这些优秀的案例研究使用自动化平台,它肯定有助于真正的“实验室到市场”翻译,如Mascia等报道的那样。[24] 并呼吁化学工程师和加工工程师与化学家密切合作,确保将实验室规模的精彩创作转化为实践。

有机合成中的机器已经很久以前开始并且变得越来越突出,因为创造性化学家的好奇心正试图探索从短寿命飞秒物种到生命有生命的各种持续时间的分子特征。几年的太空化学循环,将隐藏几个光年的神秘。准确地说,更深入地理解复杂的综合需要更多的创作时间[95]然而,在常规的基础上使用机器进行化学合成的真正潜力,加上在线自动化,然后进行分析,下一次实验的决策和确定最佳条件非常接近。这将有助于从创造性化学家的生活中剥夺日常工作,并让他们抽出时间思考复杂的化学成分。在实验室规模综合中实施自动化也将为工艺工程师生成大量有用的数据,他们会发现将新化学反应转化为过程相对容易。自动化,仪器仪表,传感,机器的发展,可能含糊不清的 “人为错误的贡献”。总之,它将节省大量时间进一步探索有机合成。


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