Escala (química)

La escala de un proceso químico se refiere a los rangos aproximados de masa o volumen de una reacción o proceso químico que definen la categoría apropiada de aparatos y equipos químicos necesarios para lograrlo, y los conceptos, prioridades y economías que operan en cada uno. Si bien los términos específicos utilizados (y los límites de masa o volumen que se aplican a ellos) pueden variar entre industrias específicas, los conceptos se utilizan ampliamente en toda la industria y los campos científicos fundamentales que los respaldan. El uso del término "escala" no está relacionado con el concepto de pesaje; más bien está relacionado con términos afines en matemáticas (por ejemplo, escala geométrica , la transformación lineal que agranda o encoge los objetos y parámetros de escala en la teoría de la probabilidad ) y en áreas aplicadas (por ejemplo, en la escala de imágenes en arquitectura, ingeniería , cartografía , etc.).

En términos prácticos, la escala de las operaciones químicas también se relaciona con el entrenamiento necesario para llevarlas a cabo, y puede desglosarse aproximadamente de la siguiente manera:

• procedimientos realizados a escala de laboratorio , que incluyen los tipos de procedimientos utilizados en la enseñanza académica y en los laboratorios de investigación en la formación de químicos y en los lugares de descubrimiento de la química en la industria, ^[1]
• operaciones a escala de planta piloto , por ejemplo, llevadas a cabo por químicos de proceso , que, aunque se encuentran en el extremo más bajo de las operaciones de fabricación, son del orden de 200 a 1000 veces más grandes que la escala de laboratorio, y se utilizan para generar información sobre el comportamiento de cada paso químico en el proceso que podría ser útil para diseñar la instalación de producción química real;
• conjuntos de procedimientos a escala intermedia , de 10 a 200 veces más grandes que el laboratorio de descubrimiento, a veces insertados entre los dos anteriores;
• operaciones a escala de demostración y producción a gran escala , cuyos tamaños están determinados por la naturaleza del producto químico, las tecnologías químicas disponibles, el mercado para el producto y los requisitos de fabricación, donde el objetivo de la primera de estas es literalmente demostrar la estabilidad operativa de los procedimientos de fabricación desarrollados durante períodos prolongados (operando el conjunto de equipos de fabricación a las velocidades de alimentación previstas para la producción comercial). ^{[ cita requerida ]}

Por ejemplo, la producción de antibióticos de la clase de estreptomicina , que combinaba operaciones biotecnológicas y químicas , implicó el uso de un fermentador de 130.000 litros , una escala operativa aproximadamente un millón de veces más grande que los matraces de agitación microbiana utilizados en los primeros estudios a escala de laboratorio. ^{[2] [3]}

Como se ha señalado, la nomenclatura puede variar entre sectores manufactureros; algunas industrias utilizan los términos de escala planta piloto y planta de demostración indistintamente.

Además de definir la categoría de aparatos y equipos químicos necesarios en cada escala, los conceptos, prioridades y economías que se obtienen, y las habilidades que necesitan los científicos en ejercicio en cada una, definir la escala permite un trabajo teórico antes de las operaciones reales de la planta (por ejemplo, definir los parámetros de proceso relevantes utilizados en la simulación numérica de procesos de producción a gran escala) y permite análisis económicos que, en última instancia, definen cómo procederá la fabricación.

Además de los conocimientos de química y biología involucrados en los diseños y decisiones de escalamiento, se involucran diversos aspectos de ingeniería de procesos y modelado matemático, simulaciones e investigación de operaciones .

Véase también

• Química medicinal
• Química de procesos
• Planta piloto
• Ingeniería química
• Ingeniería de procesos
• Investigación de operaciones

Lectura adicional

• R. Dach, JJ Song, F. Roschangar, W. Samstag y CH Senanayake, 2012, "Los ocho criterios que definen un buen proceso de fabricación de productos químicos", Org. Process Res. Dev. 16 :1697 y siguientes , DOI 10.1021/op300144g.
• MD Johnson, SA May, JR Calvin, J. Remacle, JR Stout, WD Dieroad, N. Zaborenko, BD Haeberle, W.-M. Sun, MT Miller y J. Brannan, "Desarrollo y ampliación de una reacción de hidrogenación asimétrica, continua y de alta presión, elaboración y aislamiento". Org. Process Res. Rev. 16 :1017 y siguientes , DOI 10.1021/op200362h.
• M. Levin, Ed., 2011, Ampliación del proceso farmacéutico: medicamentos y la industria farmacéutica , 3.ª ed., Londres, Reino Unido: Informa Healthcare, ISBN  9781616310011 .
• AA Desai, 2011, "Fabricación de sitagliptina: una historia fascinante de química verde, intensificación de procesos y catálisis asimétrica industrial", Angew. Chem. Int. Ed. 50 :1974 y siguientes , DOI 10.1002/anie.201007051.
• M. Zlokarnik, 2006, Ampliación de escala en ingeniería química, 2.ª ed., Weinheim, Alemania:Wiley-VCH, ISBN 9783527314218 . 
• MCM Hensing, RJ Rouwenhorst, JJ Heijnen, JR van Dijken y JT Pronk, 1995, "Aspectos fisiológicos y tecnológicos de la producción de proteínas heterólogas a gran escala con levaduras", Antonie van Leeuwenhoek 67 :261-279.
• Karl A. Thiel, 2004, "Biomanufacturing, from bust to boom...to bubble?", Nature Biotechnology 22 :1365-1372, esp. Tabla 1, DOI 10.1038/nbt1104-1365, véase [2], consultado el 15 de febrero de 2015.
• Maximilian Lackner, Ed., 2009, Scale-up in Combustion, Viena, Austria: Process Engineering GmbH, ISBN 9783902655042 . 

Referencias

1. SD Roughley y AM Jordan, 2011, "La caja de herramientas del químico medicinal: un análisis de las reacciones utilizadas en la búsqueda de candidatos a fármacos", J. Med. Chem. 54 :3451 y siguientes , doi=10.1021/jm200187y;
2. David A. Hopwood, 2007, "Streptomyces in Nature and Medicine: The Antibiotic Makers", Oxford, Reino Unido:Orford University Press, pág. 45, ISBN 0199722285 , véase [1], consultado el 15 de febrero de 2015. 
3. MCM Hensing, RJ Rouwenhorst, JJ Heijnen, JR van Dijken y JT Pronk, 1995, "Aspectos fisiológicos y tecnológicos de la producción de proteínas heterólogas a gran escala con levaduras", Antonie van Leeuwenhoek 67 :261-279, esp. pag. 263.