【技术】凯莱英拓展CFD技术在医药行业中的应用

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）是利用先进计算机和数值计算技术求解模拟流体流动过程的先进技术。CFD技术在航空航天和热能等领域应用较早，随着科技的发展，CFD技术在化工领域也逐渐显露“本领”，对“三传一反”“多相流”等过程的处理愈加成熟，应用也更加广泛，但其在医药化工行业应用起步较晚，报道相对较少。凯莱英医药集团（股票代码：002821.SZ/6821.HK，以下简称“凯莱英”）化工工程部（CED）团队积极开展CFD技术研究，拓宽其在医药化工科学中的应用范围，使其在公司工艺开发放大过程中发挥了重要作用。

CFD技术的实质是通过数值计算技术求解化工过程动量传递并耦合传质、传热和反应的基本方程组，然后再以矢量图和图表等方式将流动过程生动地表现在研究者面前，因此能让我们更加形象地理解工艺放大过程中反应器及其他设备内的流体流动过程，从而减少实验次数，降低放大生产中的各类风险。

凯莱英CED团队在辅助合成工艺放大过程中充分挖掘和发挥自身CFD技术优势，从实验室介观层次的流体混合到工厂级别反应釜传质传热过程都进行了详尽研究。

针对实验室研发设备的使用，CED团队采用CFD技术对不同小试反应设备进行模拟，准确对比得到了不同小试反应设备内固液悬浮情况，为反应放大过程中小试设备选取提供了依据。以CFD模拟结果为基础，CED团队成功将公司小试到生产放大过程反应器参数标准化，极大减少了放大生产的诸多不确定性。

得益于CFD技术，CED团队还对反应釜内搅拌混合过程进行大量科学研究，不仅涉及宏观层面还有介观层面混合研究。凯莱英CED团队通过大量文献研究，结合CFD技术，将介质混合时间的计算结果可视化，准确模拟出反应釜内各区域介质混合时间的分布，这对工艺放大过程的成功具有非常重要的意义。在新型药物研发等多个项目的工艺放大过程中，凯莱英CED团队充分利用CFD模拟技术，并以该结果指导进料位置设计，这一技术改进有效支持了工艺放大，获得了客户一致好评。

值得一提的是，CFD技术不仅在工艺放大过程中发挥了巨大作用，凯莱英还将其广泛应用于工厂工程技术改进当中。对于工厂反应釜传热，通过CFD模拟获得了优化夹套传热改造方案，可以大幅降低反应釜壁面温差，使反应釜温度分布更均匀，有效防止了结晶过程暴析贴壁的现象，提高生产效率、降低延误。此外，在干燥后处理工段采用CFD技术也大大加速了工厂技术改造的进度，通过CFD技术模拟制定的干燥设备改造方案已经应用于工厂生产中，有效提高干燥效率的同时，工厂整体生产效率也得以显著提高。

凯莱英CED团队还积极采用CFD技术对连续流过程中的混合流动过程进行模拟，通过模拟获得各类连续流设备，包括微反应器通道内的流动情况。各类型的模拟使我们对连续流设备内的流动情况有了更深刻的认识，并且可以得到较为准确的混合时间和组分分布，有力地支持了连续流工艺的放大。

未来，凯莱英将持续加大对CFD技术的开发和应用，不仅对一般流动混合过程进行模拟，还将扩展至对混合过程耦合复杂反应过程模拟的研究。随着对反应动力学研究的不断深入，凯莱英将有能力对医药化工过程中耦合反应的混合和流动过程进行CFD模拟，为工艺放大过程提供更为有力的支持，护航各个项目的高效推进，为工艺可持续优化提供有力的工具。