World Chemical Group

สเกลหรือระดับของการผลิตสารเคมี ระดับต่าง ๆ มีอะไรบ้าง ?

เพื่อน ๆ เคยสงสัยกันไหมว่า สารเคมีเขาเริ่มผลิตและวิจัยกันอย่างไร กว่าจะผลิตได้เป็นตัน ๆ จะต้องเริ่มยังไง และมีระดับของการผลิตสารเคมีกี่ระดับ บทความนี้เราจะมาเจาะลึกกัน หลังจากที่อ่านบทความนี้แล้ว เพื่อน ๆ จะสามารถจำแนกสเกลของ Lab ได้เลยว่า อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เห็นอยู่ในสเกลการผลิตระดับไหน

การผลิตในสเกลห้องปฏิบัติการ (Laboratory Scale / Bench Scale)

การผลิตในสเกลห้องปฏิบัติการ หรือ Laboratory Scale นั้น จะเป็นการผลิตโดยใช้อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการเคมีทั่วไป จนถึงเครื่องปฏิกรณ์ (Jacketed Glass Reactor) ขนาดเล็ก เป็นการผลิตระดับมิลลิกรัมถึงกรัม (ไม่เกิน 1-2 ลิตร) ซึ่งเป้าหมายคือทดสอบปฏิกิริยา ค้นคว้าสูตร และศึกษาความเป็นไปได้ทางเคมีก่อนจะนำไปผลิตจริงในระดับต่อ ๆ ไป ซึ่งอุปกรณ์ในระดับนี้จนถึงในระดับ Pilot Scale จะเป็นพวกเครื่องแก้ว Borosilicate Glass โปร่งใส ทำให้ผู้ทดลองสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพได้อย่างชัดเจน เช่น การเปลี่ยนสี การตกตะกอน หรือการแยกชั้นของสาร

ในระดับนี้ส่วนใหญ่จะใช้ทดลองเฉย ๆ แต่ก็จะมีอุตสาหกรรมเฉพาะทางหลายประเภทที่สารเคมีเพียง 10-100 กรัมก็มีมูลค่ามหาศาลและเพียงพอต่อความต้องการแล้ว เช่น

สารมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ (Analytical Reference Standards): สารบริสุทธิ์สูงที่ใช้ในห้องแล็บเพื่อสอบเทียบเครื่องมือ (Calibration) ขายกันเป็นมิลลิกรัม ราคาหลักหมื่นบาท ผลิตครั้งเดียวใช้ได้ทั้งประเทศ

สารเภสัชรังสี (Radiopharmaceuticals) และยารักษามะเร็งบางชนิด: ยาเคมีบำบัดเฉพาะบุคคลหรือยาที่สลายตัวเร็ว ผลิตครั้งละไม่กี่มิลลิลิตรเพื่อฉีดให้คนไข้เฉพาะกลุ่ม

สารเคมีมูลค่าสูงพิเศษ (Specialty Fine Chemicals): เช่น สารเร่งปฏิกิริยา (Catalysts) ชนิดพิเศษ, คอนแทคเลนส์เกรดพิเศษ, หรือสารเคมีที่ใช้ในอุตสาหกรรมอวกาศและอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง

น้ำหอมและหัวเชื้อกลิ่น (High-end Fragrances): การสกัดหรือสังเคราะห์กลิ่นฟีโรโมน สารแต่งกลิ่นธรรมชาติราคาแพง ที่ใช้ปริมาณเพียงไม่กี่หยดในน้ำหอมหนึ่งขวด

ขอบคุณรูปภาพจาก: https://www.ub.edu/talq/ca/content/533-reaccions-reflux

โดยตัวของเครื่องปฏิกรณ์แก้วขนาดเล็ก ที่เราเรียกว่า Jacketed Glass Reactor นั้น จะมีลักษณะเป็นผนังสองชั้น โดยชั้นนอกที่เรียกกันว่า แจ็กเกต จะสามารถใส่ของเหลวเข้าไปหมุนเวียน ช่วยให้สามารถควบคุมอุณหภูมิ (เช่น น้ำร้อน น้ำเย็น หรือน้ำมันซิลิโคน) เข้าไปหล่อรอบถังได้ ทำให้จำลองสภาวะการให้ความร้อนหรือระบายความร้อนที่ซับซ้อนของยาและสารเคมีเกรดสูงได้อย่างแม่นยำ

ขอบคุณรูปภาพจาก: https://www.ablazeglassworks.com/glass-jacketed-reactor/

การผลิตในสเกลนำร่อง (Pilot Scale / Kilo Lab)

ในการผลิตในสเกลนำร่องหรือที่เราเรียกว่า Kilo Lab หรือ Pilot Scale นั้น เป็นการผลิตระดับกิโลกรัมหรือหลักสิบถึงหลักร้อยลิตร (10–1,000 ลิตร) เป็นการนำเอาเครื่องปฏิกรณ์ หรือที่เรียกว่า Reactor ขนาดย่อส่วนที่จำลองระบบอุตสาหกรรม ซึ่งเป้าหมายในการผลิตแบบนี้คือ การผลิตและตรวจสอบปัญหาการถ่ายเทความร้อนและการผสมก่อนลงทุนจริง

แต่ก็อยู่ที่ความต้องการสารนั้น ๆ ด้วย เช่น

• ยาที่มูลค่าสูง เช่น ยารักษามะเร็ง หรือยาสำหรับโรคกำเริบยาก (Orphan Drugs) มักผลิตจบแค่ในสเกล Kilo Lab (หลักสิบถึงร้อยกิโลกรัมต่อปี) เพราะความต้องการของตลาดทั้งโลกมีปริมาณน้อย
• ยาต้องการการควบคุมมาตรฐาน GMP (Good Manufacturing Practice) อย่างเข้มงวด การขยายสเกลขนาดใหญ่เกินไปจะควบคุมสิ่งเจือปนและอุณหภูมิได้ยากมาก ก็จะจบที่สเกลเพียงแค่หลัก Pilot Scale
• สารเคมีเกรด Analytical / AR Grade ซึ่งจะต้องมีความบริสุทธิ์สูงมาก (>99%) ก็จะผลิตแค่ในระดับ Kilo Lab เนื่องจากผลิตมาเพื่อขายเป็นขวดขนาดเล็ก (กรัมถึงกิโลกรัม)

ขอบคุณรูปภาพจาก: https://www.cphi-online.com/news/gmp-kilo-lab-unit/

ขอบคุณรูปภาพจาก: https://www.ablazeexport.com/kilo-lab-glass-reactor/

การผลิตในสเกลเชิงพาณิชย์ (Full Scale / Commercial Scale)

ในการผลิตแบบเชิงพาณิชย์ หรือ Commercial Scale ก็จะผลิตในหอถังปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ในโรงงานอุตสาหกรรม ระดับร้อยกิโลกรัมถึงหลายพันตันต่อปี (หลายพันถึงหมื่นลิตรขึ้นไป) เป้าหมายก็คือผลิตเพื่อจำหน่ายและส่งมอบสินค้าสู่ตลาดในปริมาณมาก ซึ่งก็ไล่ไปตั้งแต่สารเคมีทั่วไปในระดับเกรดทั่วไป (Technical Grade) ไปจนถึงเกรดยา (Pharmaceutical Grade) เช่น ยาแก้ปวด (Paracetamol) หรือยาปฏิชีวนะ (Amoxicillin) ซึ่งต้องการปริมาณมหาศาล จะถูกผลิตในสเกลเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ระดับหลายร้อยตันต่อปี โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่ผ่านมาตรฐาน GMP

ขอบคุณรูปภาพจาก: https://zetabiosystem.com/process-scale-up-in-pharma-manufacturing/

อ้างอิง:

Zlokarnik, M. (2006). Scale-up in chemical engineering (2nd ed.). Wiley-VCH.

Towler, G., & Sinnott, R. (2012). Chemical engineering design: Principles, practice and economics of plant and process design (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

สนใจติดต่อ เวิลด์เคมีคอล กรุ๊ป ผู้นําด้านการจําหน่ายและนำเข้า สารเคมีภัณฑ์ เคมีภัณฑ์อุตสาหกรรม ขนาดใหญ่ และ ขนาดย่อม ประเภท เคมีอุตสาหกรรม เคมีทําความสะอาด เคมีสระว่ายน้ำ เคมีบำบัดน้ำ เคมีงานปั้น-งานหล่อ เคมีอาหาร กลิ่น สารสกัด สี น้ำหอม เคมีเครื่องสำอาง อาทิ กลีเซอรีน โซดาไฟเกล็ด โซเดียมเมต้าไบซัลไฟต์ เอทิลแอลกอฮอล์ ฯลฯ สารพัดด้านเคมี เวิลด์เคมิคอล กรุ๊ป พร้อมให้บริการและให้ปรึกษากับลูกค้าทุกท่าน

สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่

Line ID : @worldchemical
Facebook : https://www.facebook.com/chemical.chiangmai
เว็บไซต์ : www.worldchemical.co.th
โทร : 053 204 446-7