小型反应器的放大挑战
在初步筛选之后，理想的化学和生物研究需要在多台平行反应器中开展开发工作，各反应器独立运行，且控制性能毫不妥协。理想情况下，研究结果应能放大 10 至 100 倍，而实现这一点的关键在于反应器的搅拌效果，因为它会影响整体反应动力学。
搅拌的难点在于，研究用反应器不可避免地体积较小，却仍需安装所有必要的探头，几乎没有空间容纳常规的顶置搅拌。传统上，唯一的选择是使用置于反应器底部的磁力搅拌子，但这远不能替代真正的搅拌。更具创新性的替代方案是可行的，本文将对此进行介绍。
可放大的小规模非均相加氢
理想的研究用反应器必须具有足够小的工作体积，并留有足够的顶部空间来安装必要的探头和搅拌装置，理想情况下可确保数据放大约 100 倍。例如，一台直径 1-2 cm、最小工作体积 5 ml 的 16 ml 压力反应器（额定压力高达 100 bar），已在 H.E.L PolyBLOCK 平台上用于平行非均相加氢反应。
如下方对比所示，该配置得到的结果与配备顶置搅拌、装有 500 ml 液体的 1 升压力容器相当（参考：https://www.linkedin.com/feed/update/urn:li:activity:7475182152448417792）
在 5 mL 和 500 mL 液体体积下使用 Pd/C 催化剂进行硝基苯加氢
上述加氢数据所用 5 ml 反应器的搅拌设计如下图所示：将磁体封装在 U 形搅拌器中，搅拌器悬挂在固定于釜盖的轴上。
PolyBLOCK 在反应器下方配有强力磁体，即使在多相（液体、气体和粉末）混合物中，转速也可高达 1500 rpm。这种搅拌设计可用于玻璃反应器和金属反应器。
复杂反应器：满足工业规模的放大标准
更复杂的反应（例如发酵）需要功能多得多的釜盖，但反应器仍须足够小，能够放入 PolyBLOCK，如上例所示。
下图展示了此类带有多个接口的釜盖示例，以及一台完整配备必要探头、加料和回流功能的 100 ml 生物反应器。
上述釜盖和探头对于监测各类发酵应用至关重要，此外还有一个额外优势：可在 PolyBLOCK 上平行使用 8 套。
获得可放大数据的关键在于搅拌布置，如下图所示。
该结构由与轴相连的扁平圆盘（内含磁体）组成，轴上距底板约 1 cm 处固定有一个标准 Rushton 搅拌桨。当然，也可以采用其他类型的搅拌桨或多个搅拌桨。
内含磁体的扁平圆盘靠近反应器底部，因此能与 PolyBLOCK 中的磁体耦合，带动轴和搅拌桨以高达 1500 rpm 的转速旋转，与顶置电机相当。旋转圆盘和 Rushton 搅拌桨的另一个重要配套部件是气体分布器，它将气泡释放到搅拌桨的运动路径中，使气泡分散到整个反应器内。
这种微型搅拌布置与可安装多个探头和配件的釜盖设计相结合，成功地将大 10 至 100 倍的生物反应器微型化。
微型顶置搅拌
上述磁力搅拌设计有两个主要局限：第一，它们最适合搅拌低黏度液体；第二，使用雷尼镍（及类似）催化剂时会出现问题，因为这类催化剂会吸附在磁力搅拌器上。
这样就只能采用顶置机械搅拌，而这里的挑战在于如何将连接在搅拌轴上的磁力耦合器及驱动它的合适搅拌电机微型化。H.E.L 已开发出适用于这一组合的设计，实际应用示例将在后续文章中介绍。
反应器放大：常见问题
小型反应器的搅拌可以实现多大的放大倍数？
在搅拌良好的情况下，小规模研究用反应器可实现 10 至 100 倍的放大。放大标准取决于混合质量，因为混合质量决定了反应动力学，而反应动力学必须从实验室规模到工业规模保持一致。
为什么搅拌对放大反应器数据如此关键？
反应动力学受传质和混合控制，因此要成功放大，放大过程中的搅拌状态必须保持不变。搅拌器速度与化学反应本身同样重要。
5 mL 反应器如何得到与 1 升容器相当的数据？
尽管目标规模不同，通过匹配搅拌速度和单位体积传质，5 mL 反应器可以表现得与 1 升容器相当。两种规模下的非均相加氢结果相互吻合。
磁力耦合搅拌真的能与顶置电机相媲美吗？
是的。即使在多相混合物中，PolyBLOCK 反应器下方的磁体也能驱动轴以高达 1500 rpm 的转速旋转，与顶置电机相当。Rushton 搅拌桨和气体分布器可改善气体分散和传热。
为什么小规模加氢对药物开发很重要？
它可以让团队快速筛选条件，同时获得在工业规模下依然成立的数据，从而加快工艺开发和药品生产。
微型磁力搅拌有哪些局限？
有两点：它适用于中低黏度体系；催化剂颗粒可能黏附在磁力搅拌器上，影响某些先进反应器的性能。
是否有办法克服上述局限？
微型磁力驱动与小型电机的组合方案正在开发中，其在小型反应器上的使用数据将在未来几个月内发布。
一台 PolyBLOCK 可容纳多少台文中所述类型的小型独立反应器？
PolyBLOCK 平台有两种：PolyBLOCK 4 和 PolyBLOCK 8。PolyBLOCK 8 可容纳 8 台文中讨论的小型反应器，借助现有适配器还可使用更小的反应器。
能否在 PolyBLOCK 上使用多台较大尺寸的反应器？
PolyBLOCK 4 可使用总体积最高 500 ml 的反应器。借助合适的现有适配器，PB4 也可使用更小的反应器（包括文中提到的反应器及更小的反应器）。
PolyBLOCK 还有哪些与工艺开发相关的功能？
通过连接标准温控循环器（冷水机），PolyBLOCK 平台可在最高 250 °C、最低远低于 -50 °C 的工艺温度下使用。PolyBLOCK 中的各反应器可处于完全不同的温度（相互之间温差可达 100 °C 以上）。PolyBLOCK 只是一个基础平台，可在其上构建完全由软件控制、完全定制化的应用。