Кристаллизация

Q. Какая информация необходима и как она используется при проектировании процесса кристаллизации для получения желаемого твердых?

Кристаллизация кинетически контролируемый процесс. Тем не менее, его термодинамические аспект, а именно твердой и жидкой равновесия (СКВ), не менее важно. Движущей силой для кристаллизации пересыщения кристаллизация компонента, то есть, как различные его фактической концентрации от насыщения состоянии, или растворимости, что, в свою очередь зависит от СКВ.

СКВ является еще более важным в пакетном кристаллизации, где насыщение продукта изменяется с течением времени из-за cooling.evaporation или дополнение antisolvent; одновременно, состав жидкости изменяется в твердом образуются. После того, движущей силой был определен, кинетика кристаллизации и массообмена ограничения должны быть рассмотрены для оптимизации окончательного процесса проектирования.

Понимание СКВ требует знания растворимости целевого продукта в выбранном растворителе, а также общего состава смеси, где растворимость соединения, может быть, пострадавших от присутствия других соединений. Речь идет общий эффект ионов в электролит. Далее, надо определить, какой компонент будет кристаллизоваться при данном состоянии. Дизайнеры часто выбирают условие, при котором желаемый продукт будет пересыщенного на основе чистых компонентов данных растворимости. Тем не менее, наличие примесей и других компонентов, может препятствовать кристаллизации целевого продукта, или заставить кристаллизации других компонентов с продуктом.

Схема СКВ фазы изображает регионов температуры (T), давления (P) и композиция, где различные твердые или жидкие фазы находятся в равновесии друг с другом. Схема, как правило, построены на постоянном P и / или Т. 3-компонентной системы показана на рисунке 1. На данном P и T, составов, в которых A, B или смеси А и В могут быть получены как твердые продукты, как показано в различных регионах диаграмме. Определяя местоположение канала потока, можно определить, является ли желаемое твердых тел могут быть получены при данном состоянии.

Альтернативных описание поведения СКВ карте кристаллизации купе, которое аналогично, в принципе, остаток кривой карты, которые широко используются для перегонки дизайна. Эта карта подчеркивает расположение граничных линий, которые делят пространство в состав отделения (секции), где различные продукты могут быть получены в чистом виде. Рисунок 2 показывает такую карту для тройной системы A, B и S в данной должности, с точки 1, представляющая канал поток. Поскольку канал находится в отделении, есть целый ряд температуры кристаллизации (которые могут быть определены позже), в котором чистые могут быть получены.

Отсек карты является особенно полезным, поскольку он представляет собой основной деятельности, участвующих в процессе. Как кристаллизуется из подаваемого потока (точка 1), жидкость движется состав от вершины, пока не достигнет границы в точке 2. Дальнейшая кристаллизация будет пытаться войти отделения B, в результате чего и B кристаллизующихся совместно. Иными словами, граница определяет лимит на операции кристаллизации введенных СКВ поведения. Тем не менее, это может быть возможным, чтобы пересечь границу с использованием другой движущей силы, такие как добавление растворителя, который движется разделенных маточник (пункт 2) до точки 3 в разделе B, из которых чистые B могут быть получены.

Схема СКВ фазы смеси может быть определена как численно, так и экспериментально. Чтобы свести к минимуму время на разработку, начнем с системы, состоящей только из основных компонентов. Одновалковая незначительных примесей вместе или игнорировать их наличие вообще. Основные данные, такие как температура плавления и теплота плавления чистых компонентов могут быть использованы с термодинамической модели (на основе равенства химических потенциалов между твердой и жидкой фаз), чтобы выполнить необходимые расчеты. Если эта информация отсутствует, используются данные измерений, полученных от дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) анализа. Эти испытания должны быть выполнены в течение нескольких смесей с различными составами, чтобы обнаружить сложное поведение фазы, такие как соединение образования. Кроме того, отсутствуют данные, можно оценить с помощью теории групп вклад.

Поскольку в результате СКВ схема не может быть очень точной, проверьте отсек границ путем проведения экспериментов растворимости в непосредственной близости от предполагаемого рабочем состоянии. Настройка параметров модели для оптимизации соответствия между расчетными и экспериментальными результатами. Пересчитывается фазовой диаграммы может быть использовано для тонкой настройки расположения процесса точек.

И последнее, но не менее важно, реальных эксплуатационных условиях кристаллизатора должна быть определена таким образом, чтобы поддерживать необходимый уровень пересыщения целевого продукта выше условие насыщения определяется СКВ. В непрерывном кристаллизатора, это делается путем изменения циркуляции расход через теплообменник. Для пакетной обработки, необходимо определить профиль операции (то есть, условия должны меняться со временем), что приведет к желаемым уровнем пересыщения на протяжении всего процесса. Например, быстрое охлаждение в начале приводит к высокой пересыщения и чрезмерное нуклеации. Но медленное охлаждение, а затем быстрее охлаждения, позволяет время для кристаллов расти, что привело к относительно однородным профилем. Помимо контроля зарождения и роста, этот метод способствует примеси исключение в процессе роста кристалла и достижение желаемого распределения частиц по размерам (PSD). Уровень пересыщения не предсказывается с СКВ схема, но из кинетика кристаллизации.

Кинетические данные, необходимые включать так называемые метастабильные ширина зоны (до максимального пересыщения кристаллов выйдет спонтанно) и зарождение и рост ставки в зависимости от пересыщения. Оба должны быть экспериментально измеренных ..

Кроме того, хороший дизайн нижнего течения операций (например, фильтрация, промывка, deliquoring и сушки) требуется минимизировать примеси окклюзии, вызванной наличием остаточной жидкости в его кристаллов. Примесные окклюзии лежит вне области СКВ фазовых диаграмм. После выполнения этих подразделений зависит от PSD, лучше всего для разработки процесса кристаллизации вместе с транспортировкой.

Лионель O'YOUNG является президентом и соучредителем ClearWaterBay Technology, Inc (20311 Валли бул. Suite C, грецкий орех, CA91789, телефон: (909) 595-8928, E-почта: <A HREF = "mailto: Лионель @ cwbtech.com "> <lionel@cwbtech.com />). Он имеет более чем 15 лет опыта работы в процессе синтеза и развития, который охватывает нефтехимической, тонкой химической и фармацевтической процессов, и имеет несколько патентов. O'Young принимает участие в различных проектах, консультации по кристаллизации и обработки твердых тел, а также в преподавании учебных курсов по кристаллизации процесса развития. Он имеет степень бакалавра и доктора в области химического машиностроения Univ. Манчестер (ранее UMIST; Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии).