Gids voor de ontwikkeling van kristallisatie
Rekening houden met processchaal
Invloeden van mengomstandigheden
Het veranderen van de schaal of mengomstandigheden in een kristallisator kan een directe invloed hebben op de kinetiek van het kristallisatieproces en de uiteindelijke kristalgrootte. Warmte- en massaoverdrachtseffecten zijn belangrijk om rekening mee te houden voor respectievelijk koel- en anti-oplosmiddelsystemen, waarbij temperatuur- of concentratiegradiënten inhomogeniteit kunnen veroorzaken in het heersende niveau van oververzadiging. Dit resulteert vaak in zakken met een zeer hoge oververzadiging dicht bij de wanden van het vat voor een afkoelende kristallisatie, of op de toevoegingsplaats voor anti-oplosmiddel (en ook reactieve) kristallisaties.
Mengen op verschillende schalen vergelijken
Zakken met hoge oververzadiging kunnen zeer hoge kiemvorming en groeisnelheden veroorzaken in bepaalde regio's van een grootschalige kristalliser, wat betekent dat de uiteindelijke kristalgrootteverdeling sterk kan variëren van die bereikt in een beter gemengde omgeving in het laboratorium tijdens de ontwikkeling. Zoals te zien is in de grafiek rechts, resulteert een verandering van een reactor van 500 ml naar een reactor van 2 liter voor hetzelfde kristallisatieproces in onverwachte nucleatiegebeurtenissen die worden gekenmerkt door ParticleTrack. Ook is het aantal boetes dat tijdens de batch wordt gegenereerd aanzienlijk hoger.
Herhaalbaarheid van kristallisatie
Variërende nucleatiekinetiek
Het effect van lokale oververzadiging op de kristallisatie wordt hier getoond, waarbij de herhaalbaarheid van het nucleatiepunt voor een niet-gezaaide kristallisatie wordt aangetoond voor een anti-solvent kristallisatiesysteem. Voor dit proces (rechts), wanneer anti-oplosmiddel wordt toegevoegd boven het vloeistofoppervlak en in de buurt van de wand van de reactor, vooral bij hogere additiesnelheden, is het nucleatiepunt uiterst inconsistent, met brede foutbalken die worden getoond voor deze experimenten die in drievoud werden uitgevoerd (D. O'Grady, M. Barrett, E. Casey en B. Glennon. (2007) Het effect van mengen op de breedte van de metastabiele zone en de kiemkinetiek bij de anti-solventkristallisatie van benzoëzuur. Onderzoek en ontwerp van chemische technologie, 85, 945 – 952). Bovendien, wanneer anti-oplosmiddel boven het oppervlak en aan de wand van de kristallisatoren wordt toegevoegd, vindt kiemvorming consequent eerder plaats, bij lagere anti-oplosmiddelconcentraties. De reden voor deze twee zorgwekkende resultaten is dat wanneer anti-oplosmiddel dicht bij de wand wordt toegevoegd, de mengomstandigheden in de kristallisater het moeilijk maken voor het anti-oplosmiddel om gemakkelijk te worden opgenomen en oververzadiging zich opbouwt op de voerlocatie.
Opname van anti-oplosmiddelen
Het effect op de kristallisatiekinetiek
De reden voor dit dramatische verschil in consistentie is te wijten aan de manier waarop anti-oplosmiddel in het vat wordt opgenomen. Deze video (links) toont computational fluid dynamics (CFD) tracerexperimenten, voor beide hierboven getoonde optellocaties (midden en wand). Wanneer anti-oplosmiddel boven het oppervlak en dicht bij de muur wordt toegevoegd, is het moeilijk om de vloeistof effectief in de bulkoplossing op te nemen. Wanneer anti-oplosmiddel dichter bij de waaier wordt toegevoegd, vindt de opname van het anti-oplosmiddel onmiddellijk plaats. Voor dit kristallisatiesysteem veroorzaakt dit verschil in opname van anti-oplosmiddelen - en het bijbehorende verschil in de homogeniteit van oververzadiging door het vat - aanzienlijke verschillen in de nucleatie en consistentie van het kristallisatieproces .
Effect van mengen op breuk
Afschuifsnelheden
Naast massaoverdrachtseffecten kan de afschuifsnelheid in een kristallizer een fysieke impact hebben op de kristallen door breuk. Kristalbreuk is een functie van de concentratie van vaste stoffen in het systeem en van de afschuifsnelheid. Naarmate de schaal- en mengomstandigheden veranderen, kunnen de concentratie van vaste stoffen en de gradiënten van de afschuifsnelheid belangrijk worden, wat betekent dat er meer of minder breuk kan optreden als een kristallisatieproces wordt opgeschaald. In dit voorbeeld (rechts) worden de akkoordlengteverdelingen verkregen met behulp van FBRM-technologie (ParticleTrack) voor een continu kristallisatieproces weergegeven voor drie verschillende agitatie-intensiteiten (E. Kougoulos, A.G. Jones en M.W. Wood-Kaczmar (2005) Estimation of Crystallization Kinetics for an Organic Fine Chemical Using a Modified Continuous Cooling Mixed Suspension Mixed Product Removal (MSMPR) Crystallizer, Journal of Crystal Growth, Volume 273, Issues 3 – 4, 3 januari 2005, pagina's 520 – 528). Naarmate de agitatie en de daarmee gepaard gaande afschuifsnelheid toenemen, verschuiven de verdelingen naar links met een toename van het aantal fijne kristallen, wat wijst op kristalbreuk. Dit resultaat komt vaak voor. Dergelijk gedrag is echter moeilijk te voorspellen omdat het volume verandert, aangezien de agitatie-intensiteit geen schaalbare parameter is.
Deeltjesgrootteanalyse voor procesoptimalisatie
Dit artikel bespreekt veelgebruikte technieken voor het analyseren van de deeltjesgrootte en hoe deze worden gebruikt voor de levering van hoogwaardige deeltjes. Voorbeelden zijn het gebruik van offline deeltjesgrootte-analysatoren in combinatie met in-process deeltjeskarakteriseringstools om processen te optimaliseren.
Technologieën om te bewaken, optimaliseren en controleren
De bewerkingen van de kristallisatie-eenheid bieden de unieke mogelijkheid om een geoptimaliseerde kristalgrootte en -vormverdeling te richten en te controleren om:
- Verminder filtratie- en droogtijden
- Vermijd problemen met opslag, transport en houdbaarheid
- Zorg voor een consistent en herhaalbaar proces tegen lagere kosten
Applicaties
Toepassingen voor het optimaliseren van kristalgrootte en -vorm met temperatuurregeling
Ontwerp en optimaliseer het zaaiprotocol voor verbeterde batchconsistentie
Zaaien is een van de meest kritische stappen bij het optimaliseren van kristallisatiegedrag. Bij het ontwerpen van een zaaistrategie moet rekening worden gehouden met parameters zoals zaadgrootte, zaadbelasting (massa) en zaadtoevoegingstemperatuur. Deze parameters worden over het algemeen geoptimaliseerd op basis van proceskinetiek en de gewenste uiteindelijke deeltjeseigenschappen, en moeten consistent blijven tijdens opschaling en technologieoverdracht.
Opschaling van agitatie, dosering en kristallisatie
Het veranderen van de schaal of mengomstandigheden in een kristallisator kan een directe invloed hebben op de kinetiek van het kristallisatieproces en de uiteindelijke kristalgrootte. Warmte- en massaoverdrachtseffecten zijn belangrijk om rekening mee te houden voor respectievelijk koel- en antioplosmiddelsystemen, waar temperatuur- of concentratiegradiënten inhomogeniteit kunnen veroorzaken in het heersende niveau van oververzadiging.
Verbeter kristallisatie-experimenten met nauwkeurige controle
De MSMPR-kristallisator (Mixed Suspension Mixed Product Removal) is een type kristallizer dat in industriële processen wordt gebruikt om zeer zuivere kristallen te produceren.
Understand Polymorphism and the Impact of Process Parameters
Crystal polymorphism describes the ability of one chemical compound to crystallize in multiple unit cell configurations, which often show different physical properties.
Optimization of Crystal Properties and Process Performance
Recrystallization is a technique used to purify solid compounds by dissolving them in a hot solvent and allowing the solution to cool. During this process, the compound forms pure crystals as the solvent cools, while impurities are excluded. The crystals are then collected, washed, and dried, resulting in a purified solid product. Recrystallization is an essential method for achieving high levels of purity in solid compounds.
The Building Blocks of Crystallization
Solubility curves are commonly used to illustrate the relationship between solubility, temperature, and solvent type. By plotting temperature vs. solubility, scientists can create the framework needed to develop the desired crystallization process. Once an appropriate solvent is chosen, the solubility curve becomes a critical tool for the development of an effective crystallization process.
De drijvende kracht achter kristallisatie
Supersaturatie treedt op wanneer een oplossing meer opgeloste stof bevat dan thermodynamisch mogelijk zou moeten zijn, gezien de omstandigheden van het systeem. Supersaturatie wordt beschouwd als een belangrijke drijfveer voor kristallisatie.
Improve Crystallization with Inline Particle Size, Shape, and Count Measurement
In-process probe-based technologies are applied to track particle size and shape changes at full concentration with no dilution or extraction necessary. By tracking the rate and degree of change to particles and crystals in real time, the correct process parameters for crystallization performance can be optimized.
Detect and Prevent Oiling Out (Liquid-Liquid Phase Separation)
Liquid-Liquid phase separation, or oiling out, is an often difficult to detect particle mechanism that can occur during crystallization processes.
How Solvent Addition Can Control Crystal Size and Count
In an antisolvent crystallization, the solvent addition rate, addition location and mixing impact local supersaturation in a vessel or pipeline. Scientists and engineers modify crystal size and count by adjusting antisolvent addition protocols and the level of supersaturation.
Supersaturation Control Optimizes Crystal Size and Shape
Crystallization kinetics are characterized in terms of two dominant processes, nucleation kinetics and growth kinetics, occurring during crystallization from solution. Nucleation kinetics describe the rate of formation of a stable nuclei. Growth kinetics define the rate at which a stable nuclei grows to a macroscopic crystal. Advanced techniques offer temperature control to modify supersaturation and crystal size and shape.
Creëer gestructureerde, geordende roosters voor complexe macromoleculen
Eiwitkristallisatie is de handeling en methode om gestructureerde, geordende roosters te creëren voor vaak complexe macromoleculen.
Recover Lactose with High Yield and Scalable Process
Lactose crystallization is an industrial practice to separate lactose from whey solutions via controlled crystallization.
Generate Supersaturation and Determine Final Crystal Product
A well-designed batch crystallization process is one that can be scaled successfully to production scale - giving the desired crystal size distribution, yield, form and purity. Batch crystallization optimization requires maintaining adequate control of the crystallizer temperature (or solvent composition).
Real-Time Monitoring for Modeling and Control
Continuous crystallization is made possible by advances in process modeling and crystallizer design, which leverage the ability to control crystal size distribution in real time by directly monitoring the crystal population.
Zaaien is een van de meest kritische stappen bij het optimaliseren van kristallisatiegedrag. Bij het ontwerpen van een zaaistrategie moet rekening worden gehouden met parameters zoals zaadgrootte, zaadbelasting (massa) en zaadtoevoegingstemperatuur. Deze parameters worden over het algemeen geoptimaliseerd op basis van proceskinetiek en de gewenste uiteindelijke deeltjeseigenschappen, en moeten consistent blijven tijdens opschaling en technologieoverdracht.
Het veranderen van de schaal of mengomstandigheden in een kristallisator kan een directe invloed hebben op de kinetiek van het kristallisatieproces en de uiteindelijke kristalgrootte. Warmte- en massaoverdrachtseffecten zijn belangrijk om rekening mee te houden voor respectievelijk koel- en antioplosmiddelsystemen, waar temperatuur- of concentratiegradiënten inhomogeniteit kunnen veroorzaken in het heersende niveau van oververzadiging.
Recrystallization is a technique used to purify solid compounds by dissolving them in a hot solvent and allowing the solution to cool. During this process, the compound forms pure crystals as the solvent cools, while impurities are excluded. The crystals are then collected, washed, and dried, resulting in a purified solid product. Recrystallization is an essential method for achieving high levels of purity in solid compounds.
Solubility curves are commonly used to illustrate the relationship between solubility, temperature, and solvent type. By plotting temperature vs. solubility, scientists can create the framework needed to develop the desired crystallization process. Once an appropriate solvent is chosen, the solubility curve becomes a critical tool for the development of an effective crystallization process.
In-process probe-based technologies are applied to track particle size and shape changes at full concentration with no dilution or extraction necessary. By tracking the rate and degree of change to particles and crystals in real time, the correct process parameters for crystallization performance can be optimized.
Crystallization kinetics are characterized in terms of two dominant processes, nucleation kinetics and growth kinetics, occurring during crystallization from solution. Nucleation kinetics describe the rate of formation of a stable nuclei. Growth kinetics define the rate at which a stable nuclei grows to a macroscopic crystal. Advanced techniques offer temperature control to modify supersaturation and crystal size and shape.
A well-designed batch crystallization process is one that can be scaled successfully to production scale - giving the desired crystal size distribution, yield, form and purity. Batch crystallization optimization requires maintaining adequate control of the crystallizer temperature (or solvent composition).
Publicaties
Publicaties over kristallisatietemperatuurregeling
Witboeken
Dynamische mechanismes zijn de sleutel voor het begrijpen van kristallisatieprocessen en kunnen nu geobserveerd worden met in situ microscopie. Een wh...
De kwaliteit van een kristallisatieproces is van grote invloed op de kwaliteit van het eindproduct. Met onze nieuwe white paper kunt u kennismaken met...
Farmaceutische en hoogwaardige chemicaliën moeten vaak tijdens ontwikkeling en productie meerdere kristallisatiestappen doorlopen. Een nieuwe white pa...
Industriële kristallisatie is een belangrijke stap van scheiding en zuivering in de chemische industrie. Een white paper geeft aan hoe inline deeltjes...
Zaaien is een belangrijke stap in het optimaliseren van een kristallisatieproces, waardoor een consistente filtratiesnelheid, opbrengst, polymorfe vor...
Real-time controle van kristallisatie levert voordelen die zorgen voor betere methodes voor procesontwikkeling, optimalisatie en opschaling.
Dit white paper behandelt de methodologie die door scheikundigen wordt gebruikt om kritieke kristallisatieparameters te optimaliseren, zoals:
This white paper compares traditional offline particle characterization methods with newer in-process techniques for applications such as crystallizat...
Webinars
Eric Fang of Snapdragon discusses how continuous flow chemistry is applicable across the entire value chain. Early implementation of continuous flow...
This webinar introduces case studies and highlights best practices used to overcome crystallization and precipitation challenges. The focus will be on...
The webinar focuses on a semi-quantitative method for the optimization and scale-up of hydrodynamically limited anti-solvent crystallization process....
This webinar introduces case studies and highlights best practices used to overcome crystallization and precipitation challenges. The focus will be on...
Citaten
Crystallization and precipitation citation list and publications
Gerelateerde producten
Technologie voor kristallisatietemperatuurregeling
ReactIR
In-situ FTIR-spectrometers stellen wetenschappers in staat om inzicht te krijgen in hun reacties en processen in een breed scala aan toepassingen. Optimaliseer reactievariabelen me...