Krystallisering opnås ved at reducere opløseligheden af produktet i en mættet startopløsning ved hjælp af:
En anden almindelig metode, der anvendes til at fremskynde krystallisering, er via en kemisk reaktion, hvor to eller flere reaktanter blandes til dannelse af et fast produkt, som er uopløseligt i reaktionsblandingen. Et almindeligt eksempel på dette ville være omsætning af en syre og en base til dannelse af et salt.
Den valgte metode til at krystallisere produktet kan variere afhængig af en række faktorer. For eksempel er proteinkrystaller temperaturfølsomme, hvilket udelukker afkøling og inddampning og efterlader tilsætning af en antisolvent som den mest almindelige metode til krystallisering. For mange krystalliseringsprocesser, kan afkølingsmetoden være fordelagtig, da den kan vendes om; den mættede opløsning kan opvarmes igen i tilfælde af at metoden ikke er optimal.
Opløselighedskurver (figuren til højre) er almindeligt anvendt til at illustrere forholdet mellem opløselighed, temperatur og type af opløsningsmiddel. Ved at plotte temperatur vs. opløselighed, kan forskerne skabe de nødvendige rammer for at udvikle den ønskede krystalliseringsproces. Her er opløseligheden af det givne materiale i opløsningsmiddel A høj, hvilket betyder at mere materiale kan krystalliseres pr. masseenhed af opløsningsmiddel. Opløsningsmiddel C har en lav opløselighed ved alle temperaturer, hvilket indikerer, at det kunne være et nyttigt antisolvent for dette materiale.
Når et passende opløsningsmiddel er valgt, bliver opløselighedskurven et vigtigt værktøj til udvikling af en effektiv krystalliseringsproces. Med denne information kan startkoncentrationen og temperaturen eller mængden af antisolvent ved starten vælges, det teoretiske udbytte kan beregnes, og de første vigtige beslutninger om, hvordan krystalliseringen skal udvikle sig kan foretages.
Som et sonde-baseret instrument, der sporer hastigheden og ændringsgraden til partikelstørrelse og -antal, efterhånden som partikler opstår i processen, kan ParticleTrack anvendes til at måle opløselighedskurven og MSZW (metastabil zonebredde) ved præcist at identificere tidspunktet for opløsning (punkt på opløselighedskurven) og tidspunktet for kimdannelse (punkt på MSZW) ved forskellige koncentrationer af det opløste stof.
I en undersøgelse foretaget af Barrett og Glennon (Trans ICHemE, vol. 80, 2002, pp. 799-805), bliver en umættet opløsning afkølet ved en langsom, fast hastighed, indtil tidspunktet for kimdannelsen måles med ParticleTrack (Lasentec FBRM) og angiver et punkt på MSZW. Dernæst opvarmes opløsningen langsomt, indtil tidspunktet for opløsning måles og indikerer et punkt på opløselighedskurven. Opløsningsmiddel tilsættes derefter til systemet for at reducere koncentrationen, og processen gentages. På denne måde måles opløselighedskurven og MSZW hurtigt over et bredt temperaturområde.
I denne figur vises opløselighedskurven og metastabil zonebredde(r) for kaliumaluminiumsulfat. Mens opløselighedskurven termodynamisk er fastsat for et givent opløsningsmiddel-opløst stofsystem, er MSZW en kinetisk grænse og kan ændre sig afhængig af procesparametre såsom afkølingshastighed, bevægelse eller skala. At karakterisere MSZW under en række procesbetingelser kan hjælpe forskerne til at forstå, hvordan en krystalliseringsproces kan opføre sig på forskellige skalaer - eller i tilfælde af en procesforstyrrelse. Variation i MSZW under forskellige betingelser kan indikere, at systemet ikke kan opføre sig konsekvent med hensyn til kimdannelsespunkter og kinetik. Et sådant resultat kan begrunde en undersøgelse af muligheden for en podningsproces for at fastsætte kimdannelsespunktet for hvert forsøg eller batch.
Dynamiske tilgange til bestemmelse af opløselighed som denne er undertiden begrænsede i deres nøjagtighed, da en hurtig opvarmningshastighed betyder, at det præcise opløsningstidspunkt kan overvurderes. Statiske metoder, såsom gravimetrisk (vægtanalytisk) analyse kan give mere præcision, men er mere tidskrævende og besværlige at gennemføre. Mange teknikker kan bruges til at måle opløselighedskurver, og nyere forskning, der har til formål at forudsige opløselighed i forskellige opløsningsmidler ser lovende ud.
Enhedsoperationer til krystallisering giver en enestående mulighed for at målrette og regulere en optimeret fordeling af krystalstørrelse og -form. Dette kan dramatisk reducere filtrerings- og tørretider, eliminere problemer relateret til lager, transport og holdbarhed og sikre en konsekvent og gentagelig proces med lavere omkostning.
Denne fortsatte gennemgang af krystalliseringslitteratur er koncentreret ned til et resumé, der indeholder retningslinjer for forståelse og optimering af de udfordrende enhedsoperationer for krystallisering og bundfældning.
Denne white paper-serie dækker basale og avancerede strategier til at optimere fordelingen af krystalstørrelse og -form.
Opdag hvordan billedbaseret procesudvikling kan reducere cyklustid for krystallisering og forbedre kvaliteten og samtidig opretholde en lignende krystalstørrelse og -form.
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.
Opløselighedskurver er almindeligt anvendte for at illustrere forholdet mellem opløselighed, temperatur og type af opløsningsmiddel. Ved at plotte temperatur vs. opløselighed, kan forskerne skabe de nødvendige rammer for at udvikle den ønskede krystalliseringsproces. Når et passende opløsningsmiddel er valgt, bliver opløselighedskurven et vigtigt værktøj til udvikling af en effektiv krystalliseringsproces.
Forskere og ingeniører får kontrol over krystalliseringsprocesser ved omhyggelig justering af niveauet af overmætning under processen. Overmætning er den drivende kraft ved kimdannelse i krystallisering og vækst og vil i sidste ende bestemme den endelige fordeling af krystalstørrelser.
In-process sondebaserede teknologier anvendes til at spore partikelstørrelse og formændringer ved fuld koncentration uden at fortynding eller ekstraktion er nødvendig. Ved at spore hastigheden og graden af ændring i partikler og krystaller i realtid, kan de korrekte procesparametre til ydeevne ved krystallisering optimeres.
Seeding is one of the most critical steps in optimizing crystallization behavior. When designing a seeding strategy, parameters such as seed size, seed loading (mass), and seed addition temperature must be considered. These parameters are generally optimized based on process kinetics and the desired final particle properties, and must remain consistent during scale-up and technology transfer.
Liquid-Liquid phase separation, or oiling out, is an often difficult to detect particle mechanism that can occur during crystallization processes.
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 protocol and the level of supersaturation.
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.
Changing the scale or mixing conditions in a crystallizer can directly impact the kinetics of the crystallization process and the final crystal size. Heat and mass transfer effects are important to consider for cooling and antisolvent systems respectively, where temperature or concentration gradients can produce inhomogeneity in the prevailing level of supersaturation.
Crystal polymorphism describes the ability of one chemical compound to crystallize in multiple unit cell configurations, which often show different physical properties.
Protein crystallization is the act and method of creating structured, ordered lattices for often-complex macromolecules.
Lactose crystallization is an industrial practice to separate lactose from whey solutions via controlled crystallization.
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).
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.
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.
Opløselighedskurver er almindeligt anvendte for at illustrere forholdet mellem opløselighed, temperatur og type af opløsningsmiddel. Ved at plotte temperatur vs. opløselighed, kan forskerne skabe de nødvendige rammer for at udvikle den ønskede krystalliseringsproces. Når et passende opløsningsmiddel er valgt, bliver opløselighedskurven et vigtigt værktøj til udvikling af en effektiv krystalliseringsproces.
In-process sondebaserede teknologier anvendes til at spore partikelstørrelse og formændringer ved fuld koncentration uden at fortynding eller ekstraktion er nødvendig. Ved at spore hastigheden og graden af ændring i partikler og krystaller i realtid, kan de korrekte procesparametre til ydeevne ved krystallisering optimeres.
Seeding is one of the most critical steps in optimizing crystallization behavior. When designing a seeding strategy, parameters such as seed size, seed loading (mass), and seed addition temperature must be considered. These parameters are generally optimized based on process kinetics and the desired final particle properties, and must remain consistent during scale-up and technology transfer.
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.
Changing the scale or mixing conditions in a crystallizer can directly impact the kinetics of the crystallization process and the final crystal size. Heat and mass transfer effects are important to consider for cooling and antisolvent systems respectively, where temperature or concentration gradients can produce inhomogeneity in the prevailing level of supersaturation.
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).