Optimering af batchkrystallisation og procesdesign

Batchkrystallisation er en proces, der anvendes i kemiteknik og fremstilling til at producere faste krystaller fra en flydende opløsning. I denne proces opvarmes opløsningen, indtil den bliver overmættet, hvilket betyder, at den indeholder mere opløst stof, end den kan holde ved den pågældende temperatur. Når opløsningen afkøles, begynder det overskydende opløste stof at krystallisere ud af opløsningen og danne faste krystaller. Denne proces udføres typisk i batcher, hvor krystallerne adskilles fra den resterende opløsning og tørres, før næste batch påbegyndes. Batchkrystallisation bruges til at producere en bred vifte af produkter, herunder lægemidler, fødevaretilsætningsstoffer og industrikemikalier.

Generelt kan batchkrystallisatorer klassificeres som enten kontinuerlige eller batchkrystallisatorer. En batchkrystallisator er en krystalliseringstank, hvor en fast mængde opløste stoffer tilsættes til beholderen, hvorefter krystalliseringsprocessen fortsætter, indtil det ønskede krystalprodukt er opnået. I modsætning til en kontinuerlig krystallisator tilsættes opløste stoffer ikke kontinuerligt, og krystalprodukterne fjernes ikke kontinuerligt. Desuden er batchkrystallisatorer ikke lige så ensartet blandede, og temperatur- og koncentrationsforholdene kan variere under krystalliseringsprocessen. 

Kontinuerlige krystalliseringsopstillinger er typisk mindre i størrelse og muliggør problemfri tilsætning af opløste stoffer og opløsningsmidler, mens krystalproduktet kan strømme ud kontinuerligt uden afbrydelse. Kontinuerlige krystalliseringsprocesser giver den unikke mulighed for at håndtere højere koncentrationer af opløst stof samt mere effektiv krystallisering på grund af deres overlegne varmeoverførselsegenskaber i sammenligning med batchkrystallisatorer. På denne måde betragtes en kontinuerlig krystallisator som et værktøj, der understøtter flowinduceret krystallisering.

En veludformet batchkrystalliseringsproces er en proces, der med succes kan skaleres op til produktionsskala - og dermed give den ønskede krystalstørrelsesfordeling, udbytte, form og renhed.

At opretholde tilstrækkelig kontrol med krystallisatorens temperatur (eller opløsningssammensætning) er det mest grundlæggende krav for en vellykket optimering af batchkrystallisering. Syntesearbejdsstationer i kombination med FBRM og PVM krystalovervågning sikrer en klar forståelse af, hvordan ændringer i grundlæggende procesvariabler direkte påvirker krystalproduktet. Mere avanceret procesudvikling, der omfatter såning og partikelteknik, vil kun lykkes, hvis vi er i stand til at kontrollere disse underliggende kritiske krystalliseringsprocesparametre.

Et mere avanceret design af en optimeret krystalliseringsproces går endnu længere og kræver en forståelse af proceskortet (opløselighed og bestemmelse af den metastabile zonebredde) samt kontrol af drivkraften (overmætning) for krystalliseringen.