과포화 상태에서의 결정화 동역학

냉각 프로파일 선택

결정화 동역학에 미치는 영향

결정 성장과 핵생성의 지배 방정식은 결정 성장과 핵생성이며, 또한 (J. Nývlt (1968) Kinetics of Nucleation in Solutions. Journal of Crystal Growth, 3 – 4, 377 – 383)에 설명되어 있듯이, 결정 슬러리의 표면적이 결정의 핵생성과 성장 동역학을 결정하는 데 중요한 역할을 함을 보여줍니다. 결정화 공정의 시작 시점에는 슬러리에 존재하는 결정의 표면적이 낮아, 다른 동역학적 요인과 관계없이 핵생성이 성장보다 우세해질 수 있습니다. 결정화가 진행됨에 따라 표면적이 증가하고, 성장 동역학이 더 유리해질 수 있습니다. 오른쪽에 표시된 것처럼 선형 냉각 속도가 결정화 공정에 적용되면, 성장에 사용할 표면적이 없을 때 초기에는 과포화가 축적될 수 있습니다. 이러한 축적은 빠르고 종종 예측할 수 없는 결정화 동역학을 초래하며, 핵생성이 우세한 경우가 많습니다.

비선형 냉각 속도

일정한 과포화

성장을 향상시키는 영리한 방법은 표면적이 제한적인 초기에는 매우 천천히 냉각하는 것입니다(오른쪽 참조). 이렇게 하면 과포화 수준이 낮게 유지되어 성장이 우세해질 수 있습니다. 시간이 지나 표면적이 증가한 후에는 냉각 속도를 높여 배치 시간을 줄이면서도 여전히 성장을 선호할 수 있습니다. 이 기법은 과포화와 과도한 핵생성을 제어하는 것 사이에서 적절한 균형을 이루는 동시에, 지나치게 긴 배치 시간을 피할 수 있습니다( P. Barrett, B. Smith, J. Worlitschek, V. Bracken, B. O’Sullivan, and D. O’Grady 2005) A Review of the Use of Process Analytical Technology for the Understanding and Optimization of Production Batch Crystallization Processes. Organic Process Research & Development, 9(3), 348 – 355). 이 접근법의 한 가지 단점은 공장에서 비선형 냉각 또는 항용매 첨가 프로파일을 구현하기 어려울 수 있으며 공정의 복잡성을 더한다는 점입니다. 그러나 소수의 선형 램프를 사용하면 유사한 결과를 얻을 수 있어 성공을 거둘 수 있습니다.

자동 과포화 제어

유리한 결정화 속도론

공정 전반에 걸쳐 과포화를 일정하게 유지하기 위해 공정 온도를 조절하는 제어 루프를 구현함으로써, 비선형 냉각 속도를 적용하는 것의 가치는 입증되었습니다. 이러한 결과는 V. Liotta and V. Sabesan (2004) Monitoring and Feedback Control of Supersaturation Using ATR-FTIR to Produce an Active Pharmaceutical Ingredient of a Desired Crystal Size. Organic Process Research & Development, 8(3), 488 – 494. Copyright (2004) American Chemical Society에서 설명되었으며, 여기서 제어 알고리즘을 사용해 일정한 과포화 상태에서 결정화 공정을 수행합니다(왼쪽에 표시). 이 예에서는 과포화를 in situ FTIR 모니터링 으로 모니터링하며, 그 결과 온도 프로필은 비선형입니다. 처음에는 느리고, 끝으로 갈수록 빠릅니다.

공정 최적화를 위한 입자 크기 분석