Krystallisering oppnås ved å redusere produktets løselighet i en mettet startløsning, ved
En annen vanlig metode for å starte krystallisering er via en kjemisk reaksjon, der to eller flere reaktanter blandes slik at de danner et fast produkt som ikke kan løses i reaksjonsblandingen. Et vanlig eksempel på dette er reaksjonen der en syre og en base danner et salt.
Hvilken metode som velges for å krystallisere produktet kan variere, avhengig av en rekke faktorer. For eksempel er proteinkrystaller temperaturfølsomme, slik at kjøling og fordampning ikke forekommer og tilsetning av antiløsemiddel er den vanligste krystalliseringsmetoden. I mange krystalliseringsprosessor kan avkjøling være fordelaktig, fordi det kan reverseres. Den mettede løsningen kan varmes igjen dersom operasjonen ikke var optimal.
Løselighetskurver (se figuren til høyre) brukes ofte til å illustrere forholdet mellom løselighet, temperatur og type løsemiddel. Ved å plotte temperatur mot løselighet oppretter forskere rammeverket som trengs for å utvikle ønsket krystalliseringsprosess. Her er løseligheten til materialet gitt i løsemiddel A høy – hvilket betyr at mer materiale kan krystalliseres per enhet løsemiddelmasse. Løsemiddel C har lav løselighet ved alle temperaturer, en indikasjon på at det kan være et nyttig antiløsemiddel for dette materialet.
Så snart et egnet løsemiddel er valgt, blir oppløselighetskurven et kritisk verktøy for utviklingen av en effektiv krystalliseringsprosess. Med denne informasjonen kan startkonsentrasjonen og -temperaturen for antiløsemiddelforholdet velges, en teoretiske produksjonen beregnes og de første viktige beslutningene om hvordan krystalliseringen skal utvikles foretas.
Et probebasert instrument som sporer hastigheten og graden av endringer i partikkelstørrelse og -antall når partikler eksisterer i en prosess, ParticleTrack, kan brukes til å måle løselighetskurven og MSZW (metastabil sonebredde) ved å nøyaktig identifisere oppløsningspunktet (punktet på løselighetskurven) og kjernedannelsespunktet (punkt på MSZW) ved ulike konsentrasjonsgrader av stoff i løsningen.
I en studie utført av Barrett og Glennon (Trans ICHemE, vol. 80, 2002, s. 799-805) måles en umettet løsning i sakte, fast hastighet, til kjernedannelsespunktet, ved hjelp av ParticleTrack (Lasentec FBRM), som indikerer et punkt på MSZW. Deretter varmes løsningen sakte til oppløsningspunktet måles og indikerer et punkt på løselighetskurven. Løsemiddel tilføres deretter systemet, for å redusere konsentrasjonen, og prosessen gjentas. På denne måten kan løselighetskurven og MSZW måles raskt, over et bredt spekter av temperaturer.
I denne figuren vises løselighetskurven og metastabile sonebredder for kaliumaluminiumsulfat. Når løselighetskurven er termodynamisk fastsatt for et gitt system med løsemiddel-stoff, er MSZW en kinetisk grense som kan endres, avhengig av prosessparametere som kjølerate, agitasjon og skala. Ved å karakterisere MSZW under flere prosessforhold kan forskere forstå hvordan en krystalliseringsprosess kan oppføre seg ved ulike skalaer, eller dersom det oppstår prosessproblemer. Variabilitet i MSZW under ulike forhold kan være en indikasjon på at systemet ikke alltid vil være konsekvent med tanke på kjernedanningspunkt og kinetikk. Et slikt resultat kan tilsi at man bør undersøke muligheten for å seede prosessen for å fikse kjernedanningspunktet for hvert enkelt eksperiment eller parti.
Dynamiske tilnærminger for å finne løselighet, slik som denne, kan noen ganger har begrenset nøyaktighet, fordi en rask oppvarmingshastighet betyr at det er mulig å overestimere det nøyaktige oppløsningspunktet. Statiske metoder, som f.eks. gravimetrianalyse, kan være mer nøyaktige, men de er mer tidkrevende og tungvinte å implementere. Mange teknikker kan brukes til å måle løselighetskurver, og nyere forskning som tar sikte på å forutsi løselighet i ulike løsemidler har vist seg lovende.
Krystalliseringsprosessen gir en unik mulighet til å etterstrebe og kontrollere en optimal krystallstørrelse og formdistribusjon. Dette kan føre til en dramatisk redusert filtrerings- og tørketid, omgå problemer med lagring, transport og lagringstid, og sikre en konsekvent og repeterbar prosess til en lavere pris.
Denne fortsatte gjennomgangen av krystalliseringslitteraturen er kokt ned til en oppsummering som gir retningslinjer for hvordan forstå og optimere de utfordrende enhetsoperasjonene for krystallisering og utfelling.
Denne tekniske rapporten dekker grunnleggende og avanserte strategier for optimering av krystallstørrelse og formdistribusjon.
Oppdag hvordan bildebasert prosesstrending kan føre til reduserte syklustider for krystallisering og bedre kvaliteten, samtidig som krystallstørrelsen og -formen er den samme.
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.
Oppløselighetskurver brukes ofte til å illustrere forholdet mellom løselighet, temperatur og type løsemiddel. Ved å plotte temperatur mot løselighet kan forskere opprette rammeverket som trengs for å utvikle ønsket krystalliseringsprosess. Så snart et egnet løsemiddel er valgt, blir oppløselighetskurven et kritisk verktøy for utviklingen av en effektiv krystalliseringsprosess.
Forskere og teknikere tar kontroll over krystalliseringsprosesser ved å nøye justere overmetningsnivået under prosessen. Overmetning er drivkraften for kjernedannelse og vekst i krystallisering og vil til syvende og sist avgjøre den endelige krystallstørrrelsedistribusjonen.
Sondebasert teknologi i prosesser brukes til å spore partikkelstørrelse og formendringer ved full konsentrasjon, uten at det er nødvendig med fortynning eller raffinering. Ved å spore hastigheten og graden av endringer i partikler og krystaller i sanntid, kan de riktige prosessparameterne for krystalliseringsytelse 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.
Oppløselighetskurver brukes ofte til å illustrere forholdet mellom løselighet, temperatur og type løsemiddel. Ved å plotte temperatur mot løselighet kan forskere opprette rammeverket som trengs for å utvikle ønsket krystalliseringsprosess. Så snart et egnet løsemiddel er valgt, blir oppløselighetskurven et kritisk verktøy for utviklingen av en effektiv krystalliseringsprosess.
Sondebasert teknologi i prosesser brukes til å spore partikkelstørrelse og formendringer ved full konsentrasjon, uten at det er nødvendig med fortynning eller raffinering. Ved å spore hastigheten og graden av endringer i partikler og krystaller i sanntid, kan de riktige prosessparameterne for krystalliseringsytelse 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).