Vpliv mešanja na kristalizacijo

• Uvajanje kristalizacije in obarjanja
  
• Osnove: topnost in širina metastabilnega območja
• Kako izmeriti velikost kristalov
• Uporaba anti-topila za kristalizacijo

Spreminjanje lestvice ali pogojev mešanja v kristalizatorju lahko neposredno vpliva na kinetiko procesa kristalizacije in končno velikost kristala. Učinke prenosa toplote in snovi je pomembno upoštevati pri hladilnih sistemih in sistemih proti topilom, kjer lahko temperaturni ali koncentracijski gradienti povzročijo nehomogenost v prevladujoči stopnji prenasičenosti. To pogosto povzroči žepe z zelo visoko prenasičenostjo blizu sten posode za hladilno kristalizacijo ali na mestu dodajanja za anti-topila (in tudi reaktivne) kristalizacije.

Žepi z visoko prenasičenostjo lahko povzročijo zelo visoke stopnje nukleacije in rasti v nekaterih regijah velikega kristalizatorja, kar pomeni, da se lahko končna porazdelitev velikosti kristalov dramatično razlikuje od tiste, ki je bila dosežena v bolje mešanem okolju v laboratoriju med razvojem. Kot je razvidno iz grafa na desni, sprememba iz 500 ml reaktorja v 2-litrski reaktor za isti proces kristalizacije povzroči nepričakovane nukleacijske dogodke, za katere je značilen ParticleTrack. Tudi število glob, ki nastanejo v celotni seriji, je bistveno večje.

Tukaj je prikazan učinek lokalnega kopičenja prenasičenosti na kristalizacijo, kjer je prikazana ponovljivost nukleacijske točke za kristalizacijo brez semen za sistem proti topilu. Za ta postopek (desno), ko se anti-topilo doda nad površino tekočine in blizu stene reaktorja, zlasti pri višjih stopnjah dodajanja, je nukleacijska točka izjemno nedosledna, s širokimi napakami, prikazanimi za te poskuse, ki so bili izvedeni v treh izvodih (D. O'Grady, M. Barrett, E. Casey in B. Glennon. (2007) Učinek mešanja na širino metastabilne cone in kinetiko nukleacije pri kristalizaciji benzojske kisline proti topilu. Raziskave in oblikovanje kemijskega inženiringa, 85, 945 - 952). Poleg tega se pri dodajanju anti-topila nad površino in na steno kristalizatorja nukleacija dosledno pojavi prej, pri nižjih koncentracijah proti topilu. Razlog za ta dva zaskrbljujoča rezultata je, da ko se anti-topilo doda blizu stene, pogoji mešanja v kristalizatorju otežujejo enostavno vgradnjo anti-topila, na mestu dovajanja pa se nabira prenasičenost. 

Razlog za to dramatično neskladje v konsistenci je v tem, kako je anti-topilo vključeno v posodo. Ta videoposnetek (levo) prikazuje poskuse sledenja računalniške dinamike tekočin (CFD) za obe lokaciji dodajanja, prikazani zgoraj (središče in stena). Ko se anti-topilo doda nad površino in blizu stene, je težko učinkovito vključiti tekočino v raztopino v razsutem stanju. Ko se anti-topilo doda bližje rotorju, se takoj vključi anti-topilo. Za ta sistem kristalizacije ta razlika v vključitvi anti-topila - in s tem povezana razlika v homogenosti prenasičenosti skozi posodo - povzroča pomembne razlike v nukleaciji in konsistenci procesa kristalizacije.

Poleg učinkov prenosa mase lahko strižna hitrost v kristalizatorju fizično vpliva na kristale z lomom. Lom kristalov je funkcija koncentracije trdnih snovi v sistemu in strižne hitrosti. Ko se spremenijo razmere v lestvici in mešanju, lahko postanejo pomembni gradienti koncentracije trdnih snovi in strižne hitrosti, kar pomeni, da lahko pride do večjega ali manjšega loma, ko se proces kristalizacije poveča. V tem primeru (desno) so porazdelitve dolžine tetive, pridobljene  s tehnologijo FBRM (ParticleTrack) za proces neprekinjene kristalizacije, prikazane za tri različne intenzivnosti mešanja (E. Kougoulos, A.G. Jones in M.W. Wood-Kaczmar (2005) Ocena kinetike kristalizacije za organsko fino kemikalijo z uporabo modificiranega kristalizatorja za odstranjevanje mešanih izdelkov z mešano suspenzijo (MSMPR), Journal of Crystal Growth, Letnik 273, številke 3 - 4, 3. januar 2005, strani 520 - 528).  Ko se mešanje in s tem povezana strižna hitrost povečata, se porazdelitve premaknejo v levo s povečanjem števila finih kristalov, kar kaže na lom kristalov. Ta rezultat je pogost.  Vendar pa je takšno vedenje težko predvideti, saj se glasnost spreminja, saj intenzivnost vznemirjanja ni razširljiv parameter. 

Ta članek obravnava običajne tehnike analize velikosti delcev in kako se uporabljajo za dostavo visokokakovostnih delcev. Primeri vključujejo uporabo analizatorjev velikosti delcev brez povezave v kombinaciji z orodji za karakterizacijo delcev v procesu za optimizacijo procesov. 

Operacije kristalizacijske enote ponujajo edinstveno priložnost za ciljanje in nadzor optimizirane velikosti in porazdelitve oblike kristalov za:

• Skrajšajte čas filtracije in sušenja
• Izogibajte se težavam s skladiščenjem, prevozom in rokom uporabnosti
• Zagotovite dosleden in ponovljiv proces z nižjimi stroški