Ảnh hưởng của pha trộn lên quá trình kết tinh

• Giới thiệu về kết tinh và kết tủa
• Các nguyên tắc cơ bản: Độ hòa tan và Độ rộng vùng ổn định
• Cách đo kích thước tinh thể
• Sử dụng chất chống hòa tan trong quá trình kết tinh

Thay đổi quy mô hoặc điều kiện pha trộn trong một mát kết tinh có thể trực tiếp ảnh hưởng đến động học của quá trình kết tinh và kích thước tinh thể cuối cùng. Hiệu quả truyền nhiệt và dẫn chất rất quan trọng cần xem xét cho các hệ thống làm lạnh và chống hòa tan tương ứng, trong đó gradien nhiệt độ hoặc nồng độ có thể tạo ra tính không đồng nhất ở mức siêu bão hoà phổ biến. Điều này thường dẫn đến các túi có độ siêu bão hòa rất cao gần với các vách của bình chứa để tạo tinh thể nguội hoặc ở vị trí bổ sung để kết tinh thể chống hòa tan (và phản ứng).

Các túi có độ bão hòa cao có thể tạo ra tốc độ tạo mầm và tăng trưởng rất cao ở một số khu vực của một thiết bị kết tinh kích thước lớn, có nghĩa là sự phân bố kích thước tinh thể cuối cùng có thể thay đổi đáng từ đó đạt được trong môi trường pha trộn tốt hơn trong phòng thí nghiệm trong quá trình phát triển. Như đã thấy trong biểu đồ ở bên phải, sự thay đổi từ một bình phản ứng 500 mL đến bình phản ứng 2 L cho quá trình kết tinh tương tự dẫn đến các sự kiện tạo mầm không mong đợi được đặc trưng bởi ParticleTrack. Ngoài ra, số hạt mịn được tạo ra trong suốt mẻ là cao hơn đáng kể.

Ảnh hưởng của siêu bão hòa tại chỗ tích tụ lên quá trình kết tinh được trình bày ở đây, trong đó khả năng lặp lại điểm tạo mầm cho một quá trình kết tinh không được tạo mầm cho một hệ thống kết tinh chống hòa tan. Đối với quá trình này (bên phải), khi dung môi chống hòa tan được thêm vào bên trên bề mặt chất lỏng và gần vách bình phản ứng, đặc biệt ở các tốc độ thêm cao hơn, điểm tạo mầm là cực kỳ không nhất quán, với các thanh sai rộng hiển thị cho các thí nghiệm đã được tiến hành (2007) Ảnh hưởng của việc pha trộn lên độ rộng vùng ổn định và động học quá trình tạo mầm trong quá trình kết tinh chống hòa tan của axit benzoic. Nghiên cứu và Thiết kế kỹ thuật hóa học, 85, 945 - 952). Ngoài ra, khi thêm dung môi chống hòa tan trên bề mặt và tại vách của bộ kết tinh, tạo mầm luôn xảy ra sớm hơn, với nồng độ chống hòa tan thấp hơn. Lý do của hai kết quả liên quan đến việc khi dung môi chống hòa tan được thêm vào gần vách, điều kiện pha trộn trong bộ kết tinh khiến cho dung môi chống hòa tan dễ dàng được kết hợp, và quá trình siêu bão hòa được hình thành ở vị trí nguồn cấp.

Lý do cho sự chênh lệch đáng kể trong tính nhất quán là do cách dung môi chống hòa tan được kết hợp vào bình. Video này (bên trái) cho thấy các thí nghiệm chất đánh dấu động lực học chất lỏng tính toán (CFD), cho cả hai vị trí bổ sung được hiển thị ở trên (trung tâm và vách). Khi dung môi chống hòa tan được thêm vào bên trên bề mặt và gần với vách, rất khó kết hợp hiệu quả chất lỏng vào dung dịch lượng lớn. Khi dung môi chống hòa tan được thêm gần với cánh quạt thì việc kết hợp dung môi chống hòa tan xảy ra ngay lập tức. Đối với hệ thống kết tinh này, sự khác biệt trong việc kết hợp chất chống hòa tan- và sự khác biệt liên quan đến tính đồng nhất của sự siêu bão hòa qua mạch - gây ra sự khác biệt đáng kể về sự nảy sinh và sự nhất quán của quá trình kết tinh.

Ngoài các ảnh hưởng dẫn chất, tốc độ cắt trong một bộ kết tinh có thể có tác động vật lý lên các tinh thể thông qua sự phá vỡ. Phá vỡ tinh thể là một chức năng của nồng độ chất rắn trong hệ thống cũng như tốc độ cắt. Khi điều kiện quy mô và pha trộn thay đổi – gradien nồng độ chất rắn và tốc độ cắt có thể trở nên quan trọng, có nghĩa là sự phá vỡ nhiều hay ít có thể xảy ra khi quá trình kết tinh được tăng lên. Trong ví dụ này (bên phải), sự phân bố chiều dài dây được sử dụng công nghệ FBRM (ParticleTrack) cho một quá trình kết tinh liên tục được hiển thị cho ba cường độ khuấy khác nhau (E. Kougoulos, AG Jones và MW Wood-Kaczmar (2005) Ước tính động học kết tinh cho một hóa chất hữu cơ sử dụng một hệ thống làm lạnh liên tục được kết hợp Các sản phẩm hỗn hợp đình chỉ hỗn hợp (MSMPR), Tạp chí tăng trưởng tinh thể, Tập 273, Các vấn đề 3 - 4, 3 Tháng 1 năm 2005, Trang 520 - 528). Khi bị khuấy trộn và tốc độ cắt liên quan gia tăng, sự phân bố chuyển sang trái với sự gia tăng số lượng tinh thể, cho thấy sự vỡ tinh thể. Kết quả này là phổ biến. Tuy nhiên, hành vi như vậy là khó dự đoán khi thể tích thay đổi, vì cường độ khuấy không phải là một tham số có thể mở rộng.

Bài viết này thảo luận các kỹ thuật phân tích hạt phổ biến và cách chúng được sử dụng để phân phát các hạt chất lượng cao. Ví dụ bao gồm việc sử dụng các bộ phân tích kích thước hạt ngoại tuyến kết hợp với các công cụ mô tả hạt trong quá trình để tối ưu hóa quy trình.

Hoạt động của các đơn vị tinh thể cung cấp cơ hội độc nhất để hướng tới và kiểm soát kích thước tinh thể tối ưu và phân bố hình dạng để:

• Giảm thời gian lọc và làm khô
• Tránh các vấn đề về Lưu trữ, Vận chuyển và Hạn sử dụng
• Đảm bảo một quy trình nhất quán và lặp lại với chi phí thấp hơn