了解结晶动力学

选择冷却曲线

对结晶动力学的影响

关于晶体生长与成核的控制方程（在 J. Nývlt (1968) 溶液中的成核动力学。晶体生长学报，3 – 4, 377 – 383）表明，晶浆的表面积对于确定晶体成核与生长动力学起着非常重要的作用。在结晶刚开始时，浆液中存在的晶体的表面积较小，这意味着无论其他动力学系数如何，成核速率凌驾在生长之上。随着结晶继续进行，该表面积逐渐增大，这时生长动力学可能会变得更加重要。当对结晶过程采用线性冷却速率（如右图所示）时，如果没有可供生长的表面积，则过饱和度可能一开始会积聚。这种积聚导致快速并且经常无法预测的结晶动力学，成核通常占据主导位置。

非线性冷却速率

恒定过饱和度

加速生长的好办法是当表面积受限时，首先进行缓慢冷却（如右图所示）。这样可以保持过饱和度处于低水平，并且使生长起主导作用。一段时间后，当表面面积增大时，冷却速率也会增加，批次时间会减少，同时生长速率仍然占据有利地位。通过这项方法可在控制过饱和度和过度成核之间实现良好平衡，同时还可避免批次时间变得超长 (P. Barrett, B. Smith, J. Worlitschek, V. Bracken, B. O’Sullivan, and D. O’Grady (2005) “回顾如何利用过程分析技术了解和优化生成批次结晶过程”。 “有机过程研究与开发”，9(3)，348 – 355）。这种方法的一个缺点是：在工厂内实施非线性冷却或反溶剂添加曲线具有难度，并且会增加过程的复杂性。不过，利用少量线性变化依然可取得成功，这可取得类似的结果。

自动化过饱和度控制

处于有利地位的结晶动力学

通过实施调节过程温度的控制回路以保持过饱和度不变，已经证明了通过实施非线性冷却速率在整个过程中保持过饱和度恒定的价值。这种结果在 V. Liotta 与 V. Sabesan (2004)“使用 ATR-FTIR 监控过饱和度反馈以生成所需晶体尺寸的药用活性成分”中进行了说明。 “有机过程研究与开发”，8(3)，488 – 494。版权所有 (2004) 美国化学学会，这里利用控制算法以恒定的过饱和度实施结晶过程（如左图所示）。在此例中，利用原位 FTIR 监测过饱和度，生成的温度曲线为非线性：开始时缓慢，接近结束时快速。