결정화 개발 가이드
첨가 속도 제어
현장 과포화 프로파일 활용
과포화는 용액 내 산물의 용해도를 줄임으로써 생성되며, 일반적으로 냉각 또는 반용매를 추가함으로써 가능해집니다. 용액이 냉각되거나 반용매가 추가되는 속도는 과포화 수준에 직접적인 영향을 미칩니다.
이 사례에서 에탄올-물 혼합물에 벤조산 불포화 용액을 준비하고 25 °C의 고정된 온도에서 각각 0.1 g/s 및 0.2 g/s의 고정된 속도로 물을 추가합니다. 현장 FTIR spectroscopy를 사용해 액체 농도를 실시간으로 측정합니다. 오른쪽 그림은 각 실험에 대해 표시된 불포화 프로파일을 통해 에탄올-물 혼합물 내 벤조산의 용해도 곡선을 보여줍니다. 불포화 프로파일은 불포화 영역에서 시작되는 용액을 표시합니다. 물이 추가됨에 따라 공정이 용해도 곡선에서 과포화 영역으로 이동합니다. 액체 농도는 결정 핵형성이 진행됨에 따라 감소하고 용해도 곡선에 가까워집니다. 반용매 추가 기간 종료 시 액체 농도는 용해도 곡선으로 떨어집니다. 반용매가 보다 빠른 속도로 추가되는 경우 공정 전체에 걸쳐 누적으로 인한 과포화 수준이 높아지게 되며 이는 결정 성장 및 핵형성을 통해 완화될 수 없습니다.
공정 파라미터 최적화
과포화 및 크기 제어 방법
이 사례에서 변화하는 공정 파라미터 및 과포화는 결정 크기 및 모양 모두에 영향을 미칩니다. 각 실험의 끝부분에서 PVM 기술(ParticleView)로 캡처한 이미지는 이 지점을 설명합니다(오른쪽에 표시됨). 느린 첨가율은 크고 모양이 뚜렷한 길쭉한 플레이트를 형성하는 반면, 빠른 첨가율은 즉각적으로 응집하는 미세한 바늘을 형성합니다. 이 결과는 결정화 시스템에서 과포화를 변화시킴으로써 결정 크기, 모양 및 응집 정도를 수정할 수 있습니다. 또한 과포화의 우세한 수준을 이해하고 제어하는 것의 중요성을 입증합니다.
이 간단한 사례는 중요한 원칙을 설명합니다.
- 큰 결정을 만들려면, 과포화를 느리게 생성합니다
- 작은 결정을 만들려면, 과포화를 빠르게 생성합니다
과포하 문제점
순도 및 확장
반용매 첨가율을 제어해 결정 크기를 조절하는 것은 과학적 원리를 잘 이해하고 구축한 것입니다. 그러나 효과적이고 증거에 기반한 결정화 공정 개발 및 개선은 미묘한 차이를 보입니다. 예를 들어 빠른 속도에서 과포화 생성이 일어나면 일시적인 오일상(a)의 형태에서 원치 않는 불순물을 생성하거나 원치 않는 다형성 형태(b)를 생성할 수 있습니다. 유사하게, 큰 결정을 생성하기 위해 주기 시간을 항상 사용할 필요가 없는데 이는 매우 느린 냉각 또는 반용매 첨가율이 가능하지 않다는 것을 의미합니다.
과포화 제어를 통해 결정화 최적화
정성적 과포화 궤적의 생산 및 제어를 위해 현장 ATR-FTIR 스펙트럼의 교정 없는 사용을 촉진하는 분석법을 소개합니다.
모니터링, 최적화 및 제어 기술
결정화 단위 작업은 대상에 고유한 기회를 제공하여 최적화된 결정 크기 및 모양 분포를 제어하여 다음을 달성할 수 있습니다.
- 여과 및 건조 시간 감소
- 저장, 운송 및 유통 기한 문제 방지
- 저렴한 비용에서 일관성 있고 반복 가능한 공정 보장
어플리케이션
과포화에 반용매 추가를 위한 어플리케이션
다형성 및 공정 파라미터의 영향 이해
다형성은 제약 및 정밀 화학 산업에서 많은 결정 고체들이 보이는 일반적인 현상입니다. 연구자들은 분리 속성을 향상시키고, 다운스트림 공정 문제를 극복하며, 생체 이용률을 증대하거나 특허 충돌을 방지하기 위해 의도적으로 원하는 다형체를 결정화합니다. 현장에서 실시간으로 다형성 및 형태학적 변형을 식별하면 예기치 않은 공정 변화, 사양을 벗어나는 제품 및 값비싼 제품 재처리를 방지할 수 있습니다.
결정 속성 및 공정 성능의 최적화
과학자는 최적의 공정 효율성으로 원하는 물리적 속성의 결정 제품을 얻기 위해 고가치 화학 화합물을 재결정화합니다. 올바른 용제를 선택하고 건조 결정 제품을 확보하기까지의 이상적인 재결정화 공정 설계를 위해 7가지 단계가 필요합니다. 이러한 재결정화 가이드는 재결정화 공정 개발에 대한 단계별 절차를 설명합니다. 이 가이드는 각 재결정화 단계에서 필요한 정보가 무엇인지 그리고 중요 공정 파라미터 제어 방법을 요약합니다
결정화의 구성 요소
일반적으로 용해도 곡선은 용해도, 온도 및 용매 유형 사이의 관계를 보여주기 위해 사용됩니다. 온도에 따른 용해도를 표시함으로써 과학자들은 원하는 결정화 공정 개발에 필요한 워크프레임을 생성할 수 있습니다. 적절한 용매가 선택되면 용해도 곡선은 효율적인 결정화 공정 개발을 위한 중요한 도구가 됩니다.
결정 핵형성 및 성장을 위한 추진력
과학자 및 엔지니어는 공정 중 과포화 레벨을 신중하게 조정함으로써 결정화 공정을 제어합니다. 과포화는 결정화 핵형성 및 성장을 위한 추진력으로서 결국 최종 결정 크기 분포에 영향을 미치게 될 것입니다.
인라인 입자 크기, 모양 및 개수 측정을 통한 결정화 개선
전체 농도에서 희석이나 추출을 하지 않고 입자 크기 및 모양 변화를 추적하기 위해 공정 내 프로브 기반 기술을 적용합니다. 입자 및 결정의 변화 속도 및 정도를 실시간으로 추적하여 결정화 성능을 위해 올바른 공정 파라미터를 최적화할 수 있습니다.
결정핵 삽입 프로토콜의 설계 및 최적화로 배치 일관성 개선
결정핵 삽입은 결정화 거동을 최적화하는 데 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 결정핵 삽입 전략 설계 시, 결정핵 크기, 결정핵 로딩(질량) 및 결정핵 추가 온도와 같은 파라미터를 반드시 고려해야 합니다. 이러한 파라미터는 일반적으로 공정 반응 속도와 요구되는 최종 입자 속성을 기준으로 최적화되며 확대 및 기술 이전 시에 일정하게 유지되어야 합니다.
오일링 아웃 검출 및 방지(액체-액체 상 분리)
액체-액체 상 분리 또는 오일링 아웃(oiling out)은 결정화 공정에서 발생할 수 있는 입자 메커니즘을 검출하기 어려운 경우가 많습니다. 자세히 알아보십시오.
용매 추가로 결정 크기 및 개수를 제어하는 방법
반용매 결정화에서 용매 첨가율, 추가 위치 및 혼합은 용기나 파이프라인 내 국지성 과포화에 영향을 미칩니다. 과학자들과 엔지니어들은 반용매 추가 프로토콜 및 과포화 수준을 조정해 결정 크기 및 개수를 수정합니다.
과포화 제어로 결정 크기 및 모양 최적화
냉각 프로파일은 과포화 및 결정화 반응속도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 공정 온도는 표면이 최적화된 결정 성장이 핵형성에 대해 부합하도록 최적화됩니다. 고급 기법은 온도 제어를 제공해 과포화 및 결정 크기와 모양을 수정합니다.
교반, 투여 및 결정화의 규모 확대
결정화기에서 스케일 또는 혼합 조건을 바꿈으로써 결정화 공정의 반응 속도 및 최종 결정 크기에 직접 영향을 미칠 수 있습니다. 열 및 질량 전달 효과는 각각 과포화가 우세한 수준에서 온도 또는 농도 기울기가 비균질성을 생성할 수 있는 냉각 및 반용매 시스템을 고려할 때 중요합니다.
Recover Lactose with High Yield and Scalable Process
Lactose crystallization is an industrial practice to separate lactose from whey solutions via controlled crystallization.
Improve Crystallization Experiments with Precise Control
The MSMPR (Mixed Suspension Mixed Product Removal) crystallizer is a type of crystallizer used in industrial processes to produce high-purity crystals.
출판물
과포화에 반용매 추가를 위한 발행물
백서
결정화 공정을 이해하기 위한 동적 메커니즘의 핵심은 이제 현장 현미경으로 파악할 수 있습니다. 백서에서는 선두적인 화학 회사들이 기존의 오프라인 현미경에 대한 대안으로 어떻게 혜택을 얻을 수 있는지에 대해 설명합니다.
결정화 공정의 결과는 최종 제품의 품질에 막대한 영향을 미칩니다. 새로운 백서는 결정화에 대한 기초를 소개하며 고품질 결정화 공정 설계를 위한 가이드라인을 제시합니다.
이 백서는 공정 개발 및 제조 중 결정 크기 분포를 최적화하는 전략에 대해 논의합니다.
산업용 결정화는 화학 산업에 있어서 중요한 분리 및 정화 단계입니다. 본 백서는 제품 품질 및 수율의 개선을 위해 인라인 입자 기술을 사용하여 결정화를 이해하고 최적화 및 제어하는 방법을 알려줍니다.
결정핵 삽입은 결정화 공정을 최적화할 때 핵심 단계로서 일정한 여과율, 수율, 다형성 및 입자 크기 분포를 보장합니다. 피드백 제어를 갖춘 첨단 결정핵 삽입은 과학자가 최적의 결정핵 삽입 조건을 달성하는 데 도움을 줍니다.
결정화의 실시간 모니터링이 제시되어 공정 개발, 최적화 및 확장을 위해 분석법을 개선할 수 있는 이점을 제공합니다. 본 백서는 이러한 많은 이점을 조사하는 사례 연구를 검토함으로써 다음을 가능하게 합니다.
본 백서는 화학자들이 다음과 같이 중요한 결정화 파라미터를 최적화하는 데 사용하는 방법론을 입증합니다.온도 프로필첨가 비율순도, 여과율 및 배치 반복성을 개선하기 위한 Seeding
입도 분석법은 고품질 입자 제품의 효과적인 전달을 위해 사용됩니다. 오프라인 입도 분석기를 공정 내 입자 특성화 장비와 결합하여 공정을 최적화하고 개선합니다.
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