Hướng dẫn phát triển kết tinh
Kiểm soát tốc độ bổ sung
Với việc lập biên dạng Siêu bão hòa tại chỗ
Siêu bão hòa được tạo ra bằng cách giảm độ hòa tan của sản phẩm trong dung dịch, thông thường thực hiện bằng cách làm lạnh hoặc thêm chất chống hòa tan. Tốc độ mà tại đó một dung dịch được làm lạnh hoặc chống hòa tan được thêm trực tiếp ảnh hưởng đến mức độ siêu bão hòa.
Trong ví dụ này, các dung dịch chưa bão hoà của axit benzoic trong hỗn hợp ethanol-nước được điều chế và nước được thêm vào với tốc độ cố định tương ứng là 0,1 g / s và 0,2 g / s, ở nhiệt độ cố định là 25 ° C. Nồng độ chất lỏng được đo bằng thời gian thực bằng quang phổ FTIR tại chỗ. Trong hình bên phải, đường cong độ hòa tan cho axit benzoic trong hỗn hợp ethanol-nước với biên dạng khử siêu bão hòa cho mỗi thí nghiệm được hiển thị. Các biên dạng khử siêu bão hòa cho thấy rằng dung dịch bắt đầu trong vùng chưa bão hòa. Khi nước được thêm vào, quá trình di chuyển qua đường cong độ hòa tan vào vùng bão hòa. Nồng độ chất lỏng giảm khi tạo mầm tinh thể và ở gần đường cong độ hòa tan. Vào cuối thời kỳ bổ sung chất chống hòa tan, nồng độ chất lỏng giảm xuống đường cong độ hòa tan. Khi chất chống hòa tan được bổ sung với tốc độ nhanh hơn, mức siêu bão hòa sẽ cao hơn trong suốt quá trình - do sự tích tụ không được giải phóng đủ nhanh qua sự tăng trưởng tinh thể và tạo mầm
Tối ưu hóa các thông số quá trình
Để Kiểm soát Độ bão hòa và Kích thước
Trong thí nghiệm này, việc thay đổi các thông số quá trình và siêu bão hòa ảnh hưởng đến cả kích thước và hình dạng của tinh thể. Những hình ảnh chụp bằng công nghệ PVM (Xem hạt) vào cuối mỗi thí nghiệm minh hoạ điểm này (trình bày ở bên phải). Tốc độ bổ sung chậm tạo ra các phiến rộng, hình thành dạng kéo dài, trong khi tốc độ bổ sung nhanh tạo ra các đầu kim nhỏ dễ dàng kết tụ. Kết quả này cho thấy bằng cách thay đổi quá trình siêu bão hòa trong một hệ tinh thể, có thể điều chỉnh kích thước, hình dạng, và mức độ kết tụ của tinh thể. Điều này cũng cho thấy tầm quan trọng của sự hiểu biết và kiểm soát mức độ chiếm ưu thế của quá trình siêu bão hoà.
Ví dụ đơn giản này minh họa một nguyên tắc quan trọng:
- Để tạo ra tinh thể lớn, cần tạo ra siêu bão hòa chậm
- Để tạo ra tinh thể nhỏ, cần tạo ra siêu bão hoà nhanh
Thách thức với Siêu bão hòa
Độ tinh khiết và mở rộng quy mô
Kiểm soát tốc độ bổ sung chất chống hòa tan để kiểm soát kích thước tinh thể được hiểu rõ và thiết lập theo các nguyên tắc khoa học vững chắc. Tuy nhiên, sự phát triển và cải tiến quy trình kết tinh hiệu quả và dựa trên bằng chứng lại mang nhiều sắc thái hơn. Ví dụ, tạo ra quá trình siêu bão hòa với tốc độ nhanh có thể dẫn đến sự hình thành các tạp chất không mong muốn dưới dạng thể dầu thoáng qua (a) hoặc các hình dạng đa hình không mong muốn (b). Tương tự như vậy, trong một nỗ lực để tạo ra các tinh thể lớn, không phải lúc nào cũng hy sinh chu kỳ thời gian, có nghĩa là làm lạnh một cách chậm rất chậm hoặc tốc độ bổ sung chống hòa tan là không thể.
Tối ưu hoá kết tinh bằng cách kiểm soát siêu bão hòa
Một phương pháp được trình bày trong đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng quang phổ ATR-FTIR tại chỗ để sản xuất và kiểm soát quỹ đạo quá trình siêu bão hòa định tính.
Công nghệ Giám sát, Tối ưu hóa và Kiểm soát
Hoạt động của các đơn vị tinh thể tạo cơ hội duy nhất để nhắm mục tiêu và kiểm soát cũng như tối ưu hoá kích thước và phân bố hình dạng tinh thể 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
Các Ứng dụng
Applications For Antisolvent Addition on Supersaturation
Optimization of Crystal Properties and Process Performance
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.
Các khối xây dựng của kết tinh
Các đường cong hòa tan (hình bên phải) thường được sử dụng để minh họa mối quan hệ giữa độ hòa tan, nhiệt độ và loại dung môi. Bằng cách vẽ đồ thị nhiệt độ và độ hòa tan, các nhà khoa học tạo ra khuôn khổ cần thiết để phát triển quá trình kết tinh mong muốn. Ở đây, độ hòa tan của vật liệu nhất định trong dung môi A là cao có nghĩa là nhiều vật liệu hơn có thể được tinh thể hóa trên một đơn vị khối lượng của dung môi. Dung môi C có độ hòa tan thấp ở mọi nhiệt độ, cho thấy nó có thể là một chất chống hòa tan hữu ích cho vật liệu này
Động lực cho sự phát triển và tạo mầm tinh thể
Các nhà khoa học và kỹ sư giành quyền kiểm soát các quá trình kết tinh bằng cách điều chỉnh cẩn thận mức độ siêu bão hòa trong quá trình. Siêu bão hòa là động lực cho quá trình tạo mầm và tăng trưởng kết tinh và cuối cùng sẽ ra lệnh phân phối kích thước tinh thể cuối cùng.
Cải thiện kết tinh với kích thước hạt nội tuyến, hình dạng và số đếm
Các công nghệ dựa trên đầu dò trong quá trình được áp dụng để theo dõi sự thay đổi kích thước hạt và hình dạng ở nồng độ đầy đủ mà không cần pha loãng hoặc chiết xuất. Bằng cách theo dõi tốc độ và mức độ thay đổi của các hạt và tinh thể trong thời gian thực, các tham số quy trình chính xác cho hiệu suất kết tinh có thể được tối ưu hóa.
Thiết kế và tối ưu hóa giao thức gieo hạt để cải thiện tính nhất quán hàng loạt
Giao hạt là một trong những bước quan trọng nhất trong việc tối ưu hóa hành vi kết tinh. Khi thiết kế một chiến lược gieo hạt, các tham số như: kích thước hạt giống, tải hạt giống (khối lượng) và nhiệt độ bổ sung hạt giống phải được xem xét. Các tham số này thường được tối ưu hóa dựa trên động học quá trình và các đặc tính hạt cuối cùng mong muốn và phải duy trì nhất quán trong quá trình mở rộng quy mô và chuyển giao công nghệ.
Detect and Prevent Oiling Out (Liquid-Liquid Phase Separation)
Liquid-Liquid phase separation, or oiling out, is an often difficult to detect particle mechanism that can occur during crystallization processes.
Bổ sung dung môi có thể kiểm soát kích thước và số lượng tinh thể như thế nào
Trong quá trình kết tinh chống phá hủy, tốc độ bổ sung dung môi, vị trí bổ sung và pha trộn tác động đến quá trình siêu bão hòa cục bộ trong một tàu hoặc đường ống. Các nhà khoa học và kỹ sư sửa đổi kích thước và số lượng tinh thể bằng cách điều chỉnh giao thức bổ sung chống phá hủy và mức độ siêu bão hòa.
Kiểm soát siêu bão hòa làm tối ưu hóa kích thước và hình dạng của tinh thể
Động học kết tinh được đặc trưng bởi hai quá trình chi phối, động học tạo mầm và động học tăng trưởng, xảy ra trong quá trình kết tinh từ dung dịch. Động học hạt nhân mô tả tốc độ hình thành của một hạt nhân ổn định. Động học tăng trưởng xác định tốc độ hạt nhân ổn định phát triển thành tinh thể vĩ mô. Các kỹ thuật tiên tiến cung cấp kiểm soát nhiệt độ để sửa đổi độ siêu bão hòa và kích thước và hình dạng tinh thể.
Mở rộng quy mô khuấy trộn, định lượng, và 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
Understand Polymorphism and the Impact of Process Parameters
Crystal polymorphism describes the ability of one chemical compound to crystallize in multiple unit cell configurations, which often show different physical properties.
Create Structured, Ordered Lattices for Complex Macromolecules
Protein crystallization is the act and method of creating structured, ordered lattices for often-complex macromolecules.
Recover Lactose with High Yield and Scalable Process
Lactose crystallization is an industrial practice to separate lactose from whey solutions via controlled crystallization.
Generate Supersaturation and Determine Final Crystal Product
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).
Real-Time Monitoring for Modeling and Control
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.
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.
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.
Các đường cong hòa tan (hình bên phải) thường được sử dụng để minh họa mối quan hệ giữa độ hòa tan, nhiệt độ và loại dung môi. Bằng cách vẽ đồ thị nhiệt độ và độ hòa tan, các nhà khoa học tạo ra khuôn khổ cần thiết để phát triển quá trình kết tinh mong muốn. Ở đây, độ hòa tan của vật liệu nhất định trong dung môi A là cao có nghĩa là nhiều vật liệu hơn có thể được tinh thể hóa trên một đơn vị khối lượng của dung môi. Dung môi C có độ hòa tan thấp ở mọi nhiệt độ, cho thấy nó có thể là một chất chống hòa tan hữu ích cho vật liệu này
Các công nghệ dựa trên đầu dò trong quá trình được áp dụng để theo dõi sự thay đổi kích thước hạt và hình dạng ở nồng độ đầy đủ mà không cần pha loãng hoặc chiết xuất. Bằng cách theo dõi tốc độ và mức độ thay đổi của các hạt và tinh thể trong thời gian thực, các tham số quy trình chính xác cho hiệu suất kết tinh có thể được tối ưu hóa.
Giao hạt là một trong những bước quan trọng nhất trong việc tối ưu hóa hành vi kết tinh. Khi thiết kế một chiến lược gieo hạt, các tham số như: kích thước hạt giống, tải hạt giống (khối lượng) và nhiệt độ bổ sung hạt giống phải được xem xét. Các tham số này thường được tối ưu hóa dựa trên động học quá trình và các đặc tính hạt cuối cùng mong muốn và phải duy trì nhất quán trong quá trình mở rộng quy mô và chuyển giao công nghệ.
Trong quá trình kết tinh chống phá hủy, tốc độ bổ sung dung môi, vị trí bổ sung và pha trộn tác động đến quá trình siêu bão hòa cục bộ trong một tàu hoặc đường ống. Các nhà khoa học và kỹ sư sửa đổi kích thước và số lượng tinh thể bằng cách điều chỉnh giao thức bổ sung chống phá hủy và mức độ siêu bão hòa.
Động học kết tinh được đặc trưng bởi hai quá trình chi phối, động học tạo mầm và động học tăng trưởng, xảy ra trong quá trình kết tinh từ dung dịch. Động học hạt nhân mô tả tốc độ hình thành của một hạt nhân ổn định. Động học tăng trưởng xác định tốc độ hạt nhân ổn định phát triển thành tinh thể vĩ mô. Các kỹ thuật tiên tiến cung cấp kiểm soát nhiệt độ để sửa đổi độ siêu bão hòa và kích thước và hình dạng tinh thể.
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
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).
Ấn phẩm
Publications For The Antisolvent Addition on Supersaturation
White Papers
Để hiểu rõ hơn về về quy trình kết tinh, kính hiển vi tại chỗ được lắp đặt để quan sát quy trình kết tinh. Không chỉ là thông tin quan trọng về kích t...
Chất lượng của quy trình kết tinh ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Trang trắng mới của chúng tôi giới thiệu những quy tắc cơ bản c...
Trang trắng này thảo luận về các chiến lược để tối ưu hóa việc phân phối kích thước tinh thể khi phát triển quy trình và sản xuất.
Kết tinh công nghiệp là một bước phân tách và thanh lọc quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Trang trắng thể hiện cách mà công nghệ hạt trong dây ch...
Tạo mầm là bước chính trong việc tối ưu hóa quy trình kết tinh, bảo đảm tỷ lệ lọc, sản lượng, dạng đa hình và phân phối kích thước hạt nhỏ ổn định. Vi...
Scale-up of crystallization is notoriously complicated and companies are under pressure to develop scalable crystallization processes faster - at lowe...
Trang trắng này chứng tỏ phương pháp mà các nhà hóa học sử dụng để tối ưu hóa các thông số kết tinh quan trọng như: Hồ sơ nhiệt độ Tốc độ thêm Cơ sở đ...
Các phương pháp phân tích kích thước hạt được triển khai để mang lại các sản phẩm hạt chất lượng cao một cách hiệu quả. Việc kết hợp máy phân tích kí...
Webinars
Eric Fang của tập đoàn Snapdragon Chemistry thảo luận về cách tạo điều kiện cho việc nghiên cứu và tối ưu hóa quy trình hóa học dòng chảy liên tục. Vi...
Crystal engineering is applied when the crystal size distribution is too large to meet downstream specifications. By designing the crystallization to...
The quantitative use of in situ ATR-FTIR for real time supersaturation assessment has been extremely well defined within the literature. However, thes...
The webinar focuses on a semi-quantitative method for the optimization and scale-up of hydrodynamically limited anti-solvent crystallization process....
This webinar introduces case studies and highlights best practices used to overcome crystallization and precipitation challenges. The focus will be on...
Citations
Crystallization and precipitation citation list and publications
Các Sản phẩm liên quan
Technology For Using Antisolvent For Crystallization
ReactIR
In-situ FTIR spectrometers enable scientists to gain insight into their reactions and processes in a wide range of applications. Optimize reaction variables with inline FTIR instru...
Particle Size Analyzers
Understand, optimize, and control particles and droplets in real time with in-situ particle size analyzers.
Reaction Calorimeters
Reaction calorimeters measure the amount of energy released or absorbed by a chemical or physical reaction in chemical and pharmaceutical development.