Otimização de cristalização em lote e projeto de processo

A cristalização em lote é um processo usado em engenharia química e fabricação para produzir cristais sólidos a partir de uma solução líquida. Nesse processo, a solução é aquecida até ficar supersaturada, o que significa que contém mais soluto do que pode reter nessa temperatura. À medida que a solução esfria, o excesso de soluto começa a cristalizar para fora da solução, formando cristais sólidos. Esse processo é normalmente feito em lotes, com os cristais sendo separados da solução restante e secos antes do início do próximo lote. A cristalização em lote é usada para produzir uma ampla gama de produtos, incluindo produtos farmacêuticos, aditivos alimentares e produtos químicos industriais.

Em geral, os cristalizadores em batelada podem ser classificados como cristalizadores contínuos ou em batelada. Um cristalizador em batelada é um recipiente de cristalização que envolve a adição de uma quantidade fixa de solutos ao recipiente, seguido pelo processo de cristalização até que o produto cristalino desejado seja obtido. Ao contrário de um cristalizador contínuo, os solutos não são adicionados continuamente e os produtos cristalinos não são removidos continuamente. Além disso, os cristalizadores em lote não são misturados de maneira uniforme e as condições de temperatura e concentração podem variar durante o processo de cristalização. 

As configurações de cristalização contínua são normalmente menores em tamanho e permitem a adição contínua de solutos e solventes, enquanto o produto cristalino pode fluir continuamente sem interrupção. Os processos de cristalização contínua oferecem a capacidade única de lidar com concentrações mais altas de soluto, bem como cristalização mais eficiente devido às suas propriedades superiores de transferência de calor em comparação com os cristalizadores em lote. Desta forma, um cristalizador contínuo é considerado uma ferramenta de suporte à cristalização induzida por fluxo.

Um processo de cristalização em lote bem projetado é aquele que pode ser dimensionado com sucesso para a escala de produção - fornecendo a distribuição de tamanho de cristal, rendimento, forma e pureza desejados.

Manter o controle adequado da temperatura do cristalizador (ou composição do solvente) é o pré-requisito mais básico para a otimização bem-sucedida da cristalização em lote. As estações de trabalho de síntese em combinação com o monitoramento de cristal FBRM e PVM garantem uma compreensão clara de como as mudanças nas variáveis fundamentais do processo afetam diretamente o produto cristalino. O desenvolvimento de processos mais avançados, envolvendo semeadura e engenharia de partículas, só será bem-sucedido se formos capazes de controlar esses parâmetros críticos subjacentes do processo de cristalização.

Um projeto mais avançado de um processo de cristalização otimizado vai ainda mais longe, exigindo uma compreensão do mapa do processo (solubilidade e determinação da largura da zona metaestável) e controle da força motriz (supersaturação) da cristalização.