В чем разница между периодической и непрерывной кристаллизацией?

Периодическая и непрерывная кристаллизация — это два разных метода производства твердых материалов, при этом периодическая кристаллизация — это прерывистый процесс, который контролируется путем регулировки различных параметров, а непрерывная кристаллизация — это непрерывный процесс, который контролируется путем регулировки скоростей подачи и расхода. Непрерывная кристаллизация, как правило, более эффективна и дает более однородные кристаллы, но требует специализированного оборудования. Основные различия между периодической и непрерывной кристаллизацией заключаются в следующем: Процесс: Периодическая кристаллизация является прерывистым процессом, что означает, что процесс кристаллизации осуществляется одной партией, начиная с жидкого раствора, затем охлаждение или выпаривание раствора для вызова кристаллизации и, наконец, отделение кристаллов от маточного раствора. В отличие от этого, непрерывная кристаллизация является непрерывным процессом, что означает, что жидкий раствор непрерывно подается в кристаллизатор, а кристаллы непрерывно отделяются от маточного раствора. Контроль: При периодической кристаллизации процесс контролируется путем регулировки таких параметров, как температура, концентрация и перемешивание, которые может быть трудно поддерживать последовательно от партии к партии. В отличие от этого, непрерывной кристаллизацией можно легче управлять, регулируя скорость подачи, скорость потока и время пребывания в кристаллизаторе, которые можно контролировать и регулировать в режиме реального времени. Эффективность: Непрерывная кристаллизация, как правило, более эффективна, чем периодическая кристаллизация, поскольку она позволяет получить более высокий выход продукта за более короткий промежуток времени. Кроме того, непрерывная кристаллизация может привести к более однородным размерам и формам кристаллов, что может быть важно для определенных областей применения. Оборудование: Для периодической кристаллизации обычно требуются более крупные емкости для размещения всей партии, в то время как непрерывная кристаллизация может быть выполнена в меньших емкостях с возможностью увеличения или уменьшения масштаба по мере необходимости.

В чем разница между охлаждением и испарительной кристаллизацией?

Охлаждение и испарительная кристаллизация являются двумя распространенными методами отделения твердых материалов от жидкого раствора. Кристаллизация с охлаждением включает охлаждение раствора до температуры ниже точки насыщения растворенного вещества, в то время как кристаллизация с испарением включает нагревание раствора для испарения растворителя и увеличения концентрации растворенного вещества. Выбор между двумя методами зависит от таких факторов, как растворимость растворенного вещества, содержание примесей и требуемое потребление энергии. Основные различия между охлаждением и испарительной кристаллизацией заключаются в следующем: Принцип: Кристаллизация с охлаждением основана на принципе, согласно которому растворимость вещества уменьшается при снижении температуры раствора. В этом процессе жидкий раствор охлаждается до такой степени, что концентрация растворенного вещества превышает точку насыщения, что приводит к образованию кристаллов. С другой стороны, испарительная кристаллизация основана на принципе, согласно которому растворимость вещества уменьшается по мере уменьшения концентрации растворителя из-за испарения. В этом процессе жидкий раствор нагревается для испарения растворителя, и по мере увеличения концентрации растворенного вещества в растворе начинают образовываться кристаллы. Температура: При кристаллизации с охлаждением жидкий раствор охлаждается до температуры ниже точки насыщения растворенного вещества, что может быть достигнуто различными методами охлаждения, такими как теплообменники или холодильные системы. Напротив, при испарительной кристаллизации жидкий раствор нагревают для увеличения концентрации растворенного вещества до тех пор, пока растворитель не испарится, оставляя после себя концентрированный раствор, который в конечном итоге образует кристаллы. Потребление энергии: Кристаллизация с охлаждением обычно требует меньше энергии, чем кристаллизация с испарением, поскольку процесс охлаждения может быть достигнут с помощью простых методов охлаждения. Напротив, испарительная кристаллизация требует больше энергии, поскольку растворитель должен испаряться, что требует дополнительного подвода тепла. Чистота: Испарительная кристаллизация, как правило, более эффективна, чем охлаждающая кристаллизация, при отделении примесей от кристаллического продукта, поскольку примеси остаются в концентрированном растворе, который удаляется в процессе выпаривания. Напротив, кристаллизация при охлаждении с большей вероятностью приведет к внесению примесей в кристаллический продукт.

Какой тип кристаллизатора чаще всего используется в фармацевтической промышленности?

В фармацевтической промышленности для обеспечения непрерывного производства чаще всего используются реакторы MSMPR и реакторы с пробковым потоком. Узнайте больше о химии в непрерывном потоке. Помимо MSMPR существует еще несколько типов кристаллизаторов, некоторые из которых: Кристаллизаторы непрерывного действия : работают в непрерывном режиме и подходят для процессов, требующих большого количества продукта Кристаллизаторы периодического действия : работают в периодическом режиме и подходят для процессов, требующих небольшого количества продукта Охлаждающие кристаллизаторы: полагаются на охлаждение для получения кристаллов и используются в процессах, где продукт хорошо растворяется в растворителе Испарительные кристаллизаторы: полагаются на выпаривание для получения кристаллов и используются в процессах, где продукт не очень хорошо растворяется в растворителе Вакуумные кристаллизаторы: работают в условиях вакуума и используются в процессах, где продукт чувствителен к нагреванию Кристаллизаторы с вихревыми трубками: используйте вращающуюся трубку для создания закрученного потока пересыщенного раствора, который способствует росту кристаллов Кристаллизаторы с вытяжной трубкой: используйте вытяжную трубку и ряд перегородок для контроля роста кристаллов и обеспечения однородности размера кристаллов Кристаллизаторы в кипящем слое: суспендирование кристаллов в кипящем слое для стимулирования роста кристаллов и предотвращения агломерации Кристаллизаторы с носиком: используйте слой с носиком, чтобы стимулировать рост кристаллов и предотвратить агломерацию

Кристаллизатор MSMPR

Что такое кристаллизатор MSMPR?

Кристаллизатор со смешанной суспензией и удалением смешанных продуктов (MSMPR) предпочтительно подходит для непрерывной кристаллизации, поскольку его использование может привести к повышению выхода, снижению производственных затрат и улучшению качества продукции. Его важность заключается в способности поддерживать постоянную суспензию кристаллов в жидкой фазе, что способствует равномерному росту кристаллов и предотвращает образование обрастания и образования накипи.

Кристаллизатор MSMPR непрерывно удаляет кристаллы и маточный раствор из кристаллизатора, который фильтруется и возвращается в кристаллизатор. Кристаллизатор MSMPR позволяет производить кристаллы определенного размера и формы, что делает его идеальным для использования в фармацевтической, химической и пищевой промышленности, где чистота конечного продукта имеет решающее значение.

Как работает кристаллизатор MSMPR?

Процесс кристаллизации MSMPR включает в себя суспензию затравочных кристаллов в пересыщенном растворе, который непрерывно перемешивается для поддержания однородной концентрации кристаллов по всему реактору. Этот процесс также включает в себя непрерывное удаление кристаллов из реактора для предотвращения чрезмерного роста и поддержания узкого распределения по размерам.

Основной принцип работы кристаллизатора MSMPR можно резюмировать следующим образом:

Пересыщенный раствор растворенного вещества готовят, как правило, путем растворения растворенного вещества в растворителе при высокой температуре, а затем охлаждения раствора до более низкой температуры для достижения пересыщения.
В пересыщенный раствор добавляют кристаллы затравки, чтобы инициировать рост кристаллов. Затравочные кристаллы действуют как места зародышеобразования, на которых растворенное вещество может кристаллизоваться.
Смесь затравочных кристаллов и пересыщенного раствора непрерывно перемешивается, чтобы предотвратить образование крупных кристаллов и поддерживать однородную концентрацию кристаллов по всему реактору.
Кристаллы непрерывно удаляются из реактора с помощью фильтра или центрифуги для предотвращения чрезмерного роста и поддержания узкого распределения по размерам. Затем удаленные кристаллы промывают и сушат для получения конечного продукта.

Ключевым преимуществом кристаллизатора MSMPR является то, что он позволяет получать кристаллы высокой чистоты с узким распределением по размерам. Благодаря непрерывному смешиванию и удалению продукта процессы основаны на времени, а не объеме, что обеспечивает эффективное производство и масштабируемость.

Основные характеристики кристаллизаторов MSMPR

Кристаллизатор MSMPR имеет ряд преимуществ по сравнению с другими кристаллизаторами:

Непрерывная работа: кристаллизатор MSMPR работает непрерывно и эффективно, поддерживая постоянную суспензию кристаллов в жидкой фазе.
Смешанная суспензия: Поддерживая постоянную суспензию кристаллов, кристаллизатор MSMPR способствует равномерному росту кристаллов и предотвращает загрязнение и образование накипи.
Удаление смешанных продуктов: кристаллы и маточный раствор непрерывно удаляются, фильтруются, а затем возвращаются в кристаллизатор, что снижает отходы и потребление энергии.
Точный контроль размера и формы кристаллов: кристаллизатор MSMPR обеспечивает точный контроль размера и формы кристаллов, что делает его идеальным для использования в отраслях, где чистота и однородность конечного продукта имеют решающее значение.
Высокий выход и снижение производственных затрат: Использование кристаллизаторов MSMPR может привести к повышению выхода и снижению производственных затрат благодаря эффективному использованию материалов и возможности получения кристаллов определенного размера и формы.

Кристаллизаторы MSMPR

Автоматизированные лабораторные реакторы для исследований кристаллизации

Автоматизированные лабораторные реакторы EasyMax™ и OptiMax™ могут быть сконфигурированы для использования в качестве кристаллизаторов периодического действия, непрерывного действия или MSMPR, что позволяет исследователям получить максимальную отдачу от своего оборудования и обеспечивает гибкость для различных областей применения.

Эти простые в использовании платформы точно выполняют рецептуры и точно контролируют параметры реакции, что приводит к высокой воспроизводимости реакций. Экспериментальные процедуры можно проводить круглосуточно, автоматически записывая данные и готовя их к мгновенному обмену.

Кинетика кристаллизации от кристаллизаторов MSMPR

Вебинар по запросу

Марта Гровер из Технологического института Джорджии представляет технологическую модель пилотной установки, которая включала в себя реактор-кристаллизатор MSMPR путем объединения соответствующих моделей реакции и кинетики кристаллизации, основанных на аналитических технологиях процессов (PAT) на месте. Затем моделирование процесса было использовано для оценки взаимодействия между различными атрибутами процесса. На следующем этапе пилотная установка с питательными резервуарами, Для непрерывного производства кристаллов бета-лактамного антибиотика были построены реактор-кристаллизатор МСМПР, сепаратор и фильтрационная установка.

Кристаллизационные рабочие станции MSMPR

Мониторинг, моделирование и управление процессами кристаллизации

МЕТТЛЕР ТОЛЕДО — ведущий поставщик прецизионных приборов и оборудования, в том числе кристаллизаторов MSMPR лабораторного масштаба. Наряду с различными конфигурируемыми кристаллизаторами и реакторами MSMPR могут быть интегрированы инструменты PAT в режиме реального времени для облегчения непрерывных исследований кристаллизации :

Анализаторы размера частиц: Встроенная система определения характеристик частиц имеет важное значение для успешной разработки процесса кристаллизации, поскольку она позволяет непрерывно контролировать размер, форму и количество частиц in situ, обеспечивая немедленное понимание процесса, и напрямую связывать параметры процесса с механизмами обработки частиц, чтобы избежать технологических рисков и быстрее производить более качественные частицы. Совместимость кристаллизаторов MSMPR с зондовыми анализаторами размера частиц, такими как EasyViewer™ и ParticleTrack™ , позволяет ученым создавать контуры управления с обратной связью для управления размером частиц или охлаждения с контролем подсчета. Эта система также позволяет регулировать норму дозирования антирастворителей для снижения нежелательного образования частиц, таких как избыточные мелкие частицы.
ИК-Фурье и рамановские спектрометры: кристаллизаторы MSMPR могут быть сопряжены с приборами для спектроскопии in situ, такими как ReactIR™ и ReactRaman™ , для получения информации о концентрации раствора, пересыщении и форме кристаллов в режиме реального времени во время процессов кристаллизации. Эта технология позволяет исследователям получить более глубокое понимание основных механизмов кристаллизации MSMPR, что приводит к повышению производительности процесса и качества кристаллов.
Отбор проб химических реакций: автоматизированный и автоматический отбор проб обеспечивает высококачественные образцы днем и ночью для стандартного автономного анализа, такого как ВЭЖХ. EasySampler™ с EasyFrit позволяет проводить селективный отбор проб фазы раствора, несмотря на наличие взвешенных частиц.
Программное обеспечение для моделирования: Достижение основных атрибутов качества при кристаллизации требует надлежащего проектирования, поскольку многочисленные факторы взаимодействуют друг с другом, влияя на размер кристалла, распределение частиц по размерам, полиморфизм и другие свойства. Программное обеспечение для моделирования Dynochem® использует данные аналитических измерений в автономном режиме и на месте для определения характеристик растворимости и кинетики кристаллизации , которые могут быть применены для прогнозирования непрерывной кристаллизации в многоступенчатых MSMPR, обеспечения более эффективного проектирования и эксплуатации кристаллизаторов, а также упрощения оптимизации затравки и масштабирования.

Вклад МЕТТЛЕР ТОЛЕДО в области кристаллизации MSMPR привел к улучшению управления технологическим процессом, ускорению разработки процессов и повышению качества кристаллов, что делает их незаменимыми технологиями для широкого спектра применений в различных отраслях промышленности.

Соображения о рисках при разработке системы непрерывной кристаллизации карбамазепина

Рекомендуемое приложение

Янг, Х., Асеведо, Д., Мохаммад, А., Павурала, Н., Ву, Х., Брайтон, А. Л., Шоу, Р. А., Голдман, М. Дж., Хе, Ф., Ли, С., Фишер, Р. Дж., О'Коннор, Т. Ф., и Круз, К. Н. (2017). Соображения риска при разработке системы непрерывной кристаллизации карбамазепина. Исследования и разработки в области органических процессов, 21(7), 1021–1033. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00130

Непрерывное производство (CM) — это новая технология в фармацевтическом секторе, и понимание ее влияния на качество продукции развивается. Являясь заключительным этапом очистки и выделения, кристаллизация оказывает значительное влияние на конечные физико-химические свойства лекарственных веществ и считается важнейшим этапом технологического процесса для обеспечения непрерывного производства лекарственных веществ. Несмотря на то, что многие публикации ранее были сосредоточены на различных инновационных методах непрерывного получения кристаллов с заданными свойствами, инженерные сложности, такие как проектирование систем, автоматизация и интеграция с инструментами процессно-аналитической технологии (PAT), подробно не обсуждались. Здесь исследователи сосредотачиваются на том, как разработать систему непрерывной кристаллизации с точки зрения технологического проектирования и связанных с этим рисков для качества продукции.

В частности, они описывают автоматизированную двухступенчатую платформу кристаллизации со смешанной суспензией и удалением смешанных продуктов (MSMPR) для модельного соединения (карбамазепина, CBZ), которое демонстрирует множественные полиморфы. Процесс кристаллизации включает в себя интеграцию инструментов PAT (онлайн-микроскопия комбинационного рассеяния света и измерение отражения сфокусированного луча - FBRM) для мониторинга в режиме реального времени.

Был проведен ряд тематических исследований для оценки производительности непрерывной системы и инструментов PAT. В частности, схемы чертежей, транспортировка суспензии и вариации переменных процесса рассматриваются как три ключевые области риска для непрерывного развития процесса кристаллизации. Экспериментальная система непрерывной кристаллизации использует управление с обратной связью/прямой связью для достижения постоянных уровней в кристаллизаторах, централизованную программу автоматизации и мониторинг PAT для полиморфов и распределения частиц по размерам (рамановская и FBRM).

Данная система исследовательской шкалы может быть использована для оценки концепций разработки стратегии управления и технологических рисков. В настоящее время в системе успешно продемонстрировано выполнение двухступенчатой кристаллизации ББЗ с охлаждением. Предварительные исследования показывают, что основой для работы может служить система контроля уровня с конфигурацией удаления суспензии снизу и системой переменной фильтрации.