Satskristallisationsoptimering och processdesign

Batchkristallisation är en process som används inom kemiteknik och tillverkning för att producera fasta kristaller från en flytande lösning. I denna process värms lösningen upp tills den blir övermättad, vilket innebär att den innehåller mer löst ämne än den kan hålla vid den temperaturen. När lösningen svalnar börjar överskottet av löst ämne att kristallisera ut ur lösningen och bilda fasta kristaller. Denna process görs vanligtvis i omgångar, där kristallerna separeras från den återstående lösningen och torkas innan nästa sats startas. Batchkristallisation används för att producera ett brett utbud av produkter, inklusive läkemedel, livsmedelstillsatser och industrikemikalier.

I allmänhet kan batchkristallisatorer klassificeras som antingen kontinuerliga eller batchkristalliserare. En satskristallisator är ett kristallisationskärl som innebär tillsats av en fast mängd lösta ämnen till kärlet, följt av kristallisationsprocessen tills den önskade kristallprodukten erhålls. Till skillnad från en kontinuerlig kristalliserare tillsätts inte lösta ämnen kontinuerligt, och kristallprodukter avlägsnas inte kontinuerligt. Dessutom är satskristallisatorer inte lika jämnt blandade, och temperatur- och koncentrationsförhållandena kan variera under kristallisationsprocessen. 

Kontinuerliga kristallisationsuppställningar är vanligtvis mindre i storlek och möjliggör sömlös tillsats av lösta ämnen och lösningsmedel medan kristallprodukten kan flöda ut kontinuerligt utan avbrott. Kontinuerliga kristallisationsprocesser erbjuder den unika förmågan att hantera högre koncentrationer av lösta ämnen, såväl som effektivare kristallisation på grund av deras överlägsna värmeöverföringsegenskaper jämfört med satskristallisatorer. På detta sätt anses en kontinuerlig kristallisator vara ett verktyg som stöder flödesinducerad kristallisation.

En väldesignad batchkristallisationsprocess är en process som framgångsrikt kan skalas upp till produktionsskala - vilket ger den önskade kristallstorleksfördelningen, utbytet, formen och renheten.

Att upprätthålla tillräcklig kontroll av kristallisatorns temperatur (eller lösningsmedelssammansättning) är den mest grundläggande förutsättningen för en framgångsrik optimering av satskristallisation. Syntesarbetsstationer i kombination med FBRM- och PVM-kristallövervakning säkerställer en tydlig förståelse för hur förändringar i grundläggande processvariabler direkt påverkar kristallprodukten. Mer avancerad processutveckling, som involverar sådd och partikelteknik, kommer bara att lyckas om vi kan kontrollera dessa underliggande kritiska kristallisationsprocessparametrar.

En mer avancerad design av en optimerad kristallisationsprocess går ännu längre och kräver en förståelse för processkartan (löslighet och bestämning av metastabil zonbredd) och kontroll av den drivande kraften (övermättnad) av kristallisationen.