連續(xù)震蕩擋板結(jié)晶儀介紹
結(jié)晶是使過飽和溶液析出晶體的過程,,影響結(jié)晶的因素主要分為理論因素和環(huán)境因素,,而且兩者是互相影響的,,比如理論上的介穩(wěn)區(qū)寬度直接決定工藝的降溫過程,,但實際的降溫過程直接影響溶解度的變化,,進而影響晶核的形成,,理論和環(huán)境相互作用決定了晶體產(chǎn)品的尺寸形貌等,,而這些又決定了產(chǎn)品的性能,如材料的功能性,,藥品的生物利用度,,催化劑的表面活性,食品的紋理,。
圖1 降溫結(jié)晶路線圖
圖1是經(jīng)典的降溫結(jié)晶路徑,,首先不飽和溶液經(jīng)過降溫變成飽和溶液,繼續(xù)降溫進入介穩(wěn)區(qū),,繼續(xù)降溫進入超飽和區(qū),,就會引起爆發(fā)成核,這個是一瞬間的過程,,極難控制,。因此結(jié)晶的關(guān)鍵就在于介穩(wěn)區(qū)的控制。但是物質(zhì)的超溶解度在熱力學(xué)和動力學(xué)上都不是固定不變的,,它與多種因素相關(guān),,而且生產(chǎn)放大依賴于規(guī)模參數(shù),因此大介穩(wěn)區(qū)寬度是不固定的,,需要非常精細的條件優(yōu)化探索,。
目前工業(yè)上結(jié)晶多使用的傳統(tǒng)的攪拌反應(yīng)釜,他主要存在兩個問題,,分別是混合濃度梯度和溫度梯度,。濃度梯度直接影響超溶解度梯度,而溫度梯度就直接影響介穩(wěn)區(qū)寬度和結(jié)晶路徑,,兩者都會導(dǎo)致晶型多樣性,,甚至造成尺寸形貌不一致。
圖2液體不同流動狀態(tài)速率分布曲線圖
一般流體的流動狀態(tài)分為層流(Laminar flow),湍流( Turbulent flow)和活塞流(Plug flow),,從圖中明顯看出在活塞流狀態(tài)時,,管道內(nèi)的流體速率*一致,因此活塞流是理想的傳質(zhì)方式,,然而實際上傳統(tǒng)的反應(yīng)結(jié)晶釜的流動狀態(tài)都是層流狀態(tài),,傳質(zhì)非常不均勻。理論證明多個連續(xù)反應(yīng)釜(大于20個)串聯(lián)時可以達到活塞流狀態(tài)的,,倪特科連續(xù)結(jié)晶儀(圖3左和中)配有活塞推拉裝置,,管道內(nèi)部有多個擋板,而且兩個擋板之間可以形成一個小的反應(yīng)釜,,倪特科 DN15小型號的總管長是7m,,每兩個擋板之間的距離約為2 cm,那么一套DN15小型號的設(shè)備相當于是350個反應(yīng)釜串聯(lián),,再加上活塞的推拉的主動混合,使流體以漩渦流形式進行充分混合,,實際混合效果如圖3右,。
倪特科連續(xù)結(jié)晶儀可以控溫解決溫度梯度問題,因為結(jié)晶儀的整個管路都是夾套設(shè)置,,可以通過玻璃管夾套的隔離或串聯(lián)靈活設(shè)置溫區(qū),,實現(xiàn)多種類型的降溫曲線,另外,,設(shè)備上設(shè)置了多處PAT插口,,可以兼容實驗室工藝開發(fā)的一切PAT工具。
倪特科連續(xù)震蕩擋板結(jié)晶儀的兩大優(yōu)點是縮小反應(yīng)器體積,,直接放大生產(chǎn)和縮短工藝時間,,表 1和表2 分別從以上兩方面將Nitech連續(xù)震蕩擋板結(jié)晶儀和傳統(tǒng)釜式攪拌結(jié)晶儀進行了對比。在保持相同的產(chǎn)品純度和日產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,,倪特科結(jié)晶儀的反應(yīng)器體積縮小了約50倍,,廠房占用空間縮小了約40倍,而且多種工藝時間都大幅度縮小,。
| 攪拌結(jié)晶儀 | 倪特科結(jié)晶儀 |
反應(yīng)器體積(L) | 16000 | 270 |
廠房空間(m3) | 1200 | 33 |
產(chǎn)率(%) | 83 | 89 |
產(chǎn)品純度(%) | 99.5 | 99.5 |
日產(chǎn)量(kg) | 180 | 180 |
工藝 | 攪拌結(jié)晶儀 | 倪特科結(jié)晶儀 |
精細化工 | 6 h | 30 min |
聚合物 | 8 h | 45 min |
特殊化學(xué)品 | 12 h | 40 min |
API一步反應(yīng) | 10 h | 20 min |
糖基產(chǎn)物 | 30 min | 15 min |
固化反應(yīng) | 1 h | 10 s |