- Home
-
Producten & Oplossingen
-
Industrieën & afdelingen
- Vind producten via branches
- Chemische industrie
- Farmaceutica & biotechnologie
- Voedingsmiddelen en dranken
- Onderwijs en overheid
- Laboratoria en gezondheidsinstituten
- Metaal, kunststoffen en elektronische componenten
- Grondstoffen en juwelen
- Pulp, papier en textiel
- Engineering, machinebouw en systeemintegrators
- Transport en logistiek
- Nutsbedrijven en gemeenten
- Retail
- Find Products by Workplaces
- Onderzoek en ontwikkeling
- Techniek, Procesontwikkeling & Verhogen
- Laboratorium, Inspectie & Kwaliteitscontrole
- Ontvangst & Opslag
- Productie en verwerking
- Verpakking & Vullen
- Logistiek, Post & Verzending
- Onderhoud & Service
- IT / Information Technology
- Retail
- Water, Energie & Nutsbedrijven
- Diensten & Ondersteuning
- Over ons
- Neem contact met ons op
|
|
Karakterisering van antisolventkristallisatie tijdens het proces
- Zorg voor een snelle en efficiënte opschaling door de kristallisatie in een vroege ontwikkelingsfase te optimaliseren
- Werk met doelgerichte specificaties voor de deeltjesgrootte voor een snellere downstream verwerking
- Proceshulpmiddelen verbeteren de productiviteit en veiligheid door de noodzaak van monstername en offline metingen te elimineren
Downloaden:
Abstract
Proceshulpmiddelen bieden een beter inzicht en zorgen voor een snellere karakterisering en ontwikkeling van de kristallisatieprocessen. Door de effectieve toepassing van proceshulpmiddelen kunnen kristallisatieprocessen in real-time worden gemonitord, zonder dat er monsters hoeven te worden genomen. Het nemen van monsters kost vaak veel tijd en is niet representatief, vooral bij kristallisatiesystemen waarbij monsters zich snel kunnen wijzigen vanwege nucleatie, groei, agglomeratie en afbrokkeling, zodra ze uit het kristallisatievat zijn gehaald. Proceshulpmiddelen kunnen ook worden ingezet voor een grote reeks toepassingen, waardoor het mogelijk is om kristallisatie-experimenten in het lab te vergelijken met de partijen verkregen van de proefinstallatie of van kristallisatoren op productieschaal. Dit is vooral van belang als door de verandering van de mengcondities tussen lab- en productieschaal een effectieve opschaling moeilijk wordt, en daardoor dus ook de optimalisatie van de productieprocessen.
In dit onderzoek wordt de impact van de toevoegingsnelheid van antisolventen op de kristalgrootte en morfologie beoordeeld door middel van experimenten op basis van de kristallisatie zonder groeikernen van benzoëzuur in een mengsel van ethanol en water, waarbij water als de antisolvent dienst doet. Het resultaat van twee experimenten wordt in samengevatte vorm gepresenteerd, een met een "hogere" toevoegingsnelheid van het antisolvent van 0,2 gs-1 en een met een "lagere" toevoegingsnelheid van het antisolvent van 0,1 gs-1. De oververzadiging werd door middel van ReactIRTM gecontroleerd en was ongeveer tweemaal zo groot bij de hoge toevoegingsnelheid vergeleken met de lage. Lasentec® FBRM®-distributies wijzen op het feit dat een hoge toevoegingsnelheid voor beduidend kleinere kristallen zorgt vergeleken met de lage. Lasentec® PVM®-beelden bevestigen deze bevindingen en geven aan dat met een hogere toevoegingsnelheid de kristallen meestal kleiner en naaldvormig zijn en een duidelijke agglomeratie vertonen.
Proceshulpmiddelen bieden een beter inzicht en zorgen voor een snellere karakterisering en ontwikkeling van de kristallisatieprocessen. Door de effectieve toepassing van proceshulpmiddelen kunnen kristallisatieprocessen in real-time worden gemonitord, zonder dat er monsters hoeven te worden genomen. Het nemen van monsters kost vaak veel tijd en is niet representatief, vooral bij kristallisatiesystemen waarbij monsters zich snel kunnen wijzigen vanwege nucleatie, groei, agglomeratie en afbrokkeling, zodra ze uit het kristallisatievat zijn gehaald. Proceshulpmiddelen kunnen ook worden ingezet voor een grote reeks toepassingen, waardoor het mogelijk is om kristallisatie-experimenten in het lab te vergelijken met de partijen verkregen van de proefinstallatie of van kristallisatoren op productieschaal. Dit is vooral van belang als door de verandering van de mengcondities tussen lab- en productieschaal een effectieve opschaling moeilijk wordt, en daardoor dus ook de optimalisatie van de productieprocessen.
In dit onderzoek wordt de impact van de toevoegingsnelheid van antisolventen op de kristalgrootte en morfologie beoordeeld door middel van experimenten op basis van de kristallisatie zonder groeikernen van benzoëzuur in een mengsel van ethanol en water, waarbij water als de antisolvent dienst doet. Het resultaat van twee experimenten wordt in samengevatte vorm gepresenteerd, een met een "hogere" toevoegingsnelheid van het antisolvent van 0,2 gs-1 en een met een "lagere" toevoegingsnelheid van het antisolvent van 0,1 gs-1. De oververzadiging werd door middel van ReactIRTM gecontroleerd en was ongeveer tweemaal zo groot bij de hoge toevoegingsnelheid vergeleken met de lage. Lasentec® FBRM®-distributies wijzen op het feit dat een hoge toevoegingsnelheid voor beduidend kleinere kristallen zorgt vergeleken met de lage. Lasentec® PVM®-beelden bevestigen deze bevindingen en geven aan dat met een hogere toevoegingsnelheid de kristallen meestal kleiner en naaldvormig zijn en een duidelijke agglomeratie vertonen.
Inleiding
Er werden onderverzadigde oplossingen van benzoëzuur in waterige ethanoloplossingen voorbereid en op een constante temperatuur van 25ºC gehouden. Benzoëzuur is een organische samenstelling die slecht in water oplosbaar is, maar oplosbaar in ethanol zonder polymorfisme, voor zover uit de literatuur bekend is. Het water werd toegevoegd op een vaste snelheid van respectievelijk 0,1 gs-1 en 0,2 gs-1 en de resulterende kristallisatie werd gemonitord door middel van in situ procesanalytische hulpmiddelen. Lasentec® FBRM® en PVM® werden gebruikt om de kristallijn solide fase te volgen en ReactIRTM (ATR-FTIR-spectroscopie) werd gebruikt om de vloeibare fase, ofwel de oververzadiging te monitoren. De experimenten werden uitgevoerd in een LabMax®-vat met automatische programmering en regeling van de temperatuur en van de toevoegingsnelheid van het antisolvent.
Er werden onderverzadigde oplossingen van benzoëzuur in waterige ethanoloplossingen voorbereid en op een constante temperatuur van 25ºC gehouden. Benzoëzuur is een organische samenstelling die slecht in water oplosbaar is, maar oplosbaar in ethanol zonder polymorfisme, voor zover uit de literatuur bekend is. Het water werd toegevoegd op een vaste snelheid van respectievelijk 0,1 gs-1 en 0,2 gs-1 en de resulterende kristallisatie werd gemonitord door middel van in situ procesanalytische hulpmiddelen. Lasentec® FBRM® en PVM® werden gebruikt om de kristallijn solide fase te volgen en ReactIRTM (ATR-FTIR-spectroscopie) werd gebruikt om de vloeibare fase, ofwel de oververzadiging te monitoren. De experimenten werden uitgevoerd in een LabMax®-vat met automatische programmering en regeling van de temperatuur en van de toevoegingsnelheid van het antisolvent.
Resultaten en discussie
In figguur 2 (a) staan de concentratieprofielen weergegeven voor zowel de toevoegingsnelheden als de oplosbaarheidcurve van benzoëzuur in een mengsel van ethanol en water. Het concentratieprofiel toont aan dat de oplossing in de onderverzadigde regio begint en oververzadigd wordt wanneer er water wordt toegevoegd. In elk geval is de metastabele zone smal met een iets bredere metastabele zone bij de hoge toevoegingsnelheid. De concentratie wordt lager na kristalnucleatie en blijft in de buurt van de oplosbaarheidcurve. Aan het einde van de toevoegingperiode van het antisolvent daalt de concentratie tot het niveau van de oplosbaarheidcurve. Het voornaamste oververzadigingniveau is duidelijk in figuur 2(b) te zien, aan de weergave van de antisolventconcentratie vergeleken met oververzadiging. Het blijkt dat hoe hoger de toevoegingsnelheid, des te groter de oververzadiging. Dit is belangrijke informatie, omdat oververzadiging de aanzet is voor kristallisatie en van invloed is op de nucleatie en de groeisnelheden. Verschillende oververzadigingniveaus zorgen gewoonlijk voor eindproducten van verschillende grootte. In dit geval is het met Lasentec® FBRM® en PVM® mogelijk om de distributieverschillen te kwantificeren.
In figuur 3 ziet u de Lasentec® FBRM®-distributies aan het einde van het experiment voor de hoge en lage toevoegingsnelheden. Het is duidelijk dat een hoge toevoegingsnelheid voor veel meer fijn materiaal heeft gezorgd en dat de lage toevoegingsnelheid grotere kristallen heeft voortgebracht. Het verschil kan worden gekwantificeerd door de gemiddelde FBRM®-distributies te onderzoeken. Bij een lage toevoegingsnelheid is de gemiddelde waarde 39 μm, vergeleken met 30 μm voor de hoge toevoegingsnelheid, wat een stijging is van nagenoeg 30%. Zoals verwacht, hebben de lagere toevoegingsnelheid en de resulterende lagere oververzadigingniveaus ervoor gezorgd dat groei in plaats van nucleatie werd gestimuleerd, waardoor er grotere eindkristallen werden gevormd. De hoge toevoegingsnelheid en de resulterende hoge oververzadigingniveaus stimuleren de nucleatie in plaats van groei, met als gevolg een kleinere gemiddelde kristalgrootte
Extra informatie kan uit hetzelfde experiment worden gehaald door de Lasentec® PVM®-beelden te onderzoeken. In figuur 4 staan de PVM® -beelden voor beide toevoegingsnelheden. Het is duidelijk dat de hoge toevoegingsnelheid resulteert in opeengehoopt fijn materiaal, terwijl de lage toevoegingsnelheid resulteert in grote goedgevormde naaldvormige kristallen. Deze informatie is waardevol, omdat overmatige opeenhoping zuiverheidproblemen kan veroorzaken en problemen in de filterfase, omdat deze opeenhoping kan afbrokkelen
Conclusie
Deze toepassingsinformatie geeft duidelijk aan dat er uitstekende informatie in real-time kan worden verzameld voor de karakterisering van kristallisatiesystemen. In dit geval werd de impact van de toevoegingsnelheid op de deeltjesgrootte en morfologie bestudeerd en werd het mechanisme voor het opgemerkte verschil bepaald: een grotere oververzadiging bij een hogere toevoegingsnelheid. De gevolgen van andere procesparameters, zoals bedrijfstemperatuur, mengprocedure, het gebruikte antisolvent, de locatie van de toevoeging, de initiële concentratie van de opgeloste stof en het entprotocol, kunnen allemaal op gelijkaardige wijze worden bestudeerd voor de totale ontwikkeling van een robuust kristallisatieproces. Door het gebruik van proceshulpmiddelen op kleine schaal, wordt de ontwikkeling van kristallisatie mogelijk gemaakt, waarna opschaling mogelijk is.
Deze toepassingsinformatie geeft duidelijk aan dat er uitstekende informatie in real-time kan worden verzameld voor de karakterisering van kristallisatiesystemen. In dit geval werd de impact van de toevoegingsnelheid op de deeltjesgrootte en morfologie bestudeerd en werd het mechanisme voor het opgemerkte verschil bepaald: een grotere oververzadiging bij een hogere toevoegingsnelheid. De gevolgen van andere procesparameters, zoals bedrijfstemperatuur, mengprocedure, het gebruikte antisolvent, de locatie van de toevoeging, de initiële concentratie van de opgeloste stof en het entprotocol, kunnen allemaal op gelijkaardige wijze worden bestudeerd voor de totale ontwikkeling van een robuust kristallisatieproces. Door het gebruik van proceshulpmiddelen op kleine schaal, wordt de ontwikkeling van kristallisatie mogelijk gemaakt, waarna opschaling mogelijk is.
Referenties
1. Monitoring and Feedback Control of Supersaturation Using ATR-FTIR to Produce an Active Pharmaceutical Ingredient of a Desired Crystal Size. Liotta & Sabesan, 2004, Organic Process Research and Development, 8, 3, 488-494
2. Paracetamol Crystallization Using Laser Backscattering and ATR-FTIR Spectroscopy: Metastability, Agglomeration, and Control, Fujiwara et al, (2002), Crystal Growth and Design, 2, 5, 363-370
3. Process Control of Seeded Batch Cooling Crystallization of the Metastable -Form Glycine Using an in Situ ATR-FTIR Spectrometer and an in SituFBRM Particle Counter, Doki et al, (2004), Crystal Growth and Design, 4, 5, 949-953
4. Iron Oxy-hydroxide Crystallization in a Hydrometallurgical Residue, Loan et al, (2002) Journal of Crystal Growth, 235, 1, 482-488
Woord van dank
METTLER TOLEDO is Dr. Brian Glennon en de School of Chemical and Bioprocess Engineering, University College Dublin, Ierland zeer erkentelijk.
Products and Solutions