Tag Archives: PVM

AIChE Annual Meeting 2012

I’m really looking forward to attending the annual American Institute of Chemical Engineers (AIChE) meeting in Pittsburgh, PA this year. It is always a great opportunity to meet excellent scientists working in very diverse areas. As a chemical engineer it is also nice to focus on chemical engineering for a change! – since many of the conferences I attend are chemistry orientated.

It is also great to see so many papers being presented that Continue reading

Improve Oil-Water Droplet Separation to Optimize Oil Recovery

At the 2011 PetroPhase 12 conference in London, we presented a poster showing how inline droplet size measurement is applied to optimize liquid-liquid separations. Continue reading

Petrophase 13 – Optimize Particle-Water-Oil Separations in Dark Crude Oil

The 13th International Conference on Petroleum Phase Behavior and Fouling will be held June 10 – 14, 2012 in St. Petersburg Beach, Florida. Continue reading

How To Optimize Crystal Size Distribution, Improve Filtration Rates, and Batch Consistency

httpv://www.youtube.com/watch?v=5VeCg6LQSYY

Chemists and Engineers need to quickly develop repeatable crystallization processes with fast cycle times. Continue reading

工艺过程参数对过饱和度、晶体大小与形状的影响

这是结晶专题系列的第五个博贴。如果您还没有看此系列中前面的博贴,可以在此找到它们:

下图显示了过饱和度通过成核和增长间的竞争与晶体大小分布的关系。在本博贴里,我们来看如何通过调节工艺过程参数(比如反溶剂添加速率)使过饱和度能够得到控制。在下一个博贴里,我们会稍微深入一点进入到结晶动力学的基础;而现在让我们来研究一个有意思的案例:用原位监测工具来监测过饱和度并跟踪相应对晶体大小分布的影响。

这个例子考察对不加晶种的苯甲酸从乙醇-水中结晶出来的过程,主要观察反溶剂添加速率对晶体大小、形状和分布的影响。用水作反溶剂,进行两个不同添加速率的实验:一个低速 (0.1g/s)、一个高速(0.2g/s)。过饱和度用ReactIR来监测,颗粒数与尺寸用FBRM 来分析,晶体的大小与形状用PVM来确定。

将制备好的苯甲酸在乙醇中的不饱和溶液维持在25ºC下恒温。苯甲酸是一个有机化合物,难溶于水但溶于乙醇,文献中没有报道它有已知多晶型。在固定的0.1 g/s 和0.2 g/s的速率下添加水,它们导致的结晶过程用原位工艺过程分析工具来监测。

图1表示出每一实验所得到的溶液浓度降低曲线与溶解度曲线相重叠。从饱和度的变化可以看出溶液开始时不饱和的,随着水的加入溶液浓度逐渐超过溶解度进入过饱和。随着晶核的生成溶液的浓度不断降低,并保持接近溶解度曲线, 在反溶剂添加的终点降至溶解度。过程中过饱和度随反溶剂浓度的实时变化在图2中可以清楚地看出。

很明显,在较高的添加速率下,过饱和度较高 ­—  一个重要的结果!一般情况下,快速的冷却或添加速率导致高的过饱和度。这是因为晶体的成核与增长速率不足以立即消耗掉所产生的过饱和度,所以随着结晶过程的进展过饱和度便得以积累。

从前面讲过的内容我们知道过饱和度高会导致成核主导的结晶过程,晶体增长甚少。图3表示的是在上述两个实验的终点FBRM测得的颗粒分布结果 ­:很明显,快速添加所得的分布显示出大量更多的小颗粒,而慢速添加所得的分布则显示出更多的大颗粒。

不仅仅是晶体大小受工艺参数变化的影响,晶体的形状也受影响。实验终点的PVM 图像表明了这一点,即慢速添加导致了大的、规则形状的长方板,而快速添加产生了细针状晶体致使容易结块。

颗粒分布

颗粒形状

上述研究案例表明了工艺过程参数的变化可以直接影响过饱和度的实时程度乃至晶体的大小、分布及形状。

在本系列的下一个博贴里,我们会稍微深入一点进入到结晶动力学的基础。同时,您也许会对这一网络研讨会和文章感兴趣:

为开发与优化结晶工艺过程进行”无”标定过饱和度评估与控制

M. Barrett, M. McNamara, H. Hao, P. Barrett, and B. Glennon, “Supersaturation tracking for the development, optimization and control of crystallization processes [为开发、优化和控制结晶工艺跟踪过饱和度],” Chemical Engineering Research and Design, vol. 88, Aug. 2010, pp. 1108-1119.

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晶体大小与形状分布的重要性

这是结晶专题系列的第四个博贴。如果您还没有看此系列的前三个博贴,可以在此找到它们: 结晶与沉淀介绍降低溶解度与驱动结晶过程的常用方法过饱和度:晶体成核与增长的驱动力

下面这组PVM显像清晰地展示了复杂的晶体大小、形状与结构。从大圆“石砣”到精美的“枝状”,晶体产物往往发生了变化, 给有效分离及下游操作带来挑战。

结晶之后通常紧跟的一步是过滤或离心分离,晶体的大小与形状可以严重影响这一单元操作的效率。如果设计了一个用一小时就完成的结晶过程,但它的后续过滤需要二十四小时,这不是高效率!

再来看一下这些 PVM显像 ,可以获得一些有关这些不同的晶体产物会如何影响过滤的线索。

a.     这些晶体可能会过滤得快且重复性好。这种较大的石砣形状造成很多间隙使滤液快速通过。

b.      这样的平板状可能是最难过滤的一种。板状容易重叠式堆积,有效地形成一个阻碍滤液通过的晶体层。这便导致过滤时间长且有可能变化,取决于晶体是如何从结晶釜排出的以及如何在过滤布上堆积的。

c.       这是有一个过滤时间可能会长的例子。细小颗粒会将较大的晶体留出的间隙堵上,致使滤液难以通过晶体床层。这是一个常见的问题,因为许多结晶工艺过程都设计有一个最终的快速冷却或快速添加反溶剂,这会导致过多的二次成核。此外,很多情况下人们会在最后将搅拌速度提高来帮助排泄釜料,这便会导致晶体的破碎。  

d.      这一显像比许多人想象的要更常见,至少是在加晶种的有机化合物结晶体系里。像这样晶体形状在显微镜片上恐怕是看不到的,因为取样和备样的过程会弄碎其结构。而PVM展现出这一精美的枝状结构。这样的枝状结构往往会在加研磨了的晶种的结晶过程中形成。晶体表面的不完善导致晶体从这些不完善处生长,因而从晶核长出许多长晶枝。很难预测像这样的形状会如何过滤,但是它很可能破碎,进而可能带来过滤时间的变化。

影响过滤过程只是结晶过程中的颗粒大小的重要性之一。对于很多产品,晶体的大小影响产品的有效性, 比如医药在人体中的吸收速率或高能材料的燃烧速率。工艺过程的其它方面也可能受到颗粒大小和形状的影响,比如流动性和离析性。

一个有趣的假想实验是考虑上面所显示的几种晶体会如何流动?

在本系列的下一个博贴里,我们将谈论如何设计结晶工艺过程从而使获得的晶体产品具有理想的大小与形状。同时,这个参考研究案例很好地描绘了一个手性结晶工艺的优化以改进离心分离、减少批次失败、提高产品质量: 通过理解二次成核对一个双重手性中心动力学分离结晶过程的改进

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在线分析颗粒大小、形状、及数量的历史:Lasentec® FBRM®

Lasentec History二十五年来, FBRM® 技术一直用于实时监测工艺过程中自然存在的颗粒与液滴。自2001年收购了Lasentec® (Lasentech)之后,梅特勒-托利多不断地改进开发在线颗粒大小、形状、和数量分布的测量技术。目前,已有数千个FBRM® 和PVM® 系统安装在世界各地,从研发实验室到生产厂。

我想人们会有兴趣看看Lasentec®、FBRM® 和PVM® 技术的历史:

2011

新一代 FBRM® (G Series) 上市,在原位颗粒测量的准确性和灵敏度上具有突破性进展。

  • 通过软件对粘贴的颗粒进行校正,从而增强对工艺过程的理解
  • 对颗粒分布的高分辨率提供更准确的信息
  • 可互换的探头配置平台拓宽应用性
  • 增强的探头牢靠度减少维修服务次数

2009

梅特勒-托利多荣获Powtech/TechnoPharm 创新奖 ,奖励其将FBRM®应用于在线成粒过程的开发。

2007

小规模 19毫米直径的具有显微镜质量显像的PVM® ,即使是在高固体浓度下。

2002

8毫米设计直径的小型FBRM、和深入管道安装式FBRM®

2001

梅特勒-托利多收购Lasentec®

2000

19毫米直径压缩空气推动的FBRM®

1996

用于在线颗粒视像和测量的第一个PVM®

1990

第一个基于探头的、实时、原位颗粒特征分析FBRM®

1986

Lasentec® 因其离线FBRM®技术获得“研发一百强奖”(R&D 100 Award

增强对结晶工艺过程的理解

科学家与工程师们经常要面对的一个挑战是如何做到增强对结晶工艺过程的理解。

EasyMax为使这些科学家与工程师们完成大量的所需工作提供了一个即功能强大又使用便捷的实验平台。看到EasyMax已被他们欢迎采纳,尤其是针对结晶工作,使人感到欣慰。Simon Rea开发了一个方法,使EasyMax更适于颗粒特征分析:

结晶终于,您可以在您的EasyMax 里同时使用FBRM和PVM了! 这一新的PTFE封盖使您有可能观察到:

  • 多晶型/晶习的改变
  • 晶种添加行为
  • 相分离
  • 工艺过程中通常的颗粒/液滴的变化

并且,这可在体积小到30毫升条件下实现!当您要放大至1升时,您还可以把同一个PVM拿到那个规模的实验中使用

要通过例子看您可以在EasyMax 里同时使用FBRM和PVM来做什么,请浏览由固态制药团队(SSPC)的Mark Barrett所作的 从实验室到生产厂反溶剂添加结晶过程的优化与放大网络研讨会系列

Impact of Process Parameters on Supersaturation and Crystal Size and Shape

This is the fifth blog post in a series dedicated to crystallization.  In case you missed the previous posts in the series, they are available here:

The diagram below illustrates the relationship between supersaturation and crystal size distribution, via crystal nucleation and growth. In this post, we will look at how supersaturation can be controlled by adjusting process parameters such as antisolvent addition rate. Continue reading