H.E.L 結(jié)晶工藝的熱分析--Simular 自動(dòng)反應(yīng)量熱儀

從溶液中間歇結(jié)晶是工業(yè)中產(chǎn)品配方、純化和分離過(guò)程中廣泛使用的一種方法。反應(yīng)量熱分析在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中被廣泛用于確定熱負(fù)荷和識(shí)別與反應(yīng)系統(tǒng)放大相關(guān)的安全問(wèn)題。然而，該技術(shù)也可以用來(lái)確定核形成和晶體顆粒生長(zhǎng)時(shí)熱釋放的變化，因?yàn)橄嘧兺ǔＥc熱效應(yīng)相關(guān)。利用由于結(jié)晶焓釋放導(dǎo)致的溫度升高，原則上可以開(kāi)發(fā)一種確定固體形成量、溶液濃度和過(guò)飽和度的方法。

過(guò)飽和是成核和晶體生長(zhǎng)過(guò)程的基本驅(qū)動(dòng)力，也是影響晶體形狀、晶體尺寸分布、多晶型形態(tài)以及下游過(guò)程（如過(guò)濾、干燥和包裝）的主要因素。為了獲得改進(jìn)的產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)晶過(guò)程應(yīng)在最佳過(guò)飽和度下操作。通過(guò)使用預(yù)設(shè)的冷卻曲線，如大多數(shù)工業(yè)過(guò)程中的那樣，實(shí)際的過(guò)飽和度經(jīng)常會(huì)由于難以匹配實(shí)際需要的冷卻速率以維持恒定的過(guò)飽和度而偏離其最優(yōu)水平。理想情況下，應(yīng)使用在線監(jiān)測(cè)和控制過(guò)飽和度，因?yàn)檫@將允許直接調(diào)整最優(yōu)過(guò)程參數(shù)，如熱傳遞條件和攪拌速率。

案例：間歇冷卻結(jié)晶過(guò)程的反應(yīng)量熱分析：過(guò)飽和水-甲醇溶液中尿素結(jié)晶研究

Reaction calorimetric analysis of batch cooling crystallization processes: studies of urea in supersaturated water–methanol solutions. Lai, X., Roberts, K. J., Svensson, J., & White, G. (2011). CrystEngComm, 13, 2505–2510. 

背景: 尿素被選為這項(xiàng)工作的模型物質(zhì)，因?yàn)樗菤滏I材料的典型代表，這在許多特種化學(xué)品如藥品中是常見(jiàn)的特征。尿素以針狀形態(tài)結(jié)晶，并且容易聚集和吸收溶劑。尿素在水溶液中的溶解度非常高，產(chǎn)生高粘度溶液。另一個(gè)特點(diǎn)是在甲醇和乙醇中的溶解度相對(duì)較低，這提供了一個(gè)有用的代表性系統(tǒng)，用于評(píng)估通過(guò)溺水反應(yīng)的結(jié)晶。開(kāi)發(fā)一個(gè)熱能平衡模型，用于監(jiān)測(cè)間歇冷卻結(jié)晶過(guò)程。

研究方法：使用2L間歇反應(yīng)量熱儀，通過(guò)一系列詳細(xì)的校準(zhǔn)和測(cè)量來(lái)確定結(jié)晶過(guò)程中所需的參數(shù)，包括整體傳熱系數(shù)、溶液比熱容、溶解度、介穩(wěn)區(qū)寬度和結(jié)晶的摩爾焓變。使用傳統(tǒng)的多溫法確定了溶解度和介穩(wěn)區(qū)（MSZW）限曲線。通過(guò)模型驗(yàn)證了自發(fā)和種子結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，使用與最高溫度下溶解度相對(duì)應(yīng)的初始濃度。分析了種子的影響，并討論了這種方法的通用適用性。

結(jié)論：開(kāi)發(fā)的反應(yīng)量熱技術(shù)可用于測(cè)量溶液過(guò)飽和度，并應(yīng)用于尿素在80%甲醇和20%水混合溶劑中的結(jié)晶過(guò)程。

該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠在線獲取過(guò)飽和度輪廓，并通過(guò)直接控制反應(yīng)器系統(tǒng)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的過(guò)飽和度。

將此方法與晶體尺寸分布的在線測(cè)量相結(jié)合，可以快速確定結(jié)晶動(dòng)力學(xué)并最終實(shí)現(xiàn)結(jié)晶反應(yīng)的控制。該技術(shù)有潛力應(yīng)用于工業(yè)結(jié)晶器，但由于需要詳細(xì)的校準(zhǔn)工作以確保校準(zhǔn)的合理準(zhǔn)確性。

結(jié)晶工藝及量熱：工作中使用雙夾套2L H.E.L Simular自動(dòng)反應(yīng)量熱儀，Julabo FP50油浴，標(biāo)定和結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的攪拌器為6葉Rushton攪拌槳，恒定攪拌速度為200 rpm。用光學(xué)濁度探針測(cè)量結(jié)晶和溶解，預(yù)先確定介穩(wěn)區(qū)極限和溶解度曲線。采用多功能浸沒(méi)式電加熱器對(duì)結(jié)晶熱容、總傳熱系數(shù)、熱損失和結(jié)晶焓進(jìn)行了標(biāo)定。WIN-ISO數(shù)據(jù)采集軟件控制溫度進(jìn)行冷卻結(jié)晶。

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設(shè)在倫敦，在中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設(shè)立。H.E.L最初是一家過(guò)程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評(píng)估的專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，對(duì)研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過(guò)程研發(fā)項(xiàng)目；同時(shí)提供安全咨詢，包括事故調(diào)查、HAZOP研究、安全設(shè)施的設(shè)計(jì)及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過(guò)程工藝及安全專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，同時(shí)已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過(guò)程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評(píng)估設(shè)備的國(guó)際集團(tuán)企業(yè)。

關(guān)于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡(jiǎn)稱：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價(jià)值為宗旨，以專業(yè)精神和技能為廣大實(shí)驗(yàn)室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶提高分析檢測(cè)的效率和水平。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機(jī)租賃業(yè)務(wù)/LUMTECH循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發(fā)，中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點(diǎn)滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國(guó)F-DGSi氮?dú)?，超高純氫氣氣體發(fā)生器，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學(xué)設(shè)備/LabOS實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)/MassWorks準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測(cè)定及分子式識(shí)別系統(tǒng)/MsMetrix氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報(bào)告系統(tǒng)（QRS)/英國(guó)赫伊爾生物反應(yīng)器，電池絕熱量熱、催化劑合成。

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