溶劑及其耦合結晶過程分析

2012年09月20日 作者：王永莉 次

溶析結晶是近年來發展起來的一種結晶方法，而且由于該方法允許結晶在較低的溫度下進行，特別適用于熱敏性物質，例如藥物、蛋白質等的結晶精制。溶析結晶一般可在高溶解度下進行，有利于提高生產能力，降低成本；此外，溶析結晶容易與反應、蒸發、冷卻等過程耦合一起進行，因此越來越引起研究者重視。
溶析結晶過程過飽和度的產生源于不斷向結晶體系中加入溶析劑，在操作中容易產生局部過飽和，從而產生大量的初級成核，并可能造成晶體聚結行為發生，因此在溶析結晶過程必須有效地控制結晶操作。

影響溶析結晶過程的因素很多，如溫度、溶析劑的流加速率、攪拌，有無加晶種等。用實驗研究方法考察操作條件對溶析結晶過程影響的文獻較多，Budz,J.等對在鹽析結晶過程中加入丙酮做溶析劑，發現在優化的參數，如晶種、攪拌和丙酮用量等下操作可以極大地改善結晶過程。Takiyama等人探討了水和溶析劑的濃度對晶體和粒度分布的影響，以過飽和度為主要變量，提出了一個表達成核速率與過飽和度關系式。很多研究考察了溶析劑濃度和流加速率對最終產品晶習的影響，其中Holmback and Rasmuson通過改變溶劑組成和加料速率，發現過飽和度主要控制平均粒度，而溶劑組成則對晶習有很大的影響。Yu的研究發現攪拌速率過低和流加速率過高均可以導致局部過飽和度過大而產生過多的晶核，造成晶體聚結和產品平均粒度小。

由于溶析結晶的影響因素較多，一些研究者嘗試用模擬的方法考察各操作參數的影響，并希望獲得最佳操作條件，Nonoyama提出了一個忽略成核、聚結和破碎，只考慮粒度無關生長的數學模型，模擬結果表明在恒定的過飽和度下結晶可以防止不希望多的成核產生，Randolph and White假設結晶體積不變對溶析結晶進行模擬研究，但與實際操作情況有較大的偏差，對實際問題指導意義不大。Tavare和Chivate,Tavaer和Garside,chivate等分別研究了操作模式和晶種對溶析結晶過程的影響，比較系統的進行模擬研究。鮑穎采用模擬的方法比較全面考察了不同操作模式對鹽酸大觀霉素溶析結晶過程，通過分析比較指出恒過飽和度操作是做好的操作模式。

本文針對溶析結晶過程的特點，首先介紹了溶析結晶過程溶解度和介穩區的測定和表示方法，然后以通過案例的形式分析了溶析及其耦合結晶過程影響因素以及如何對其進行優化的策略。
 

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