連續(xù)結(jié)晶器技術(shù)原理
結(jié)晶是從溶液中析出固體的過(guò)程，顯而易見(jiàn)固體在溶液中的溶解度與確定結(jié)晶過(guò)程密切相關(guān)。溶液的過(guò)飽和度是工業(yè)結(jié)晶的主要推動(dòng)力。
連續(xù)結(jié)晶器與間歇結(jié)晶器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)結(jié)晶具有收效高、能耗低、母液少、產(chǎn)品質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高、設(shè)備占地面積小及操作人員少等優(yōu)點(diǎn)。由于連續(xù)結(jié)晶器具有較高的生產(chǎn)效率，一套連續(xù)結(jié)晶器往往可以取代數(shù)套乃至數(shù)十套間歇結(jié)晶器，相應(yīng)配套設(shè)備的數(shù)量也大大減少。對(duì)于醫(yī)藥產(chǎn)品的結(jié)晶，由于連續(xù)結(jié)晶器都是全密閉的：結(jié)晶器可以布置在GMP車(chē)間的外面：而僅將離心機(jī)、烘干和包裝布置在GMP車(chē)間的里面，這將極大地減少GMP車(chē)間的面積，從而降低整個(gè)工程的投資。連續(xù)結(jié)晶器可以方便地和機(jī)械壓縮泵組合，在低溫下進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，不但不需要蒸汽，而且無(wú)需冷凍水。節(jié)能的同時(shí)也避免了龐大的冷凍機(jī)投資。
結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)量決定于結(jié)晶固體與其溶液之間的相平衡關(guān)系，通?？捎霉腆w在溶液中的溶解度來(lái)表示這種相平衡關(guān)系。溶液的過(guò)飽和與溶解度曲線的關(guān)系如下圖所示。圖中的AB線為普通的溶解度曲線，CD線代表溶液過(guò)飽和而能自發(fā)地產(chǎn)生晶核的濃度曲線（超溶解度曲線）。這兩根曲線將濃度——溫度圖分割為三個(gè)區(qū)域。AB線以下是穩(wěn)定區(qū)，在此區(qū)中溶液尚未達(dá)到飽和，因此沒(méi)有結(jié)晶的可能。AB線以上為過(guò)飽和溶液區(qū)，此區(qū)又分為兩部分：在AB與CD線之間稱為介穩(wěn)區(qū)，在這個(gè)區(qū)域中，不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生晶核，但如果溶液中已加了晶種，這些晶種就會(huì)長(zhǎng)大。CD線以上是不穩(wěn)區(qū)，在此區(qū)域中，溶液能自發(fā)地產(chǎn)生晶核。工業(yè)結(jié)晶過(guò)程要避免自發(fā)成核，才能保證得到平均粒度大的結(jié)晶產(chǎn)品。只有盡量控制在介穩(wěn)區(qū)才能達(dá)到這個(gè)目的。
在已有晶核形成或加入晶種的過(guò)飽和溶液中，以過(guò)飽和度為推動(dòng)力晶核或晶種將長(zhǎng)大。晶體的生長(zhǎng)由三個(gè)步驟組成 1)帶結(jié)晶的溶質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散穿過(guò)晶體表面的一個(gè)靜止液層，從溶液中轉(zhuǎn)移到晶體表面。2)到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)長(zhǎng)入晶面，使結(jié)晶長(zhǎng)大，同時(shí)放出結(jié)晶熱。3)放出來(lái)的結(jié)晶熱借傳導(dǎo)傳入溶液中。步擴(kuò)散過(guò)程中必須有濃度差作為推動(dòng)力。第二步溶質(zhì)長(zhǎng)入晶面的過(guò)程中不外乎要使溶質(zhì)分子或離子在空間 晶格上排列而組成有規(guī)則的結(jié)垢。表面反應(yīng)的過(guò)程極為溶質(zhì) 長(zhǎng)入晶面的過(guò)程中借助另一部分的濃度差作為推動(dòng)力。如下圖所示：
若用方程式的模型則可表示為：
作為晶體生長(zhǎng)的總系數(shù)；作為總推動(dòng)力的總濃度差。因此表面 反應(yīng)速率很快時(shí)結(jié)晶過(guò)程由擴(kuò)散速率控制；擴(kuò)散速率很高時(shí)結(jié)晶過(guò) 程由表面反應(yīng)速率控制。在較高溫度時(shí)表面反應(yīng)速率有較大幅度提 高而擴(kuò)散速率的增大則有限。
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