H.E.L 結晶工藝的熱分析--Simular 自動反應量熱儀

從溶液中間歇結晶是工業(yè)中產品配方、純化和分離過程中廣泛使用的一種方法。反應量熱分析在產品開發(fā)中被廣泛用于確定熱負荷和識別與反應系統(tǒng)放大相關的安全問題。然而，該技術也可以用來確定核形成和晶體顆粒生長時熱釋放的變化，因為相變通常與熱效應相關。利用由于結晶焓釋放導致的溫度升高，原則上可以開發(fā)一種確定固體形成量、溶液濃度和過飽和度的方法。

過飽和是成核和晶體生長過程的基本驅動力，也是影響晶體形狀、晶體尺寸分布、多晶型形態(tài)以及下游過程（如過濾、干燥和包裝）的主要因素。為了獲得改進的產品質量，結晶過程應在最佳過飽和度下操作。通過使用預設的冷卻曲線，如大多數(shù)工業(yè)過程中的那樣，實際的過飽和度經常會由于難以匹配實際需要的冷卻速率以維持恒定的過飽和度而偏離其最優(yōu)水平。理想情況下，應使用在線監(jiān)測和控制過飽和度，因為這將允許直接調整最優(yōu)過程參數(shù)，如熱傳遞條件和攪拌速率。

案例：間歇冷卻結晶過程的反應量熱分析：過飽和水-甲醇溶液中尿素結晶研究

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: 尿素被選為這項工作的模型物質，因為它是氫鍵材料的典型代表，這在許多特種化學品如藥品中是常見的特征。尿素以針狀形態(tài)結晶，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，產生高粘度溶液。另一個特點是在甲醇和乙醇中的溶解度相對較低，這提供了一個有用的代表性系統(tǒng)，用于評估通過溺水反應的結晶。開發(fā)一個熱能平衡模型，用于監(jiān)測間歇冷卻結晶過程。

研究方法：使用2L間歇反應量熱儀，通過一系列詳細的校準和測量來確定結晶過程中所需的參數(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。通過模型驗證了自發(fā)和種子結晶實驗，使用與最高溫度下溶解度相對應的初始濃度。分析了種子的影響，并討論了這種方法的通用適用性。

結論：開發(fā)的反應量熱技術可用于測量溶液過飽和度，并應用于尿素在80%甲醇和20%水混合溶劑中的結晶過程。

該技術的主要優(yōu)勢在于能夠在線獲取過飽和度輪廓，并通過直接控制反應器系統(tǒng)的溫度來實現(xiàn)所需的過飽和度。

將此方法與晶體尺寸分布的在線測量相結合，可以快速確定結晶動力學并最終實現(xiàn)結晶反應的控制。該技術有潛力應用于工業(yè)結晶器，但由于需要詳細的校準工作以確保校準的合理準確性。

結晶工藝及量熱：工作中使用雙夾套2L H.E.L Simular自動反應量熱儀，Julabo FP50油浴，標定和結晶實驗的攪拌器為6葉Rushton攪拌槳，恒定攪拌速度為200 rpm。用光學濁度探針測量結晶和溶解，預先確定介穩(wěn)區(qū)極限和溶解度曲線。采用多功能浸沒式電加熱器對結晶熱容、總傳熱系數(shù)、熱損失和結晶焓進行了標定。WIN-ISO數(shù)據(jù)采集軟件控制溫度進行冷卻結晶。

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設在倫敦，在中國、美國、德國、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿（北京）有限公司于 2020年在北京設立。H.E.L最初是一家過程工藝優(yōu)化及反應危害評估的專業(yè)咨詢機構，對研究機構和生產企業(yè)承接工藝過程研發(fā)項目；同時提供安全咨詢，包括事故調查、HAZOP研究、安全設施的設計及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機構，同時已經發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過程工藝優(yōu)化及反應危害評估設備的國際集團企業(yè)。

關于綠綿科技

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