甘氨酸连续溶析结晶过程研究

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溶析结晶具有操作温度低,污染小,能耗低等特点,被广泛应用于热敏性物质的结晶过程。相比于间歇溶析结晶而言,连续溶析结晶方法具有产品批间差异小、粒度分布均匀的特点。本文对甘氨酸的连续溶析结晶过程进行了系统的研究,考察了连续溶析结晶过程中晶体粒度控制方法,以及基于新型膜分离技术的溶析结晶母液中溶析剂回收方法。开发了一种耦合结晶与膜分离技术,能实现溶析剂循环利用的连续溶析结晶技术。本文首先对甘氨酸溶析结晶热力学进行了研究。采用静态平衡法对甘氨酸在纯水中的溶解度进行了文献验证。结果表明,本实验测得的甘氨酸在水中的溶解度与文献报道的数据相对误差在5%以内,且采用Apelblat经验方程对溶解度数据可得到较好地拟合结果;同样使用静态法对甘氨酸在乙醇-水混合溶剂中的溶解度进行了测定,并且使用四阶多项式方程对甘氨酸在不同质量分数的乙醇-水混合溶剂中的溶解度进行拟合。应用粉末x-射线粉末衍射(PXRD)、激光拉曼光谱对实验原料及25~50℃的甘氨酸水溶液溶解平衡固相进行了晶型测定,确定未发生转晶;同时对甘氨酸乙醇水溶液的溶析结晶介稳区进行了数据测定,考察了溶剂组成、溶析剂中乙醇质量分数、溶析剂滴加速率和搅拌速率的对介稳区宽度的影响。实验研究了甘氨酸连续溶析结晶动力学。采用连续稳态法,结合在线设备测定了以乙醇为溶析剂的甘氨酸连续溶析结晶动力学。实验结果表明,甘氨酸晶体生长与粒度无关,符合?L定律;使用1stOpt软件中的麦夸特法(Levenberg-Marquardt)+通用全局优化法进行了回归拟合,得到了甘氨酸连续溶析结晶成核速率方程与生长速率方程,分别为:B0=4.1960×10-18×?c0..5184×MT13.6341,G=0.1306×?c0.5551。实验考察了甘氨酸连续溶析结晶工艺。结合在线粒度监测(FBRM)与在线红外光谱(On-line infrared spectroscopy)测试技术,对连续溶析结晶过程中晶体颗粒指标及溶液组成进行了实时监测,考察了停留时间、结晶过饱和度、混合溶析剂乙醇质量分数、搅拌速率、悬浮密度等参数对甘氨酸产品粒度分布的影响,确定了连续溶析结晶过程关键影响因素及影响规律,开发并优化了甘氨酸连续溶析结晶工艺。基于甘氨酸连续溶析结晶优化工艺,制备获得了粒度较大且均匀的甘氨酸晶体产品。对溶析结晶母液进行了乙醇膜分离回收工艺研究,实现了溶析剂的循环利用。通过考察料液温度、料液流速以及真空度等因素对膜分离过程中截留率、渗透通量以及所得乙醇百分含量的影响,确定了基于膜分离的溶析结晶母液乙醇回收优化工艺。并将膜分离与溶析结晶过程进行耦合,实现了溶析剂的循环利用,建立了基于膜分离的连续溶析结晶工艺。
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