Modular continuous crystallizer: operation, experimental arrangement and identification of process parameters

Crystallization is employed in different industrial processes. The method and operation can differ depending on the nature of the substances involved. The aim of this study is to examine the effect of various operating conditions on the crystal properties in a chemical engineering design window with a focus on ultrasound assisted cooling crystallization. Batch to batch variations, minimal manufacturing steps and faster production times are factors which continuous crystallization seeks to resolve. Continuous processes scale-up is considered straightforward compared to batch processes owing to increase of processing time in the specific reactor. In cooling crystallization process, ultrasound can be used to control the crystal properties. Different model compounds were used to define the suitable process parameters for the modular crystallizer using equal operating conditions in each module. A final temperature of 20oC was employed in all experiments while the operating conditions differed. The studied process parameters and configuration of the crystallizer were manipulated to achieve a continuous operation without crystal clogging along the crystallization path. The results from the continuous experiment were compared with the batch crystallization results and analysed using the Malvern Morphologi G3 instrument to determine the crystal morphology and CSD. The modular crystallizer was operated successfully with three different residence times. At optimal process conditions, a longer residence time gives smaller crystals and narrower CSD. Based on the findings, at a constant initial solution concentration, the residence time had clear influence on crystal properties. The equal supersaturation criterion in each module offered better results compared to other cooling profiles. The combination of continuous crystallization and ultrasound has large potential to overcome clogging, obtain reproducible and narrow CSD, specific crystal morphologies and uniform particle sizes, and exclusion of milling stages in comparison to batch processes.

Modulaarisen jatkuvatoimisen kiteyttimen markkinapotentiaali ja toiminnan todentaminen

Valmistettaessa kiteisiä tuotteita kemianteollisuudessa jatkuvatoimisuudella voidaan saavuttaa merkittäviä etuja panosprosesseihin verrattuna. Toistettavuus ja tuotekiteiden ominaisuudet paranevat ja kustannussäästöjä saadaan sekä kiteytyksestä että mahdollisesta jatkokäsittelyn yksinkertaistumisesta. Hienokemianteollisuudessa panoskiteytys on kuitenkin edelleen vallitseva kiteytysmenetelmä pienten tuotantovolyymien, tuotteiden vaihtelevuuden ja panoskiteyttimien puhdistamisen helppouden vuoksi. Ultraäänen vaikutusta kiteytykseen on tutkittu kattavasti viimevuosina. Tehoultraäänen aiheuttamalla kavitaatiolla on havaittu olevan merkittäviä kiteytystä edistäviä vaikutuksia. Yhdistämällä jatkuvatoimiseen putkivirtauskiteyttimeen tehoultraäänen tukkeutumista estävä ja kiteytystä edistävä vaikutus saadaan systeemi, jota voidaan pitää varteenotettavana vaihtoehtona panoskiteyttimille hienokemianteollisuudessa. Tässä työssä määritettiin markkinapotentiaali jatkuvatoimiselle ultraääniprosessointijärjestelmälle eurooppalaisten hienokemianteollisuuden yritysten parissa. Markkinapotentiaalin määritys tehtiin makrotasolla nojautumalla toimialatilastoihin, jotka poimittiin Amadeus-tietokannasta. Jatkuvatoimista ultraääniprosessointijärjestelmää myös kehitettiin edelleen lisäämällä moduulien määrää kolmesta viiteen, testaamalla eri putkivaihtoehtoja ja määrittämällä korkeimmat käyttökonsentraatiot putkivirtauskiteyttimelle kolmella eri malliaineella. Ultraäänen vaikutusta viipymäaikajakaumaan tarkasteltiin pulssikokeiden avulla kolmen eri putkivaihtoehdon tapauksessa. Ultaääniprosessointijärjestelmän putkivaihtoehdoista 6 mm sisähalkaisijaisessa teräsputkessa saavutettiin korkeammat saannot ja pienemmät tuotekiteet kuin 4 mm sisähalkaisijaisessa teräsputkessa. Ultraääni ei läpäissyt 4 mm sisähalkaisijaista polyamidiputkea riittävän tehokkaasti ehkäistäkseen systeemin tukkeutumista.