Una investigación sobre el efecto de la mezcla en la nucleación secundaria de clorato de sodio en una

Una investigación sobre el efecto de la mezcla en la nucleación secundaria de clorato de sodio en una

Craig J. Callahan y Xiong Wei-Ni *
Centro EPSRC de fabricación innovadores en la fabricación continua y cristalización, Centro de Aplicaciones del reactor con deflectores oscilatorio (COBRA), Facultad de Ingeniería y Ciencias Físicas de la Universidad Heriot-Watt, Edimburgo, EH14 4AS, Reino Unido. E-mail: x.ni@hw.ac.uk; Tel: +44 (0) 131 451 3781

1. Introducción

Nývlt et al. investigado la relación entre la velocidad del agitador y MSZW con el fin de investigar la cinética de nucleación primaria de soluciones acuosas. Ellos encontraron que cuanto mayor es la velocidad del agitador, más alta es la constante de velocidad de nucleación, pero el orden de nucleación fue sólo depende de la cantidad de moléculas necesarias para formar un núcleo crítico, es decir, el orden de nucleación fue independiente de la velocidad de agitación. 5,6

La hipótesis investigado aquí es que un mecanismo de nucleación diferente podría ser observado en un OBC comparación a la de un STC debido a los diferentes estilos de mezcla, o mecanismos de mezcla, mientras que todas las condiciones de funcionamiento se mantienen constantes, como sobresaturación, la temperatura, la intensidad de mezclado y por lo en. En un trabajo anterior de sembrado cristalización de clorato de sodio a una sobreenfriamiento de 1 ° C, se observó que en el STC, todos los cristales del producto llevaba el mismo uso de las manos como el cristal de siembra, lo que indica que la nucleación secundaria directamente de la semilla era la fuente de cristales de producto. Esto se denomina en lo sucesivo nucleación “-semilla similar.” Para el OBC, por otra parte, los cristales de productos nunca fueron más de 96% similar a la semilla de cristal, lo que sugiere un mecanismo de nucleación alternativa que facilita un modelo de nucleación “semilla-diferente”. La acción de raspado del borde exterior deflector contra la superficie interior de la pared del cristalizador se propuso como la causa de la generación de la enantiomorfo incorrecta en el OBC. Para probar esta hipótesis, el raspado fue retirado de la OBC, mientras que se introdujo a la STC. Se obtuvieron los resultados opuestos, es decir, la OBC-un raspado produce mucho más cristales de semilla similar y el STC raspado produce cristales de siembra-disímiles, que verificó esta hipótesis. 36 El objetivo de este trabajo es investigar cómo el mecanismo de nucleación identificado variaría con la mezcla de intensidad y la mecánica de flujo de fluido locales.

2. Montaje experimental y el procedimiento

Para este trabajo actual, se investigaron dos tipos de cristalizador, cada uno tenía dos configuraciones posibles: con y sin raspar. Esto permitió que el mecanismo de nucleación a palpar más a fondo en varias intensidades de mezclado en dos cristalizadores, con los objetivos de reforzar y consolidar estas hipótesis y conclusiones anteriores, así como el descubrimiento de nuevos hallazgos y se amplía la investigación a través del diseño riguroso de experimento.

2.1. El cristalizador de tanque agitado

2.3. Procedimiento experimental

3. Resultados y discusión

La última serie de experimentos comparativos involucrado detener la agitación antes de la siembra, en lugar de después de la siembra. Esto era para comprobar la veracidad de la hipótesis anterior. Al igual que con los ensayos anteriores, se encontró que todas las semillas eran de la misma lateralidad como el cristal semilla. Se indicaría que el mecanismo de mezclado sería la única causa probable de la desviación de 100% de similitud con la semilla sea a través de la capa límite que afecta a la semilla, o a través de la acción de raspado previamente identificada.

Los resultados de las cristalizaciones cabezas de serie en el STC se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2 Porcentaje similitud con el cristal semilla para la cristalización cabeza de serie, tanto en la ONU-raspado (izquierda) y raspado STC (derecha)

Los experimentos llevados a cabo en la STC se repiten en el OBC. Los resultados de estos ensayos se dan en la Tabla 3.

Tabla 3 Porcentaje similitud con el cristal semilla para la cristalización cabeza de serie, tanto en la ONU-raspado (izquierda) y raspado (derecha) OBC en un centro fijo de amplitud máxima de 15 mm

El mecanismo de semillas disímiles tuvo lugar en la OBC-un raspado, mientras que no se observó en el STC no-raspado. La diferencia estadística en el porcentaje de similitud entre los dos montajes-un raspado es significativa (p = 0,0005). ¿Por qué es esto? El trabajo previo sobre el modelado numérico de los patrones de flujo en ambas ajuste perfecto y arreglos deflectores de ajuste deslizante en la OBC mostró que más de cizallamiento se predijo en el último dispositivo que en el primero. 45 La nucleación de semillas diferentes en el OBC un-raspado puede estar relacionado con el aumento de la fuerza cortante en el hueco, a pesar de que previamente se ha demostrado que la introducción de un vacío en el OBC aumentó el tiempo de mezcla, es decir, cuanto mayor sea la diferencia es , cuanto más pobre es la mezcla. 46 Esto sugeriría que la condición de flujo de fluido local en la OBC un-raspado podría haber jugado un papel decisivo en el mecanismo de nucleación.

Para poner esta hipótesis a la prueba, menores amplitudes de oscilación de los 7 y 15 mm se utilizaron a una frecuencia fija, de modo que la cantidad de cizallamiento de fluido en la brecha se reduce eficazmente como la velocidad de cizallamiento (cepa) es proporcional al cambio de oscilatorio velocidad (x o f) en la cámara tal como se

donde es la velocidad de cizallamiento de fluido (s -1 ) Y D es el diámetro de la caja (m). 47

Claramente, una reducción de la amplitud a una frecuencia fija reduce el valor de la velocidad de oscilación, x o F. y por lo tanto la velocidad de cizallamiento (cepa) del sistema. Los resultados de los diversos experimentos de amplitud en tanto el raspado y OBC-un raspado se presentan en la Tabla 4.

Tabla 4 Porcentaje similitud con el cristal semilla para la cristalización cabeza de serie en el raspado (izquierda) y poco raspado (derecha) OBC. Estas pruebas se llevaron a cabo a una frecuencia fija de 2 Hz, la disipación de energía aproximada (W m -3 ) Se indica entre paréntesis al lado de la amplitud

La cuestión sigue siendo cómo, exactamente, se formaron los cristales de siembra-disímiles en los sistemas de raspados y un-raspadas. Se podría especular que la capa límite de semillas podría ser el factor clave para decidir si es o no la nucleación sería semilla similar o semillas diferentes. En el OBC, el régimen de flujo de fluido podría interrumpir esta capa límite de manera diferente, dando diferentes condiciones de pre-nucleación 48 a los observados en la STC. Para los sistemas de raspado, los resultados presentados aquí se asemejan a un proyecto de laboratorio de química de grado con una espátula de raspado de la superficie de un vaso de precipitados que contiene la solución sobresaturada, pero el mecanismo exacto se convierte en más difícil de aclarar, tal vez con un raspado combinado y el modelo de régimen de flujo de fluido en efecto. Como Davey et al. señalado, la determinación de las características del núcleo de cristal (como el tamaño, la forma y, particularmente, la enantiomorfo) requerirá tecnología y los datos que son todavía disponible. 49

4. Conclusiones

En conclusión, se encontró previamente que cuando un mecanismo de raspado se introduce ya sea a un tanque agitado o cristalizador desconcertado oscilatorio que contiene una solución supersaturada de clorato de sodio, núcleos de enantiomorfismo opuesta a la semilla de cristal se encuentran en el cultivo de cristales de producto. 36 En este trabajo se informó que hay un cambio real en el porcentaje de similitud se ha visto en los dos sistemas cuando se modificó la intensidad de mezcla (en términos de frecuencia y velocidad de agitación); además demostraron que las condiciones mecánicas de fluido locales (por ejemplo, efecto de cizallamiento debido a la amplitud de oscilación) también puede conducir a la formación de cristales de semillas diferentes. Al reducir este efecto, la OBC raspada por la ONU dio 100% de similitud con la semilla en la amplitud más baja (efecto de cizallamiento). Los resultados de este trabajo indican que la acción de raspado genera núcleos del enantiomorfismo opuesta a la semilla, lo mismo ocurre con las condiciones de mezcla / cizallamiento locales en un cristalizador.

Expresiones de gratitud

Los autores agradecen a EPSRC y el Centro para el EPSRC de fabricación innovadores en la fabricación continua y la Universidad de cristalización y Heriot-Watt de la financiación a juego para este trabajo. Se agradece a: Chris Price y Alex Caillet de GSK; Gerry Steele y Amy Robertson de Astra Zeneca; Kevin Girard de Pfizer; Thomas Rammeloo de Johnson y Johnson; Ene Sefcik de la Universidad de Strathclyde y los otros académicos de la cristalización Grupo de debate continuo (CCDG) para las reuniones mensuales más votos. Los autores agradecen a Alison Nordon y Jaclyn Dunn de la Universidad de Strathclyde para la discusión más útiles de análisis estadístico.

Notas y referencias

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Nota

† información complementaria electrónica (ESI) disponibles. Ver DOI: 10.1039 / c3ce41467a

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