基于PBM的L-谷氨酸粒度分布控制优化

针对β型L-谷氨酸冷却结晶过程,为获取期望粒度分布,采用特征曲线法(MOCH)来建立关于粒度相关生长率的种群平衡方程(PBE),然后通过对种群平衡模型(PBM)参数辨识后确定最优过饱和度及控温曲线。由于辨识模型参数的目标函数具有非线性和非凸型性,因而采用少量经济性的批量冷却结晶实验,结合图像分析晶种和产品粒度分布得到的统计数据,拟合模型参数。根据实际要求的结晶过程时间,为达到目标粒度分布,通过优化结晶过程的过饱和度获得最优调温曲线,实现基于恒定过饱和度的晶体生长过程优化控制。实验结果表明通过优化的控温曲线,实现了基于最优过饱和度控制的期望目标粒度分布。     

基于PBM的L-谷氨酸粒度分布控制优化

针对β型L-谷氨酸冷却结晶过程,为获取期望粒度分布,采用特征曲线法（MOCH）来建立关于粒度相关生长率的种群平衡方程（PBE）,然后通过对种群平衡模型（PBM）参数辨识后确定最优过饱和度及控温曲线。由于辨识模型参数的目标函数具有非线性和非凸型性,因而采用少量经济性的批量冷却结晶实验,结合图像分析晶种和产品粒度分布得到的统计数据,拟合模型参数。根据实际要求的结晶过程时间,为达到目标粒度分布,通过优化结晶过程的过饱和度获得最优调温曲线,实现基于恒定过饱和度的晶体生长过程优化控制。实验结果表明通过优化的控温曲线,实现了基于最优过饱和度控制的期望目标粒度分布。     

精对苯二甲酸(PTA)结晶动力学

建立了精对苯二甲酸连续多级降压蒸发结晶过程的数学模型,通过工业实验获得了各级结晶器不同操作条件下的产品粒度分布数据,并构造了模型计算值和工业实验值相拟合的优化目标函数,采用单纯形法优化回归得到了精对苯二甲酸结晶动力学参数。研究结果表明,优化回归得到的精对苯二甲酸结晶动力学方程能够较好地模拟PTA连续多级降压蒸发结晶过程。     

间歇结晶过程最佳操作时间表安排的研究

本研究对间歇冷却结晶过程的数学模型进行了分析,根据动态法测定得到的结晶成核速率B与成长速率G相关于降温速率U的函数关系的经验式,推导出描述过程的状态方程组,协状态方程组及Hamitonian函数,应用Pontryagin极大值原理对过程进行了最优控制条件的计算,建立了一个求解间歇冷却结晶最佳操作时间表安排的新型应用软件.并在DTB型工业规模的结晶器中进行了冷却间歇结晶实验.软件计算结果与实验结果的一致性,充分验证了软件的适用性.本研究所建立的简捷法策略与应用软件可用于指导Ⅱ类结晶物系间歇冷却结晶过程的操作与设计.     

初始过饱和度对谷氨酸结晶的影响研究

以谷氨酸一钠(MSG)水溶液模拟发酵液,采用pH-shift模式研究溶液初始过饱和度对谷氨酸结晶的影响。结果表明:过饱和度同时影响谷氨酸结晶的晶习和粒度分布。当过饱和度S≤7.15时,谷氨酸主要以α型晶习析出,粒径呈对数对称分布。随着过饱和度增大,β型结晶比例增大,中位径趋小且粒度分布范围变宽。当S≥14.17以后,晶体全部是β型晶习,晶体粒度分布分散且无规律。根据经典成核理论计算了不同过饱和度/MSG浓度时两种谷氨酸晶习的成核速率,证明两种晶习的成核速率均随过饱和度增加而加快,相同过饱和度时α型晶习成核速率大于β型,而相同MSG浓度时β型成核速率大于α型。研究认为,结晶成核速率随过饱和度增大而加快是影响谷氨酸结晶粒度分布的主要原因,而晶体晶习主要取决于α、β型两种晶核的竞争性成核速率的差值。基于已有研究报道及实验结果,提出了α和β型谷氨酸晶体的C-pH相图模型,解释了过饱和度影响谷氨酸结晶晶习的规律。     

加晶体间歇结晶器中二次成核对粒度分布的影响

A Chianese 等报道了悬浮 K_2SO_4晶体间歇结晶及其破碎过程的实验研究结果,同时,提出了一个包含晶体破碎的模型,用以预测加晶种间歇冷却结晶器的行为,而且就破碎对细晶粒度分布的影响效应进行了详细的考察。研究表明:K_2SO_4晶体碎片,在整个粒度直至晶种尺度范围内,均可应破碎作用而形成,二次成核生成速率主要依赖产品浆密度及过饱和度。这样,加晶种间歇结晶过程中产物粒度分布较宽,在中等冷却速率条件下,这一特性能用晶     

对二甲苯晶体悬浮特性模拟与遗传算法优化

为明确对二甲苯在结晶器内部悬浮结晶时的流动与悬浮特性,采用欧拉-欧拉多相流模型及多重参考系模型,模拟研究了对二甲苯悬浮结晶过程,并分析了晶体粒径与搅拌桨转速等操作参数对晶体悬浮流动特性的影响。结果表明:晶体在结晶器内部进行内循环流动,其体积分数自下而上逐渐递减并趋于稳定;晶体分布情况与其粒径大小有关,粒径越小,分布越均匀,悬浮情况越好;当搅拌桨转速由160 r/min升至300 r/min时,晶体悬浮情况快速改善,在300 r/min后随着转速进一步增大,悬浮情况逐渐稳定。最后基于目标遗传算法,对结晶器内晶体不均匀度进行优化,得到了最优的操作参数工况点,与原始条件相比,在优化后的工况点进行结晶生产,不均匀度由0.254 3降低至0.175 9,性能提高44.57%。     

不同操作条件下连续结晶过程的CFD模拟

运用计算流体力学(CFD)的方法,采用多相流与粒数衡算方程的耦合求解模型,以10 L体积的内循环带有导流筒和挡板的DTB型结晶器为结构,在考虑晶体成长和成核的条件下,模拟了KCl-H2O体系的连续结晶过程。模拟设定1个连续相和5个不同尺寸晶体的分散相,考察了不同进料流速和进料质量浓度下连续结晶过程的流场分布和固体悬浮等情况,进而从流体动力学特征、过饱和度分布和晶体的粒度分布等特征参数来分析其对结晶过程的影响。模拟结果表明,进料流速和进料质量浓度均对过饱和度分布和晶体粒数密度分布具有明显的影响,而对流场分布情况影响不大。     

工业结晶过程的多相流与粒数衡算的CFD耦合求解

考虑不同尺寸的晶体为不同的分散相,通过有限体积法差分不同尺寸组的晶体求解粒数衡算方程,建立了质量衡算与粒数衡算之间的联系,在考虑晶体成核和生长的条件下,建立了稳态结晶过程的粒数衡算方程与多相流方程的耦合求解方法,得到了工业结晶过程的计算流体力学模拟模型。使用商业软件ANSYS CFD,采用该模型对DTB 型工业结晶器中氯化钾-水体系的结晶过程进行了模拟,最终获得不同尺寸晶体的流场和固体含量的分布信息,从而实现结晶过程的仿真模拟。对部分模拟结果与实验值进行了比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

湿法磷酸合成大颗粒磷酸脲的工艺研究

研究了以湿法磷酸和工业尿素为原料合成磷酸脲的工艺.通过正交实验确定了湿法磷酸合成磷酸脲的最佳工艺条件:反应温度80℃,反应时间90 min,磷酸与尿素的物质的量比为1:1,并对冷却结晶制备大颗粒磷酸脲的冷却方式和结晶过程等进行了研究.选择先慢后快的程序降温方式,可以得到大颗粒且均匀的磷酸脲晶体,对设计工业结晶器、指导工业生产及优化操作条件等具有重要的实际意义.     

农药生产中的工业结晶技术

结晶是农药生产过程中一个重要的环节,对结晶过程的设计、控制和优化将决定农药晶体产品的晶型、纯度以及粒度分布等性能。从农药多晶型、产品粉体性能以及结晶操作方式选择等方面阐述了工业结晶对农药产品质量的影响。创新农药的晶型研究以及连续结晶技术将会成为未来农药研发和生产的重要发展方向。     

流沙状氟硅酸钠晶体的制备

研究了利用反应结晶法制备流沙状氟硅酸钠时工艺条件（进料酸浓度、进料方式和结晶器型式）对结晶过程的影响。结果表明：进料H2SiF6的适宜浓度为12％,且保持H2SiF6在晶体生长区过量对晶体长大有利;采用连续结晶器可制得流沙状晶体,晶体粒度分布较好。     

晶体粒度相关生长条件下等温混合悬浮排料结晶器稳定性分析

应用Routh Hurwitz判据 ,研究了晶体粒度相关生长条件下等温混合悬浮混合排料 (MSMPR)结晶器的稳定性 ,并以结晶过程的物性参数、动力学参数以及操作参数为基础 ,确定了该过程的稳定性边界。通过四阶龙格 库塔法求解MSMPR结晶器的动态方程组 ,分析了结晶过程在稳定区域和持续振荡区域中的动态特性。     

真空冷却结晶器设计工艺计算

以硝酸钾真空冷却结晶器设计为例,介绍了硝酸钾真空冷却结晶器设计的工艺条件,并对真空冷却结晶工艺过程中蒸发水量、制冷量、处理溶液量、真空冷却结晶器容积与结构尺寸、罐体壁厚、加强圈尺寸、蒸汽出口直径、搅拌机功率进行了工艺计算。     

添加剂作用下阿司匹林结晶模拟和实验研究

晶体形貌作为晶体产品的重要质量指标,不仅会影响产品流动性、稳定性、溶出速率和生物可利用度等产品的质量指标,还会对过滤、干燥、压片等下游操作造成影响。通过分子模拟的方法指导阿司匹林冷却-反溶剂结晶过程的添加剂筛选,以添加剂作为晶体形貌的改性剂,降低阿司匹林晶体的长径比优化晶体形貌。通过单因素实验考查了添加剂浓度、晶种加入量、降温速率、搅拌速率和加水速率对阿司匹林晶体产品形貌、流动性和粒度分布等的影响,确定了较优的工艺条件。实验结果表明加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为添加剂可以降低阿司匹林晶体长径比,获得形貌为短棱柱状的晶体产品,能够显著改变晶体形貌优化产品的流动性。     

精对苯二甲酸连续多级蒸发结晶的模拟

精对苯二甲酸（PTA）主要用于生产聚酯，是聚酯纤维、薄膜、绝缘漆的重要原料，也用于医药、染料及其他产品的生产。PTA的主要生产过程包括催化氧化及加氢精制。PTA结晶是加氢精制中的重要工序。PTA的工业结晶过程是连续的4级或5级。通过降压蒸发使得溶液成为过饱和溶液，溶质从过饱和溶液中成核析出，同时晶核不断生长而形成较大的固体粒子。第一结晶器的进料是来自加氢反应器的溶液，每一级结晶器的出料是其后一级结晶器的进料，最后一级结晶器的晶浆经过滤、洗涤、干燥得到最终产品PTA，PTA结晶工艺的特点是物系高温、高压，第一结晶器的进料温度285—291℃、压力7．6—8．0MPa，结晶时温度梯度大，生成的细晶量多，因此采用连续多级串联结晶工艺，能够较好的控制结晶的温度梯度，有效地改善晶体生长条件。给定结晶级数、各级结晶器体积、操作温度，根据结晶热力学方程求得结晶器出口溶液浓度，再根据质量衡算、热量衡算方程计算得到结晶器的蒸发量、固体量，并根据气液平衡计算得到操作压力，然后根据粒数衡算方程计算得到晶体产品的粒度分布，将该结晶器出口条件作为下一个结晶器进口条件，重复上述过程，直至达到给定的结晶级数。     

有机酸杂质对乳酸锌初次成核速率的影响

引言 溶液结晶作为一种高效、低能耗、少污染的分离和提纯技术,在医药、食品、生物等工业生产中的应用非常广泛.特别在医药行业,溶液结晶是主要的单元操作,85%以上的医药产品的生产过程中含有结晶单元[1].结晶过程涉及成核和生长两个阶段,成核和生长的热力学和动力学决定最终晶体产品的粒度分布以及产品质量,是进行结晶器分析、设计、操作和优化的主要依据[2].     

振荡流结晶过程传热效应的模拟分析

通过振荡流调控传热特性以获得结晶器中分布特征良好的局部过饱和度,是有效优化冷却结晶过程的新设想。对具有光滑周期收缩孔(SPC)的振荡流结晶器,进行了三维非稳态数值模拟。考察了振荡流产生的时变流场结构,应用涡量表征涡旋强度,并得到剪切应变率分布,表明涡旋促进了流场混合,增强了剪切成核的调控能力。分析了振荡参数对结晶器传热特性的影响,结果表明振荡流导致了努塞尔数Nu随时间呈周期性变化,并且其周期特征与强度受振荡雷诺数Reo和斯特劳哈尔数St控制。因此,可以通过调节振荡参数达到对过饱和度的调控,这为结晶过程分析提供了依据。     

己二酸装置真空冷却结晶单元操作的优化

通过对己二酸装置真空冷却结晶单元的介绍与说明,对己二酸结晶过程中存在的产品的颗粒度及纯度等问题进行分析,提出了针对性的改善措施,通过优化操作,延长结晶器运行周期。     

头孢拉定连续结晶工艺研究

采用三级混合悬浮混合产品出料结晶器(MSMPR),搭建了头孢拉定连续结晶实验装置。通过单因素实验研究了养晶pH值、晶种添加量、原料液浓度、停留时间、结晶系统温度及搅拌速率等结晶工艺条件对头孢拉定连续结晶产品收率及粒度分布的影响,优化了头孢拉定连续结晶工艺参数。通过实验获得优化结晶工艺参数：结晶温度293.15 K,搅拌速率180 r·min^-1,养晶pH=2.85,晶种添加量为3%(质量分数),头孢拉定原料液浓度11%(质量分数),停留时间33.3 min,此条件下可以获得平均粒径为85.3μm,收率为76.53%的头孢拉定连续结晶产品。