Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Chemical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

화학적 변형을 통한 살리실산의 결정화
 
Click here for the English version

화학적 변형을 통한 살리실산의 결정화

Overview

출처: 케리 M. 둘리와 마이클 G. 벤턴, 화학 공학부, 루이지애나 주립 대학, 배턴 루지, LA

생화학의 처리는 결정화, 초원심분리기, 막 여과 및 예비 염색체와 같은 단위 작동을 포함하며, 이 모든 것은 공통적으로 작은 분자에서 큰 것을 분리하거나 액체로부터 고체를 분리할 필요가 있습니다. 이들 중 결정화는 톤수 관점에서 가장 중요합니다. 이러한 이유로, 그것은 일반적으로 제약, 화학 및 식품 가공 산업에 사용. 중요한 생화학적 예로는 키랄 분리, 항생제 정제1개, 전구체로부터 아미노산2개 분리,3개 및 기타 많은 의약품,4-5가지 식품 첨가물,6-7 및 농약 정화등이 있습니다. 8 이러한 요인이 건조, 여과 및 고체 전달과 같은 다운스트림 처리 작업의 비용에 영향을 미치기 때문에 결정 형태 및 크기 분포의 제어는 경제성을 처리하는 데 매우 중요합니다. 결정화에 대한 자세한 내용은 전문 교과서 또는 단위 운영 교과서를 참조하십시오. 9

결정화기 단위(그림 1)는 (a) 고체 함량, 형태 및 결정 크기 분포에 대한 과포화 및 냉각/가열 속도와 같은 주요 파라미터의 효과를 연구할 수 있습니다. (b) 및 결정화 공정의 온라인 제어. 동요 속도 및 온도와 같은 조건을 변경하여 과포화를 제어할 수 있습니다. 결정화의 다른 분류는 냉각을 포함, 증발, pH 스윙과 화학 적 수정. 이 실험에서 오프라인 현미경은 생물학적 생물의 전형적인 크기 범위인 10-1000 μm의 크기에서 측정됩니다.

Figure 1
그림 1: P&ID 회로도(왼쪽)와 크리스탈라이저의 사진(오른쪽). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

본 실험에서는 기본인 염리실산(NaSAL)의 수성 용액의 신속한 반응으로부터 살리실산(SAL) (아스피린의 선구자)를 생성하고, 40~80°C에서 황산(H2SO4)을생성하여"화학적 변형"또는 "pH-swing" 결정화를 시연할것이다.

Na+SAL + 0.5 H2SO4 SAL (ppt) + Na+ + 0.5 SO42-

산제품 황산나트륨은 여전히 용해성입니다. 이 장치는 2개의 공급 탱크, 3개의 가변 속도(연동) 펌프, 결정화기(균일한 온도 및 농도근근상에 교반된 탱크, ~5L), 온도 제어를 위한 순환 용탕, 파워 컨트롤러, 제품 탱크 및 NaOH 용액을 사용하여 사료 재생을 위한 메이크업 탱크(원하는 경우)로 구성됩니다. 샘플은 잔류 용용 성살리산 이온에 대한 UV-Vis 분광계에 의해 분석될 것이며, 살리실산 결정 생성물은 건조및 계량될 것이다. pH 프로브를 사용하여 반응 조건이 변경될 때 정상 상태를 확인할 수 있습니다.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

혼합 서스펜션, 혼합 제품 제거(MSMPR) 결정화기는 연속 교반 탱크 반응기와 유사합니다 - 고체 및 액체 위상 모두의 완벽한 혼합이 가정된다. 산업용 결정화기는 MSMPR 동작에 거의 접근하지 않지만 이 개념은 벤치 및 파일럿 스케일 단위에 유용합니다. 이는 성장속도, G 및 핵화율,B0과같은 주요 파라미터를 쉽게 추정할 수 있는 방법을 제공하기 때문이다. 교반기와 같은 기존 결정 및 기타 고체 표면 모두 핵형성을 촉매한다. 결정의 수 밀도, n은 L, 1차 결정 치수에 대하여 확률 밀도이다. 따라서 n dL/(Σn dL)은 L에서 L+dL까지의 결정의 일부를 나타냅니다. 표준 텍스트에서 MSMPR 결정화기의 경우 n의 일반 인구 균형 모델의 솔루션은 다음과 같습니다.

Equation 1 (1)

여기서 B0은 몰/vol/time의 결정핵화 기능이고, G는 결정, dL/dt의 성장속도이다. 방정식(1)은 MSMPR에서 생성된 수 밀도에 대한 지수 분포를 예측합니다. 분포의 제로(결정 농도 관련) 및 첫 번째(크리스탈 평균 크기와 관련된) 모멘트(B0 및 G)를 사용하입니다.

Equation 2(2)
Equation 3(3)

여기서Cs는 슬러리에서 고체 결정의 농도이고, θ는 대략 공급 체피 유량으로 나눈 액체 부피이며, Equation 4 현미경으로 결정되는 수 기준으로 평균 길이인 체류 시간입니다.

따라서 MSMPR 결정화기의 경우, 성장 및 핵화 속도는 정상 제어 파라미터(교반 속도, 온도, 유량 등)에 의해 결정된다. 그러나 분포는 항상 기하급수적이어야 하며, 기하급수분포의 편차는 고체 또는 액체의 불완전한 혼합을 나타냅니다. MSMPR(교반 탱크) 결정화기는 결정 크기의 지수 분포를 제공하기 때문에 산업 결정화에 적합하지 않지만 대부분의 응용 분야에서는 상대적으로 좁은 가우시안, 제품 균일성에 대한 분배가 요구된다. 그것의 연구는 관련 있기 때문에: (a) 그것은 거의 항상 더 큰 결정화 설계의 요소입니다; (b) 상화 및 성장 및 핵화 속도의 정도가 원시 데이터로부터 쉽게 추출될 수 있기 때문에 벤치 스케일 및 파일럿 플랜트 작업에 이상적입니다. 및 (c) 형상을 결정 크기 분포에 연결할 수 있는 가장 쉬운 예입니다.

일정한 온도 및 교반기 속도의 경우 B0과 G는 결정화를 위한 질량 전달 원동력인 초포화 ΔC와 직접 관련이 있습니다:12

Equation 5 (4)

힘 b와 g는 시스템마다 다르며 넓은 범위(예: 1-7.2)에 따라 달라질 수 있습니다. 12

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

유기 (살리실산, NaSAL) 및 산 (황산, 0.25 M = 0.50 N) 용액은 결정화기에게 공급됩니다. NaSAL, 살리실산 또는 용액 및 0.25 M 황산을 취급할 때 라텍스 장갑을 착용하십시오.

전체 시스템은 도 1의인터페이스와 유사한 인터페이스를 가진 상용 분산 컨트롤러를 사용하여 PC에서 제어됩니다. 모든 온-오프 또는 3방향 솔레노이드 밸브 및 컨트롤러 세트 포인트는 이 인터페이스를 사용하여 작동하고 변경할 수 있습니다. 회로도는 장치와 관련된 아날로그 값(유량, 온도)의 추세를 보여줍니다.

1. 결정화기 시작

실행이 시작될 때 모든 연속 컨트롤러는 수동 모드여야 하며 모든 솔레노이드 밸브는 닫히거나(온-오프) 또는 재활용(3way) 모드여야 합니다.

  1. 결정화기가 물과 살리실산 슬러리와 함께 교반 탱크에 표시된 오버플로 레벨(~4.15 L)으로 가득 차 있는지 확인하십시오(결정화에서 슬러리는 종종 "마그마"라고 합니다). 가득 하지 않을 경우 추가 포트를 통해 이들을 추가 합니다.
  2. 결정화기와 목욕과 펌프에 대한 열수 제용에 대한 교반기를 켭니다.
  3. 목욕 온도에 대한 온도 조절기를 AUTO로 설정하고 원하는 온도로 설정점을 설정합니다. 권장 온도는 50°C 결정화기의 경우 ~53°C입니다.
  4. 인터페이스(예: 30% 개방)를 사용하여 펌프 속도를 설정합니다. 피드의 농도를 알면 방정식(1)에 따라 스토이치오메트릭 동등성에 대한 유량을 설정합니다.
  5. 제품 탱크가 가득 차 있지 않고 드레인 밸브가 닫혀 있는지 확인합니다.
  6. 분광계 장비를 전원을 공급하고 제어 콘솔에 제공된 링크와 통신을 설정합니다. 분광계 절차는 운영 매뉴얼(SpectraSuite)에 자세히 설명되어 있습니다. 분광기의 교정이 제공됩니다.

2. 결정화기 작동

  1. 원하는 유량을 달성하기 위해 필요에 따라 펌프 출력을 올립니다. 산용액의 경우 ~ 25~35mL/min입니다. NaSAL의 경우, 스토이치오메트릭 동등성에 의해 결정됩니다.
  2. 두 3방향 밸브모두에서 피드 모드로 전환합니다. 이것은 실험에 대 한 시간 제로.
  3. 오버플로 라인을 주기적으로 확인합니다. 특정 조건에서 차단될 수 있습니다. 그렇다면, 제품 탱크에 들어가는 라인을 꺼내기 위해 강철 튜브 조각을 사용합니다.
  4. 입피류를 사용하여 시료 포트를 통해 결정화기에서 직접 5개의 샘플을 수집하고 15mL 테스트 또는 원심분리기 튜브로 이송합니다. 약 10-15 분 간격으로 샘플의 두 세트를 가져 가라.
  5. 두 개의 다른 넓게 간격이 있는 거주 시간에 반복하여 tau 체적 유량을 변화시킴으로써(거주 시간)를 제어하지만, 스토이치오메트릭 동등성을 유지한다.

3. 결정화기 종료

  1. 시스템을 종료하려면 3방향 밸브를 재활용하도록 설정하고 펌프 출력을 0%로 설정합니다.
  2. 온도 컨트롤러를 0% 출력으로 수동으로 반환하고 펌프, 교반기 및 열열식 목욕을 차단합니다.
  3. 분광계를 사용하는 경우 램프를 차단하는 것을 기억하십시오.

4. 분석

용존 된 NaSAL 및 살리실산 농도는 UV/Vis 분광법에 의해 동시에 측정될 수 있습니다. 용존살리산과 살리실산의 흡수도는 동일한 염색체가 관찰되기 때문에 첨가제를 가정할 수 있다. 부록 A에는 추가 지침이 포함되어 있습니다. 살리실산 농도는 또한 kg/m3 슬러리의 단위로 중력으로 결정될 수 있다.

  1. 원심 분리기 15 mL 튜브를 5 분 동안 원심 분리하고 탈수하여 회수 된 액체 샘플의 양을 기록합니다. 탈캔화된 액체는 NaSAL 분광광측정 분석에 사용될 수 있다.
  2. 대류 오븐에서 고체를 들어 있는 테스트 튜브를 70ºC에서 2일 동안 똑바로 말리십시오.
  3. 계량하고 튜브를 청소한 다음 다시 계량하기 전에 잠시 다시 건조하여 결정의 무게를 얻습니다.

산업 결정화는 화합물 및 혼합물의 분리 및 정제를 위해 적용됩니다. 경제적인 시스템을 설계하려면 다양한 매개 변수를 연구해야 합니다. 결정화는 키랄 화합물과 아미노산의 분리, 또는 항생제, 식품 첨가제 및 농약 화합물의 정화에 사용됩니다. 결정화의 다른 수단은 냉각, 화학 적 변형, 증발 또는 pH 스윙을 포함한다. 결정화기는 냉각 및 속도 또는 과포화와 같은 결정 적 개발에 영향을 미치는 주요 매개 변수를 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 현미경으로, 결정 크기 및 형태는 관찰된 각종 요인의 및 종속성을 감시할 수 있습니다. 이 실험에서 살리실산 나트륨은 황산과 반응하여 아스피린의 선구자인 살리실산의 침전으로 이어집니다. 샘플은 UV vis, 중력 분석 및 현미경 검사법에 의해 분석됩니다. 이 비디오는 결정화기 장치의 개념, 분석 및 적용을 보여줍니다.

결정화기의 확장의 경우 주요 매개 변수를 추정하는 것이 중요합니다. 이들은 MSMPR 단위를 사용하여 공부할 수 있습니다. 산업용 결정화기는 MSMPRs처럼 작동하지만 이 개념은 여전히 벤치 및 파일럿 스케일 유닛과 관련이 있습니다. MSMPR 결정화기는 연속적인 교반 탱크 반응기와 유사합니다. 그것은 고체 와 액체 위상의 완벽한 혼합을 가정합니다. MSMpR은 또한 출생 기능 및 결정 성장 속도로 알려져 있는 결정 핵화 속도와 같은 주요 결정화 파라미터를 평가하기 위하여 이용됩니다. 핵화는 반응기의 벽과 같은 기존 결정 및 고체 표면에 의해 촉매화된다. MSMPR 결정화기의 일반 인구 균형 모델은 결정의 수 밀도 N을 산출하며, 이는 1차 결정 치수인 L에 대하여 확률 밀도이다. MSMPR에서 숫자 분포는 지수 분포가 될 것으로 예상됩니다. 출생 기능 및 성장률은 이 분포의 제로 및 첫 번째 순간을 사용하여 결정될 수 있습니다. 가장 중요한 것은, 그들은 또한 결정화의 질량 전달 원동력인 과포화와 관련될 수 있으며, 이는 차례로 동요 속도와 온도에 의존한다. 일정한 온도 및 교반기 속도의 경우, 출생 기능과 성장 속도 모두 과포화와 직접 관련이 있으며, B와 G의 힘은 선형 회귀에 의해 결정될 수 있다. MSMPR 모델에 따르면, 결정의 수 밀도는 길이로 기하급수적으로 감소합니다. 기하급수 분포의 편차는 고체 또는 액체의 불완전한 혼합을 의미합니다. 산업 응용 분야에서는 지수가 아닌 결정 크기의 비교적 좁은 가우시안 분포가 필요합니다. 그럼에도 불구하고 MSMPR 모델은 특히 파일럿 플랜트에서 성장과 출산율의 결정뿐만 아니라 원시 데이터에서 인한 과포화 정도를 결정할 수 있으므로 여전히 유용합니다. 이제 MSMPR 모델에 익숙해지면 실험에 개념을 적용해 보겠습니다.

살리실산 나트륨 및 황산 용액을 취급할 때 적절한 PPE를 착용하십시오. 나중에 사용할 살리실산의 기본 물리적 특성을 적어 둡니다. 시작하기 전에 결정화 시스템에 익숙해지십시오. 이 장치는 2개의 공급 탱크, 가변 속도 펌프, 5리터 결정화기 교반 탱크, 온도 제어를 위한 순환 용 목욕탕, 파워 컨트롤러, 제품 탱크 및 수산화나트륨 용액을 사용하여 사료 재생을 위한 메이크업 탱크로 구성됩니다. 이 시스템은 분산 제어 시스템과 그래픽 인터페이스를 사용하여 작동하며, 밸브를 작동하여 온도와 흐름을 제어할 수 있습니다. 유량과 온도의 추세를 제공하는 회로도 출력도 사용할 수 있습니다.

모든 연속 컨트롤러가 수동 모드로 설정되어 있는지 확인하고 모든 솔레노이드 밸브가 폐쇄, 양방향 또는 재활용, 3방향 모드에 있는지 확인합니다. 결정화기는 교반 탱크에 표시된 대로 약 4.15 리터의 오버플로 레벨까지 물과 일부 살리실산 슬러리가 가득 차 있는지 확인하십시오. 탱크가 가득 하지 않은 경우 추가 포트를 사용 하 여 물과 살리실산을 추가 합니다. 결정화기와 열면 목욕 및 펌프에 대한 교반기를 켭니다. 목욕 온도에 대한 온도 조절기를 자동으로 설정하고, 원하는 온도로 설정 점을 설정, 일반적으로 섭씨 50도 결정화기의 경우 섭씨 약 53도. 펌프 속도를 설정하여 산용액을 위해 분당 약 25~35밀리리터를 제공합니다. 살리실산 나트륨의 경우, 유량은 stoichiometric 등가물에 의해 결정됩니다. 알려진 공급 농도를 사용하여 스토이치오메트릭 등가물의 유량을 설정합니다. 제품 탱크가 가득 차 있지 않고 드레인 밸브가 닫혀 있는지 확인하십시오. 이어서, 분광계를 켜고, 제어 콘솔에 제공된 링크를 사용하여 장치 간의 통신이 확립되어 있는지 확인한다.

두 방향 밸브모두에서 피드 모드로 전환합니다. 이렇게 하면 실험의 시간 0이 설정됩니다. 오버플로 라인을 주기적으로 확인하여 막힘도 확인합니다. 막힘이 감지되면 제공된 구멍을 사용하여 제품 탱크에 들어가는 라인을 리모컨하여 강철 튜브 를 사용합니다. 1시간 후, 입이 넓은 파이펫을 사용하여 결정화기의 샘플 포트에 삽입합니다. 충분한 샘플을 수집하여 5개의 미리 계량된 15밀리리터 원심분리기 또는 테스트 튜브를 채웁니다. 두 세트의 샘플을 10~15분 간격으로 채취하십시오. TOW를 제어하고 두 개의 다른 널리 간격의 거주 시간에 맞게 조정하기 위해 체적 유량을 변화시합니다. 스토이치오메트릭 등가물을 유지하고 이전과 같이 샘플을 수집합니다. 완료되면 펌프 출력을 0%로 설정하여 재활용할 3방향 밸브를 설정합니다. 온도 컨트롤러를 0% 출력으로 수동으로 반환하고 펌프, 교반기 및 열열식 목욕을 차단합니다.

살리실산 이온 농도는 UV 비스를 사용하여 결정될 수 있으며 고체 살리실산 농도는 미터 당 킬로그램으로 중력적으로 결정될 수 있다. 분석 하기 전에, 첫 번째 원심 분리기 5 분 동안 샘플 및 액체를 decant. 검색된 샘플의 총 볼륨을 기록합니다. 주어진 세트에서 액체 샘플을 결합하고 50 ~ 100 배 희석하십시오. 액체의 경우 UV vis 분광계를 사용하여 살리실산 나트륨과 살리실산의 흡수도를 측정합니다. 흡광도는 두 샘플 모두에 대해 동일한 염색체가 검출되기 때문에 첨가제로 가정됩니다. 중력 측정을 위해 원심분리기 또는 테스트 튜브에 남아 있는 고체를 사용하십시오. 2일 동안 대류 오븐에서 튜브를 똑바로 말리십시오. 그런 다음 냉각 된 시험 관을 재계량하여 결정의 무게와 리터 당 킬로그램의 농도를 결정합니다. 마지막으로, 현미경을 사용하여 바늘 모양의 살리실산 결정의 길이 분포를 결정합니다.

모든 실행에 대한 고체 결정 농도를 측정하여 중력 방법을 통해 계산합니다. 살리실산에 질량 균형을 생성합니다. 그런 다음, 과포화 및 체류 시간을 계산합니다. 다음으로, 제품의 두더지, 사료 및 용존살리산염 생성물의 두더지를 사용하여 사료 및 제품 기준으로 결정한다. 결정 농도, 결정 치수 및 거주 시간을 사용하여 출생 기능 및 성장 속도를 해결하십시오. 그런 다음 로그 함수의 선형 회귀를 통해 G와 B의 힘을 추정합니다. 다음은 섭씨 50도에서 결정화의 예입니다. B의 힘은 G보다 두 배 나 크며, 이는 과포화가 성장률보다 출산율에 더 많이 영향을 미치고 있음을 나타냅니다. 이러한 능력은 과포화가 변경되지 않으면 확장에 사용됩니다. 다른 실험과의 비교는 메이크업 물에 부적절한 혼합, pH 및 이온 불순물과 같은 성장 및 출생 기능에 영향을 미치는 요인을 식별할 수 있습니다.

산업 결정화는 다양한 화합물의 분리 및 정제를 위해 제약, 화학 및 식품 가공 산업에 널리 적용됩니다. 다나졸은 자궁내막증 치료에 사용되는 합성 스테로이드입니다. 다른 많은 제약 화합물과 마찬가지로, Danazol은 소수성 이며 물에 제대로 용해. 따라서, 원시 Danazol 제품은 처음에 에탄올에 용해된 다음 순수하고 작은 입자 크기의 제품 결정을 생성하는 일부 물과 혼합하여 재결정됩니다. 산업화 결정화기는 리소좀의 생산에 사용될 수 있다. 이 장치는 열 교환기 주변의 펌프를 적용하여 매우 좁은 결정 크기의 분포를 생성하도록 설계될 수 있으며, 이는 가장 작은 결정을 용해시키기 위해 온도를 약간 높입니다. 크기 분포는 말단 속도에 기초하여 결정 입자를 분리하여 조절될 수 있다. 이 개념은 또한 무기 염의 결정화에 응용 프로그램을 찾습니다.

당신은 방금 조브가 산업 결정화에 대해 소개하는 것을 지켜보았습니다. 이제 MSMPR 결정화기 모델, 결정화 장치를 작동하는 방법 및 결과를 분석하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

도 2는 상대적으로 고속 및 낮은 공급 농도에서도 이상적인 MSMPR의 결정 크기 분포로부터 적당한 편차를 제안하는 대표적인 데이터를 제시합니다.

Figure 2
그림 2. 0.16 M NaSAL 피드, 540 rpm, 60 ° C에 대한 크리스탈 크기 분포

이 실험에서 형성하는 결정은 전형적으로 바늘 모양이고, 길이 분포는 현미경으로 결정될 수 있다. 일반적인 결정의 크기 치수(미크론)를 가진 샘플 길이는 도 3에도시된다. 결정의 정상 및 바람직한 범위는 100-1000 미크론입니다.

Figure 3
그림 3. 확대 된 살리실산 결정. 크기는 미크론에 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

MSMPR 결정화기(1-4)의 방정식을 가정하고, 살리실산에 질량 균형을 이용하여, 마그마(CSAL)에서고체 결정의 농도를 실행, 거주 시간(θ), 성장속도 기능 G, 수성 단계 ΔC의 과포화량, 핵작용 기능B0,및 결정된 제품 모두에 대한 결정된 결정된 제품 모두에 대한 결정된 결정된 제품. G 함수는 크기 분포를 사용하여 방정식(3)에서 계산되었습니다. 그리고 과포화 및 질량 균형 방정식은 다음과 같습니다.

Equation 6 (5)

Equation 7 (6)

여기서 Q1은 NaSAL 용액의 체적 유량이고,Qt는 총 체적 유량이고, (CNaSAL)0은 1분기에나살의 사료 농도이고, CNaSAL 및 CSAL은 각각 수용성 살리실산 및 결정의 제품 농도이다. Ceq는 살리실산의 평형(inter면) 농도로, 이는 본 데모에 사용되는 온도 범위에 대해 ~2.2g/L이었다.

수율은 피드 기준으로 다음과 같이 정의되었습니다.

Equation 8 (7)

그리고 제품 전용으로 다음과 같이:

Equation 9 (8)

살리실산질량균형의 %오차가 크면 CSAL 또는 CNaSAL이 모두 정확하게 측정하기 어렵기 때문에 오류가 발생할 수 있습니다. Y1 및 Y2의 값을 살펴보면(보다 합리적인 추세를 제공함)을 확인하여 오류의 기본 소스를 결정할 수 있습니다.

G 및 B0의값에서 방정식(4)의 힘 "g" 및 "b"는 선형 회귀를 사용하여 추정하였다. Franck 외.는 고도의 멸균 조건과 높은 교반기 속도를 사용하여 이 시스템11에 대해 ~3 및 "b"의 전력 "g"를 보고합니다. 실험 능력 "g"와 "b"와 Franck 외의 차이점을 결정하는 것은 성장 및 핵화 기능에 영향을 줄 수 있는 요인을 식별하는 데 유용합니다. 0.35M(NaSAL) 및 0.25M(H2SO4)의사료 농도를 가진 50°C 결정화를 위한 대표적인 데이터가 표 1에 도시된다.

표 1. 결정화 데이터

유량, mL/분 τ Equation 4 C나살 CSAL Y1 Y2
비음 H2SO4 밀리미터 mol/L g/mL % %
119 59.5 23.3 700 0.063 0.022 69 72
85 42.5 32.6 876 0.059 0.026 81 76
51 25.5 54.3 1190 0.055 0.026 81 77

이러한 데이터는 또한 G 및 B0을 해결하기 위해 사용되었고 선형 회귀는 선형 방정식(4)을 사용하여 "g" 및 "b"의 힘을 결정하기 위해 수행되었다. 로그 함수의 선형 회귀(예는 도 4에도시됨)를 g = 1.1 및 b = 2.4로 부여하였다. 힘의 추세(bg의 약 2배)는 프랑크 등에서 관찰된 것과 동일했지만, 힘 자체는 크게 달랐고, 초도에 대한 의존도는 훨씬 작았다. 이는 ΔC 이외의 요인이 부적절한 혼합, 상대적으로 높은 pH(pH의 사료는 2.2-2.4 사이), 물에 도입된 이온 불순물(시공급)과 같은 성장 및 핵화율에 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 이러한 실험 능력은 ΔC 이외의 이러한 요소가 파일럿 규모와 산업 설계 모두에 존재하기 때문에 모든 스케일 업 계산에 사용됩니다.

Figure 4

그림 4. 초포화 ΔC의 함수로서 성장률 G의 선형 회귀

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

이 실험은 원시 농도, 흐름 및 온도 측정을 취하고 MSMPR 이론을 사용하여 크고 복잡한 결정화기 시스템을 설계하는 데 필요한 주요 매개 변수를 추정하는 방법을 보여 주어. 높은 결정 수율을 얻고 결정의 평균 크기를 제어하는 데 거주 시간이 수행하는 중요한 역할이 탐구되었습니다. 종종 매우 큰 결정이 바람직하지 하기 때문에 최적의 체류 시간이 있다. 혼합도 마찬가지입니다 - 혼합은 고체 결정이 바닥에 침전되는 것을 막기에 충분해야 하지만 동시에 교반기 속도는 종종 상당한 작동 비용입니다.

입자 응집로 인한 부분 적인 막힘, 불완전한 혼합으로 인한 균일한 초화를 얻는 데 어려움, 안정된 상태에 도달하는 데 오랜 시간이 걸리는 등 이 유닛에서 종종 경험한 문제 중 일부는 잘 설계된 산업 결정화기에도 일반적입니다. 제조업체의 문학에서 볼 수있는 결정화 설계가 종종 놀랍게도 복잡한 이유입니다.

이 과정은 만성 간 부전을 치료하는 데 사용되는 L-ornithine-L-aspartate와 같은 다른 생물학적 생물학적 결정화와 유사합니다. 5 전구체 L-ornithine 염산염은 > $300/kg의 비용이 들며 재활용이 어렵기 때문에 높은 결정 수율에 대한 설계가 중요합니다. 항솔매제의 예는, pH 스윙과 는 반대로, 생물학적 결정화는 자궁내막증을 치료하는 데 사용되는 합성 스테로이드인 다나졸의 정제이다. 13 많은 약물은 물에 가난한 용해도와 소수성입니다. 생 다나졸 제품을 에탄올로 용해한 다음 물과 혼합하여 다시 결정화함으로써 더 순수하고 작은 입자 크기의 결정 제품을 얻을 수 있다. 단백질의 결정화는 또 다른 중요한 응용 분야, 리소지메 생산되는 한 가지 예입니다. 14

산업용 결정화기는 미세 제거(예: 가장 작은 결정을 용해하기 위해 온도를 약간 올리는 펌프 주변 열교환기) 및 크기 분류(예: 터미널 속도에 기초하여 입자를 분리하여 인구 중 가장 큰 입자만 수집하는 "용출 다리")의 적용을 통해 매우 좁은 결정 크기 분포를 생성하도록 설계될 수 있습니다. 이러한 설계 개념은 무기 염 결정화를 위해 개발되었지만 지금은 생물학적 영역으로 이동하고 있습니다.

재료 목록

이름 회사 카탈로그 번호 코멘트
교반기, 150 W 카프라모 () BDC 3030 원자로에
순환 히터 네슬랩 RTE 110 원자로용 0-100°C
연동 펌프 (2) 콜 파머 마스터플렉스 L/S 7550-60, 1.6-100 rpm, 0.1마력 NaSAL 및 H2SO4 피드모두
원심 펌프 콜 파머 7553-00, 6-600 rpm 제품 재활용용
UV-비스 분광포토미터 오션 옵틱스 USB 2000 용해성 NaSAL 분석용
UV-Vis 전원 공급 장치 오션 옵틱스 DT1000 CE USB 2000과 함께 사용

부록 A – 분광기 사용

  1. SpectraSuite 소프트웨어를 엽니다. 소스의 UV 램프와 VIS 램프를 모두 켭타보세요. 사용 후 램프를 끄십시오. 획득 모드를 범위(도구 모음의 파란색 S 버튼)로 설정합니다.
  2. 도구 모음에서 통합 시간을 250ms로변경하고 스캔은 평균 25로, Boxcar 너비를 2로변경합니다. 스트로브/램프 사용, 전기 다크 보정스트레이 라이트 보정용상자를 확인합니다.
  3. 어두운 스펙트럼 및 참조 스펙트럼 파일을 준비합니다. 분광계에는 다크 스펙트럼 파일과 참조 스펙트럼 파일의 생성이 필요합니다.
    1. DI 물로 채워진 테스트 튜브에 프로브를 담급하십시오.
    2. 다크 스펙트럼 파일을 만들려면 광원(흰색 상자)에서 프로브를 분리합니다. 그래프는 x축을 거의 추적해야 합니다. 새로 만든 다크 스펙트럼을저장하려면 회색 전구를 클릭한 다음 파일 -> 스토어 -> 스토어 다크 스펙트럼을 클릭합니다.
    3. 참조 스펙트럼 파일을 만들려면 프로브 연결을 광원에 다시 연결합니다. SpectraSuite의 그래프에 일부 피크가 나타납니다. 이 참조 스펙트럼을저장하려면 노란색 전구를 클릭한 다음 파일-> 저장소 -> 저장소 참조 스펙트럼을 클릭합니다.
    4. 모든 설정(예: 통합 시간 등)이 변경되면 다크 스펙트럼과 참조 스펙트럼을 모두 다시 생성해야 합니다.
    5. 범위에서 흡광도(A) 모드로 전환합니다. NaSAL 용액의 경우 흡광도는 ~300 -330 nm에서 관찰되어야 합니다.

정량화는 NaSAL/살리실산 용액이 맥주-램버트 법칙을 따르는 경우에만 가능합니다(A는 "선형영역"에 있습니다). 살리실산 이온의 경우 이 영역은 a < ~0.9 -1이다. 과거의 결과를 감안할 때, 이 기준은 NaSAL 솔루션이 정량화를 위해 0.05 g/L 이하로 희석되어야 한다는 것을 시사합니다. 그런 다음, 알 수 없는 용액은 적절히 희석된 표준 용액의 흡수와 비교하여 정량화될 수 있다.

Equation 10

여기서 C는 농도, 흡수도, "u"알 수 없음, "s"NaSAL의 표준 용액이다. 두 "u"와 "s"는 선형 범위 내부에 흡광도를 표시해야 합니다.

분광법에서 흡수도는 화학 물질의 종류와 농도, 유체의 경로 길이의 두 가지 요인에 따라 달라집니다. 희석에 의해 농도를 변경합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. C. Wibowo, L. OYoung and K.M. Ng, Chem. Eng. Prog., Jan. 2004, pp. 30-39.
  2. W.J. Genck, Chem. Eng. Prog., Oct. 2004, pp. 26-32.
  3. S. Takamatsu and D.D.Y. Ryu, Biotechnol. Bioeng., 32, 184-191 (1988).
  4. F. Wang and K.A. Berglund, Ind. Eng. Chem. Res., 39, 2101-2104 (2000).
  5. Y. Kim, S. Haam, Y.G. Shul, W.-S. Kim, J.K. Jung, H.-C. Eun and K.-K. Koo, Ind. Eng. Chem. Res., 42, 883-889 (2003).
  6. K. Hussain, G. Thorsen and D. Malthe-Sorenssen, Chem. Eng. Sci., 56, 2295-2304 (2001).
  7. H. Gron, A. Borissova and K.J. Roberts, Ind. Eng. Chem. Res., 42, 198-206 (2003).
  8. F. Lewiner, G. Fevotte, J.P. Klein and F. Puel, Ind. Eng. Chem. Res., 41, 1321-1328 (2002).
  9. For example:  W.L. McCabe, J.C. Smith, and P. Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, 7th Ed., McGraw-Hill, New York, 2005, Ch. 27, or C.J. Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, 3rd Ed., 1993, Ch. 12.
  10. P. Barrett, Chem. Eng. Prog., Aug. 2003, pp. 26-32.
  11. R. Franck, R. David, J. Villermaux and J.P. Klein, Chem. Eng. Sci., 43, 69-77 (1988).
  12. J. Garside, Chem. Eng. Sci., 40, 3-26 (1985).
  13. H. Zhao, J.-X. Wang, Qi-An Wang, J.-F. Chen and J. Yun, Ind. Eng. Chem. Res. 46, 8229-8235 (2007).
  14. J.S. Kwon, M. Nayhouse, G. Orkoulas and P.D. Christofides, Ind. Eng. Chem. Res., 53, 15538-15548 (2014).

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter