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结晶是一个古老的操作,在医药工业中已得到广泛的应用。医用最多的各种抗菌药物、维生素药物的生产,有95%使用了各种各样的结晶操作。
结晶产品的形成过程受到多种因素的影响,前人已经开展了许多相关研究,但这些研究主要侧重于操作条件,对材料性质的研究十分缺乏,而且目前研究主要局限于静态研究。
本课题即从材料性质入手,考察在流动状态下,药物晶浆在不同材料表面的结晶行为。先建立封闭的流动系统,通过改变实验段的材质及其表面形状研究它们对结晶行为的影响,并利用界面能理论和流体力学知识对实验结果进行理论分析。此外还考察了工艺条件如初始浓度、温度、pH值和流量对结晶行为的影响。最后,对材料表面不同形状的结晶动力学进行了研究。
主要结论如下:
①对药物晶浆结晶过程进行连续观察表明,酮洛芬晶体的生长在2小时内完成,而硫酸钙晶体则需6小时。
②对不同材质进行模拟实验,并测定了晶体与不同材质之间的界面能,结果表明,不同材质对结晶量和晶形有影响,结晶量顺序为:不锈钢>聚氯乙烯>聚乙烯;晶体长宽比顺序为:聚乙烯>聚氯乙烯>不锈钢;界面能顺序为:聚乙烯>聚氯乙烯>不锈钢。理论分析与模拟结果相符合。
③流体剪切应力对不同材质表面形状的结晶有影响,当剪切应力低于4.33N/m2时,光滑表面和鱼鳞表面结晶量基本一致;达到6.06N/m2时,两种表面的结晶量均减小,鱼鳞状表面降低幅度更大;当继续增大至7.96N/m2以后,结晶量无显著变化。并拟合出结晶量与剪切应力之间的关系式。剪切应力对晶体的尺寸和形态无显著影响。
④实验研究了几种因素对材料表面结晶行为影响。结果表明,聚乙烯的光滑表面和鱼鳞表面影响规律相似,各因素对鱼鳞状表面的影响程度大于光滑表面。
酮洛芬晶体结晶量随初始浓度的增加而增大,随温度、pH值以及流量的增大而减小。晶体尺寸随初始浓度的增加而变小,随温度的增大而变大;pH值以及流量对晶体尺寸和形状无显著影响。
硫酸钙晶体结晶量随初始浓度、pH值的增加而增大,随温度、流量的增大而减小。晶体尺寸随初始浓度增加而变小,随温度的增加而变大。pH值以及流量对晶体尺寸和形状无显著影响。
⑤对聚乙烯材质光滑表面的结晶动力学进行了研究,并通过鱼鳞表面引入形状校正因子对模型进行校正。