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Abstract:
Die modellbasierte Auslegung und Optimierung von Kristallisationsprozessen rückt immer stärker in den Fokus der Industrie. Die akademische Forschung hat dazu in den letzten Dekaden sehr detaillierte und komplexe Theorien entwickelt, welche dabei als nützliches Werkzeug dienen können [1, 2]. Eine essentielle Information in den zur Beschreibung üblicherweise angewandten Populationsbilanzen ist die Geschwindigkeit, mit der die grundlegenden Mechanismen der Kristallisation ablaufen, zum Beispiel die Nukleations-, Wachstums- und Auflösekinetik. Allerdings sind bisher keine effektiven und universell anwendbaren Methoden zur Bestimmung der benötigten Parameter in den entsprechenden mathematischen Ansätzen dieser Kinetiken entwickelt worden. Die meisten sind apparativ und zeitlich aufwendig, nur für den Labormaßstab geeignet oder betrachten nur das Wachstum [2, 3]. Erschwerend kommt hinzu, dass eine Vielzahl der apparativen Gegebenheiten (z.B. Reaktormaterial und -typ, Rührergeometrie) sowie alle für die Kristallisation relevanten Prozessgrößen einen signifikanten Einfluss auf die interessierenden Kinetiken ausüben, was wiederholte Analysen bei jedem neuen Prozess, Versuchsstand oder auch nur bei veränderten Einbauten nahe legt.
Ein neuer Ansatz zur Bestimmung von Kristallisationskinetiken soll in diesem Beitrag anhand von mehreren Stoffsystemen diskutiert werden. Dazu werden Kühlungskristallisationen aus der Lösung durch verschiedene Methoden hinsichtlich der Veränderung ihrer Partikelgrößenverteilung während des Prozesses beurteilt. Durch diese Informationen und die dazugehörigen Temperatur und Konzentration in der Mutterlauge können die Parameter der Wachstums-, Nukleations- und Auflösekinetik, mit vergleichsweise wenigen Versuchen unter prozessnahen Bedingungen über einen breiten Parameterbereich bestimmt werden.
Referenzen:
[1] Randolph, A. D.; Larson, M. A., Theory of Particulate Processes, Boston, Academic Press Inc. (1988).
[2] Nývlt, J., The kinetics of industrial crystallization, Amsterdam, Elsevier (1985).
[3] Borchert, C., Topics in Crystal Shape Dynamics, Dissertation, Universität Magdeburg (2012).
