Population balance modeling of growth and agglomeration of crystals in racemic mixtures

Loppinet, Elise Marie Nicolette

dc.contributor.author	Loppinet, Elise Marie Nicolette	en
dc.date.accessioned	2018-10-22T10:32:35Z
dc.date.available	2018-10-22T10:32:35Z
dc.date.issued	2018-10-22
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47826
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16075
dc.rights	Default License
dc.subject	Growth	en
dc.subject	Ανάπτυξη	el
dc.subject	Συσσωμάτωση	el
dc.subject	Ισοζύγια πληθυσμών	el
dc.subject	Διάσπαση	el
dc.subject	Ρακεμικά μίγματα	el
dc.subject	Agglomeration	en
dc.subject	Population balances	en
dc.subject	Breakage	en
dc.subject	Racemic mixtures	en
dc.title	Population balance modeling of growth and agglomeration of crystals in racemic mixtures	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Chemical engineering	en
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-09
heal.abstract	Crystallization is a separation technique present in multiple applications ranging from industrial applications in the food, petroleum and pharmaceutical industries. It is used both in the production of pharmaceutical molecules and the purification, stabilization and definition of the desired properties of the final product. When the compounds are enantiomeric where the presence of one enantiomer may affect the properties of the other, it is important to have processes capable of separating the enantiomers, or ideally, only producing one enantiomer. During crystallization, four sub-mechanisms usually take place i.e. nucleation, growth-dissolution, breakage and agglomeration. While the first three of these mechanisms have been modelled extensively, agglomeration has often posed difficulties in solving and therefore despite its important effect on particle size it is often considered negligible. In most processes however, far from being negligible, agglomeration is of utmost importance. For example, it is of particular importance in Viedma ripening, a process during which a racemic mixture, i.e. a solution containing both enantiomers of a compound, attains enantiopurity through grinding of the crystals. The aim of this thesis was to create a mathematical model capable of describing a system in which agglomeration is an active mechanism alongside growth and breakage, using population balances. The model was built and solved using the Comsol Multiphysics software package. Using this model the effect of agglomeration during crystallization was elucidated, while its interplay with growth and breakage where also studied. When growth and agglomeration are included in the model, the number of particles present in the solution decreases over time while the average particle size increases. Additionally the total crystal mass in the solution increases over time. While both growth and agglomeration lead to larger particles, growth alone cause the increase in crystal mass, while agglomeration is the cause of the change in crystal number. After an analysis of the growth rate and agglomeration parameters, a breakage rate was added to the model. The larger the breakage rate the higher 5 the number of particles in the solution at the end of the simulation. The average particle size decreased with the presence of the breakage sub-mechanism.	en
heal.abstract	Η κρυστάλλωση αποτελεί μέθοδο διαχωρισμού που χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς , όπως τις βιο μηχανίες τροφίμων, καυσίμων και φαρμάκων . Στην φαρμακοβιομηχανία, η κρυστάλλωση χρησιμοποιείται τόσο για την παραγωγή φαρμακευτικών σκευασμάτων, όσο και για την απομάκρυνση προσμίξεων, την σταθεροποίηση και για να προσδώ σει συγκεκριμένες ι διότητες στο τελικό προϊόν. Στη βιομηχανία τροφί μων, η κρυστάλλωση επηρεάζει τη γεύση και την υφή πολλών προϊόντων που καταναλώνονται καθημερινά από το αλάτι ως το παγωτό, στο οπ οίο μικροί κρύσταλλοι πάγου προσ δίδουν την επιθυμητή κρεμώδη υφή. Κρυστάλλωση λαμβάνει χώρα όταν κρύσταλλοι σχηματίζονται από ένα υπέρκορο ή ένα υπόψυκτο διάλυμα. Είναι γενικώς αποδεκ τό στην βιβλιογραφία ότι τέσσερ ις βασ ικοί μη χανισμοί συμμετέχουν στη διεργασία. Αυτοί είναι η πυρήνωση ( nucleation ) , η ανάπτυξη ( growth ) , η διάσπαση λόγω ανάδευσης ( breakage ) και η συσσωμάτωση ( agglomeration ) . Ενώ οι πρώτοι τρεις μηχανισμοί έχουν μελετηθεί και μοντελοποιηθεί εκτενώς, η συσσωμάτωση συχνά δημιουργεί προβλήματα στην επίλυση των μοντέλων, και έτσι έχει θεωρηθεί αμελητέα, παρά την σημαντική επίδραση που μπορεί να έχει στο τελικό μέγεθος των κρυστάλ λων. Σε κάποιες διεργασίες μάλιστα, η συσσωμάτωση είναι τεράστιας σημασίας. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η ωρίμανση Viedma ( Viedma Ripening ) κατά την οποία από διάλυμα μίγματος δυο εναντιομερών μίας ένωσης προκύπτει ένα εναντιοκαθαρό μίγμα. Ο στόχος της παρ ούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η δημιουργία ενός μοντέλου ικανού να περιγράψει ένα σύστημα στο οποίο η συσσωμάτωση είναι μηχανισμός που επιδρά στο μέγεθος των κρυστάλλων κάνοντας χρήση ισοζυγίων πληθυσμών. Το μοντέλο κατασκευάστηκε και επιλύθηκε με την χ ρήση του λογισμικού Comsol Multiphysics . Χρησιμοποιώντας το μοντέλο, διευκρινίστηκε ο ρόλος της συσσωμάτωσης στην διεργασία της κρυστάλλωσης. Επιπλέον εξετάστηκε η αλληλεπίδραση της συσσωμάτωσης με τους υπόλοιπους υπο - μηχανισμούς της κρυστάλλωσης και συγκε κριμένα τη διάσπαση και την ανάπτυξη	el
heal.advisorName	Boudouvis, Andreas	en
heal.committeeMemberName	Theodorou, Doros	en
heal.committeeMemberName	Τζαμτής, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	73 σ.
heal.fullTextAvailability	true