Hybrid reactive – cooling crystallization: A microwave enabled process for particle size and filtration tuning

Katsakioris, Athanasios; Κατσακιώρης, Αθανάσιος

dc.contributor.author	Katsakioris, Athanasios	el
dc.contributor.author	Κατσακιώρης, Αθανάσιος	en
dc.date.accessioned	2026-02-27T08:48:34Z
dc.date.available	2026-02-27T08:48:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63618
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.31313
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κρυστάλλωση	el
dc.subject	Μικροκύματα	el
dc.subject	Μέγεθος Σωματιδίων	el
dc.subject	Φιλτράρισμα	el
dc.subject	Έλεγχος μεγέθους σωματιδίων	el
dc.subject	Crystallization	en
dc.subject	Microwave Heating	en
dc.subject	Particle Size	en
dc.subject	Filtration	en
dc.subject	Particle size tuning	en
dc.title	Hybrid reactive – cooling crystallization: A microwave enabled process for particle size and filtration tuning	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Process Intensification	en
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-07-07
heal.abstract	Η κρυστάλλωση αποτελεί μια κρίσιμη αλλά απαιτητική διεργασία στη φαρμακευτική βιομηχανία, λόγω της ταυτόχρονης εμφάνισης φαινομένων όπως η πυρηνογένεση (nucleation) και η ανάπτυξη των κρυστάλλων (crystal growth), τα οποία επηρεάζουν καθοριστικά την κατανομή μεγέθους σωματιδίων (PSD), τη μορφολογία και το φιλτράρισμα των κρυστάλλων. Αν και οι στρατηγικές κρυστάλλωσης μέσω ψύξης (cooling crystallization) έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία σε πολλές περιπτώσεις, η εφαρμογή τους σε συστήματα κρυστάλλωσης μέσω αντίδρασης ή μεταβολής του pH είναι περιορισμένη, εξαιτίας της αυξημένης εξάρτησης από φαινόμενα μεταφοράς μάζας και των τοπικών βαθμίδων υπερκορεσμού. Η παρούσα εργασία εξετάζει μια υβριδική προσέγγιση κρυστάλλωσης, που συνδυάζει κρυστάλλωση μέσω αντίδρασης και ψύξης με χρήση μικροκυμάτων (MW), με στόχο την πιο αποτελεσματική διαχείριση του υπερκορεσμού. Το υπό μελέτη σύστημα αφορά ένα ενδιάμεσο δραστικό συστατικό (API intermediate), στο οποίο ο υπερκορεσμός προκαλείται μέσω προσθήκης πυκνού οξέος. Ο συνδυασμός ταχείας προσθήκης οξέος με ταχεία και ομοιόμορφη θέρμανση μέσω MW οδηγεί σε καταστολή της πυρήνωσης, ενίσχυση της ανάπτυξης μεγαλύτερων κρυστάλλων και βελτιστοποίηση της απόδοσης. Σημαντικά ευρήματα δείχνουν ότι για συνθήκες 95 °C και ρυθμό ψύξης 1 °C/min, η ειδική αντίσταση φιλτραρίσματος μειώθηκε κατά 88.4%, ενώ ο συνολικός χρόνος διεργασίας ήταν μικρότερος κατά 38.9% σε σύγκριση με την συμβατική προσέγγιση πολλαπλών σταδίων προσθήκης οξέος που επιτυγχάνει παρόμοια αποτελέσματα. Η προσέγγιση αυτή αποδεικνύεται πολλά υποσχόμενη για μια πιο ελεγχόμενη και σταθερή διεργασία κρυστάλλωσης.	el
heal.abstract	Crystallization is a critical yet challenging unit operation in pharmaceutical manufacturing, largely due to the interplay of nucleation and crystal growth phenomena, which are highly sensitive to process conditions and strongly influence particle size, morphology, and filterability. While cooling crystallization strategies have been effective in tuning particle properties, their application in reactive or pH-shift systems remains limited due to mass transfer constraints and uncontrolled supersaturation. This thesis investigates a hybrid crystallization approach that combines reactive and cooling mechanisms using microwave heating (MWH) technology. The case study focuses on an API intermediate for contrast agent production, where supersaturation is generated by acid addition. By coupling rapid acid dosing with uniform MWH-driven heating, the process effectively suppresses excessive nucleation, promotes crystal growth, and delivers improved control over particle size distribution (PSD) and filtration performance. Key findings indicate that microwave-assisted crystallization at 95 °C with a cooling rate of 1 °C/min led to an 88.4% reduction in specific cake resistance and a 38.9% shorter process time compared to conventional multi-step acid addition strategy that achieves similar results. These findings highlight the potential of MW-enabled hybrid crystallization as a robust and scalable alternative for optimizing reactive crystallization processes.	en
heal.sponsor	The research has received funding from the European Union’s Horizon research and innovation programs under Grant Agreement No 101058279 (SIMPLI-DEMO).	en
heal.advisorName	Stefanidis, Georgios	en
heal.advisorName	Στεφανίδης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Στεφανίδης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Χρόνης, 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	71 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false