Computational fluid dynamics modeling of mixing effects for crystallization in coaxial nozzles

Pirkle, C.; Foguth, Lucas C.; Brenek, Steven J.; Girard, Kevin P.; Braatz, Richard D.

doi:10.1016/j.cep.2015.07.006

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“…This will be done as a part of a more thorough analysis of kinetics of crystal growth which will be the subject of further research. In that case, the CFD model will be upgraded with population balance equations to describe spatially inhomogeneous process of crystallization 33.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Connection of Hydrodynamics and Nucleation Kinetics in Dual‐Impeller Crystallizers

et al. 2021

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The influence of hydrodynamic conditions in dual‐impeller crystallizers at different impeller spacings on nucleation kinetics was investigated. Dual‐pitched‐blade turbine (2 PBT) and dual‐straight‐blade turbine (2 SBT) impeller configurations were used. To analyze hydrodynamic conditions at different impeller spacings, a computational fluid dynamics model was developed and validated by experimentally determining mixing time and power input. Results show that nucleation kinetics in the 2 SBT impeller system is affected by the characteristic microscale parameters. The same was not observed in the 2 PBT impeller system. Also, as a consequence of higher shear stress values, smaller but less agglomerated crystals were obtained in 2 SBT impeller systems.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Connection of Hydrodynamics and Nucleation Kinetics in Dual‐Impeller Crystallizers

et al. 2021

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“…Alguns esforços já foram realizados no sentido de modelar e simular o fenômeno de micromistura em cristalizadores (Marchisio et al, 2001 a, b;Woo et al, 2009;Pirkle et al, 2015). No entanto, nos trabalhos destes autores a simulações foram conduzidas em geometrias bidimensionais, considerando as propriedades da mistura médias e constantes.…”

Section: Ufscar -São Carlos -Sp 16 a 19 De Julho De 2017unclassified

“…Os dados cinéticos e de solubilidade da lovastantina foram baseados na literatura (Pirkle et al, 2015) Foram consideradas três razões mássicas de alimentação (razão entre as vazões mássicas de água e solução) iguais a 0,5, 1 e 1,5 para fins de comparação do desempenho do cristalizador. A vazão mássica total de 1,0 kg/s foi mantida constante nas três condições de operação.…”

Section: Estudo De Casounclassified

Modelagem E Simulação De Micromistura Em Cristalizador Coaxial Utilizando Openfoam

Rombaldi¹,

Farias²,

Rosa³

2017

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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RESUMO -A cristalização, em muitos processos, é a forma mais comum de produzir compostos químicos de alto valor agregado. Na indústria farmacêutica, o método de cristalização mais utilizado consiste na cristalização antissolvente, que tem a vantagem de induzir a cristalização de compostos que são facilmente degradados com o aumento da temperatura, sem necessitar de uma variação brusca da mesma. A fluidodinâmica computacional (CFD) é uma excelente ferramenta para simular, analisar e projetar sistemas de escoamentos complexos, como em fenômenos de micromistura, que ocorrem em cristalizadores. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo a modelagem e simulação da micromistura em cristalizadores antissolvente de geometria coaxial, utilizando o método multi-escala, que acopla as equações dinâmicas do modelo RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) com um modelo de densidade de probabilidade (PDF) multiambiente. Além disso, avaliar a influência de diferentes condições operacionais na supersaturação relativa da solução. Para tanto, foram avaliadas três razões mássicas distintas, para proporção de antissolvente/solução de 1, 1,5 e 0,5, com base no modelo implementado no software livre OpenFOAM. As análises qualitativas e quantitativas mostraram que as razões de 1 e 1,5 apresentaram melhor desempenho tanto para macro quanto para micro mistura. INTRODUÇÃOA cristalização é uma técnica largamente utilizada em processos de separação sólido-liquido, no qual a formação dos cristais se dá através da supersaturação. Esta operação é baseada nos mecanismos de transferência de massa e quantidade de movimento. A formação dos cristais ocorre através da supersaturação na mistura líquida, ou seja, a existência de uma concentração de soluto na solução superior à concentração de saturação (limite de solubilidade), juntamente com a agitação desta mistura que provoca o movimento entre elas. A supersaturação gerada durante o processo, bem como o perfil de escoamento da mistura no cristalizador influencia diretamente nas características dos cristais, como tamanho, morfologia e pureza.Existem diferentes métodos para atingir a supersaturação em um cristalizador através de processos físicos e químicos. O processo químico de cristalização antissolvente, consiste na adição de um segundo solvente (antissolvente) que reduz a solubilidade do soluto, também chamado drowning-out. Esta técnica de cristalização é amplamente utilizada na indústria farmacêutica devido a vantagem de induzir a cristalização de compostos que são facilmente degradados com o aumento da temperatura, sem necessitar de uma variação brusca da mesma.

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“…Therefore, secondary nucleation caused by impellers would lead to broad CSD and a small crystal size. Compared with tank crystallizers, tubular crystallizers (such as impingement jets ,,, and coaxial nozzle crystallizers) do not have such mechanical collisions. Due to uniform supersaturation and residence time distribution, it can produce crystals with a narrower CSD.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

CFD–PBE Model and Simulation of Continuous Antisolvent Crystallization in an Impinging Jet Crystallizer with a Multiorifice at Different Positions

Chen

Wang

et al. 2021

Ind. Eng. Chem. Res.

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In this study, a comprehensive model which combines CFD and the population balance equation (PBE) was utilized to simulate the paracetamol continuous antisolvent crystallization. PBE was discretized using a high-resolution scheme and solved with the Eulerian multiphase model. The results indicated that the CFD–PBE model could successfully simulate the fluid dynamics, mass transfer, and crystal size distribution in the crystallizer. Based on the previously proposed multiorifice impinging jet crystallizer, an impinging jet crystallizer with a multiorifice at different axial positions was designed and studied in detail. The effects of different operating conditions on the mixing and crystallization were analyzed and discussed. The results obtained in this work can be used to help the design and optimization of the impinging jet crystallizer with a multiorifice at different positions.

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Computational fluid dynamics modeling of mixing effects for crystallization in coaxial nozzles

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Connection of Hydrodynamics and Nucleation Kinetics in Dual‐Impeller Crystallizers

Connection of Hydrodynamics and Nucleation Kinetics in Dual‐Impeller Crystallizers

Modelagem E Simulação De Micromistura Em Cristalizador Coaxial Utilizando Openfoam

CFD–PBE Model and Simulation of Continuous Antisolvent Crystallization in an Impinging Jet Crystallizer with a Multiorifice at Different Positions

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