Recrystallization of organic compounds

Thumbnail Image

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-12-19

Department

Major/Subject

Kemia ja materiaalitiede

Mcode

CHEM3049

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

43

Series

Abstract

Crystals are a solid material identified by a repeating structure. Crystallization of organic compounds involves arranging the molecules into an ordered structure. The synthesis usually involves dissolving the material in a hot solvent, followed by cooling to launch crystallization, when the solubility limit is exceeded. Recrystallization repeats this process to purify materials. This thesis includes the current information on recrystallization of organic substances. The aim was to present the most relevant information, common applications, and the biggest problems. The thesis explores possible solutions and gives a recommendation about what future studies of this industry should be like. One of the biggest challenges in recrystallization is managing its numerous variables, which interact with each other, complicating the optimization of recrystallization on an industrial scale. The most commercially significant applications are in the food and pharmaceutical industry, where recrystallization is often used as the last step to ensure pure products. The food industry includes recrystallization mostly in sugar, starch, and lactose production. In the pharmaceutical industry, it is used for drug production. Other applications include plastic, dye, and fuel purification. Recrystallization is still not fully understood, even though it has been studied for decades. Possible solutions for the main problems are for example advanced process control systems observing the recrystallization process from start to finish, ensuring consistent products. These challenges attract attention from researchers seeking to better its applications and solve its problems, keeping recrystallization as an active area of research.

Kiteet ovat kolmiulotteisia, kiinteitä aineita, joilla esiintyy toistuva molekyylirakenne. Kiteen sisäinen rakenne sisältää yksikkösolun, joka on aineen pienin mahdollinen toistuva molekyylirakenne. Kiteitä kasvatetaan kiteytyksellä, eli yhdisteen molekyylit järjestetään kiderakenteeseen. Prosessi voidaan toistaa useaan kertaan, joka puhdistaa ainetta tai muokkaa sen kiderakennetta. Kiteytyksen toistamista kutsutaan uudelleenkiteytykseksi. Uudelleenkiteytys perustuu aineen liukoisuuden muokkaamiseen eri lämpötiloissa. Synteesiin usein kuuluu materiaalin liuottaminen kuumassa nesteessä, jonka jälkeen liuos jäähdytetään, käynnistäen kiteytymisen. Kiteytyminen tapahtuu, kun systeemin liukoisuus ylittää sen ylärajan, jolloin materiaali ei enää liukene liuokseen. Uudelleenkiteytys mahdollistaa todella puhtaiden aineiden saavuttamisen, mutta jokainen prosessin toisto aiheuttaa alkuperäisen materiaalin menetystä. Tässä kirjallisuuskatsauksessa tutkittiin, millaista tietoa orgaanisten yhdisteiden uudelleenkiteytyksestä on saatavilla ja koottiin kattava kokonaisuus aiheesta. Työn tavoite oli esitellä ajankohtaisimmat tiedot, yleisimmät applikaatiot ja suurimmat ongelmat, joihin yritettiin etsiä myös mahdollisia ratkaisuja. Löydettyjen tietojen pohjalta voitiin vetää perusteltuja johtopäätöksiä siitä, mihin suuntaan alan tulevaisuuden tutkimus kannattaisi kohdentaa. Suurimpia ongelmia uudelleenkiteytyksessä on sen suuri määrä muuttujia, merkittävimpänä hiukkaskokojaukauma, liuottimen valinta, lämpötila ja kiteiden kasvunopeus. Muuttujat ovat yhteydessä toisiinsa, haastaen uudelleenkiteytyksen optimointia teollisessa mittakaavassa. Toinen keskeinen ongelma on se, että uudelleenkiteytys prosessi pystyy muokkaamaan sisäisen kiderakenteen lisäksi myös ulkoista rakennetta. Tutkijoille ei ole myöskään selvää, montako eri rakennetta yksi yhdiste voi muodostaa. Tuntemattomat rakenteet vaikeuttavat prosessien suunnittelua, sillä muuttujien pienikin muutos voi johtaa arvaamattomaan tulokseen. Kaupallisesti merkittävämmät käyttökohteen uudelleenkiteytykselle ovat ruuan ja lääkkeiden tuotanto. Ruuan tuotannossa uudelleenkiteytystä käytetään erityisesti sokerin, tärkkelyksen ja laktoosin puhdistuksessa. Lääkeaineissa prosessia käytetään lääkkeiden puhdistukseen, sekä kiderakenteen muokkauksessa. Muita mahdollisia käyttökohteita prosessille on esimerkiksi muovin, väriaineiden ja polttoaineen puhdistus. Uudelleenkiteytymistä on tutkittu vuosikymmenien ajan, mutta sen kokonaisymmärrys on vielä puutteellista. Suurimpiin ongelmiin on esitetty ratkaisuksi erilaisia prosessin hallinta laitteita, joilla kiteytystä voidaan seurata alusta loppuun. Tämä varmistaisi, että tulos olisi sama kuin oli suunniteltu. Näiden haasteiden vuoksi uudelleenkiteytys pysyy aktiivisen tutkimuksen kohteena, keräten huomiota tutkijoilta, jotka ovat kiinnostuneita kehittämään sen käyttötarkoituksia ja ratkaisemaan sen ongelmia.

Description

Supervisor

Nieminen, Minna-Hanna

Thesis advisor

Franzen, Robert

Keywords

recrystallization, organic compounds, crystals, purification, pharmaceutical industry

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501211468

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM