第六版:原料药总第207期 >2021-07-31编印

工业结晶新技术
刊发日期:2021-07-31 阅读次数: 作者:中国工程院院士 天津大学化工学院教授 王静康  语音阅读:

1、工业结晶技术面临新的挑战

世界工业结晶界面临新的挑战,按大化学工程产品品种计,2/3品种是固体产品;制药行业85%是固体产品;在食品、轻工业等行业中,盐、糖、碱和味精等也都是吨位产品,如盐和糖的世界年生产速率已超过100兆吨/年,化肥如氯化钾、尿素、磷酸铵等年生产速率亦已超过了1兆吨/年;在医药、染料、精细化学品生产中,固体产品量虽然低一些,但具有高额的产值和异常重要的地位;在材料、信息电子、生态学科及环境科学等高科技领域中,智能固体、超细晶体及超纯物质的生产都依赖于新型结晶技术的支撑。自80年代超分子化学的发展,以及高科技领域实践证明,固体物质的性质不仅仅决定于其化学组成,还决定于它们的超分子结构。同一化学组成的固体,当改变其超分子结构时,可以形成性质迥然不同的物质,具有不同的功能,显示出不同的“构效关系”。如在医药生产中,按药理分析,构效关系的要求是非常严格的。所以,对于工业的固体产品质量要求,不同于对液体与气体产品的要求,要求的指标日益增多,而且对于绝大部分固体产品都提出了结晶度与形态指标。也就是说,用户需要的不再是高纯的固体,而是要求有特定超分子结构指标的固体产品。结晶是制造固体产品最关键的步骤,也就是说形形色色固体产品的高标准质量要求,对工业结晶科学界与技术界提出了严峻的新挑战。

面对新的工业需求及激烈的国际市场竞争的形势,开发新型工业结晶技术又成为国际科技及工业界竞争的热点。国际工业界对于工业结晶基础数据与技术的封锁也越加严密,结晶技术专利价格异常昂贵。对于中国来说,必须加速开发自己的工业结晶新技术及其工业成果转化。

2、国际工业结晶科技发展趋势

(1)近代超分子化学与凝聚态物理是计算分子结晶学进一步发展的基础。

(2)应用现代化测试技术进一步揭示工业结晶与粒子过程的机理,加速模型由艺术向科学的转化。

(3)新型结晶技术与设备持续发展,耦合型结晶技术将是主要的发展方向之一。

(4)计算流体力学进人了工业结晶过程设计与优化。

(5)功能结晶分子与超分子设计的研究。

3、发展医药结晶技术的系统工程策略

医药结晶技术的系统工程研究愈来愈被世界工业结晶领域所重视,医药结晶技术的发展特征为复杂性、多样性、多重性、选择性及柔性生产链。我们必须发展新型结晶技术的系统工程,用化工系统工程方法完成新型医药结晶项目的研究开发及产业化,实现医药产业的技术升级。工程的核心内容为:①医药结晶过程的优化集成及工艺优化;②医药结晶工程装置优化集成;③计算机辅助结晶过程控制操作与管理。

4、结论

新型工业结晶技术不但是大化工中高效节能的绿色分离与提取的关键技术,而且作为国际专利技术已成为高技术企业生产支柱技术,籍以生产信息工程所需的特种晶体,如纳米晶体、超分子结构薄膜材料等,生命科学中蛋白质的提取、生化制药中半合抗制造、激素生产、天然物如胡萝卜素提取,材料科学中所需特种材料如金刚薄膜等,以及高速感光照相材料、无溶剂材料等。同时,它也是环境科学中主要的洁净技术之一。

工业结晶技术作为跨世纪发展的化工技术,将成为21世纪诸高新技术发展的基础手段,智能化固体制造的唯一途径;将由半艺术半科学阶段进入高新的超分子设计的工程阶段,为社会发展和人类健康服务。