Modulaarisen jatkuvatoimisen kiteyttimen markkinapotentiaali ja toiminnan todentaminen

Abstract

Valmistettaessa kiteisiä tuotteita kemianteollisuudessa jatkuvatoimisuudella voidaan saavuttaa merkittäviä etuja panosprosesseihin verrattuna. Toistettavuus ja tuotekiteiden ominaisuudet paranevat ja kustannussäästöjä saadaan sekä kiteytyksestä että mahdollisesta jatkokäsittelyn yksinkertaistumisesta. Hienokemianteollisuudessa panoskiteytys on kuitenkin edelleen vallitseva kiteytysmenetelmä pienten tuotantovolyymien, tuotteiden vaihtelevuuden ja panoskiteyttimien puhdistamisen helppouden vuoksi. Ultraäänen vaikutusta kiteytykseen on tutkittu kattavasti viimevuosina. Tehoultraäänen aiheuttamalla kavitaatiolla on havaittu olevan merkittäviä kiteytystä edistäviä vaikutuksia. Yhdistämällä jatkuvatoimiseen putkivirtauskiteyttimeen tehoultraäänen tukkeutumista estävä ja kiteytystä edistävä vaikutus saadaan systeemi, jota voidaan pitää varteenotettavana vaihtoehtona panoskiteyttimille hienokemianteollisuudessa. Tässä työssä määritettiin markkinapotentiaali jatkuvatoimiselle ultraääniprosessointijärjestelmälle eurooppalaisten hienokemianteollisuuden yritysten parissa. Markkinapotentiaalin määritys tehtiin makrotasolla nojautumalla toimialatilastoihin, jotka poimittiin Amadeus-tietokannasta. Jatkuvatoimista ultraääniprosessointijärjestelmää myös kehitettiin edelleen lisäämällä moduulien määrää kolmesta viiteen, testaamalla eri putkivaihtoehtoja ja määrittämällä korkeimmat käyttökonsentraatiot putkivirtauskiteyttimelle kolmella eri malliaineella. Ultraäänen vaikutusta viipymäaikajakaumaan tarkasteltiin pulssikokeiden avulla kolmen eri putkivaihtoehdon tapauksessa. Ultaääniprosessointijärjestelmän putkivaihtoehdoista 6 mm sisähalkaisijaisessa teräsputkessa saavutettiin korkeammat saannot ja pienemmät tuotekiteet kuin 4 mm sisähalkaisijaisessa teräsputkessa. Ultraääni ei läpäissyt 4 mm sisähalkaisijaista polyamidiputkea riittävän tehokkaasti ehkäistäkseen systeemin tukkeutumista.

Significant benefits can be achieved by utilizing continuous crystallization processes in the chemical industry. Besides improvements in product quality and reductions in production costs, further economic benefits can be reached by simplifying downstream processing of the product. Fine chemical manufacturers are commonly using batch crystallization in their processes, and while continuous crystallization would provide significant advantages, no system that addresses the specific crystallization needs of fine chemical producers has yet been commercialized. Effects of ultrasound on crystallization has been extensively studied in recent years. Cavitation caused by power ultrasound has proven to have significant effects promoting crystallization. By combining ultrasound with a tubular crystallization unit, the beneficial effects of ultrasound can be effectively utilized in continuous crystallization, providing a viable option for batch crystallizers used in fine chemicals production In this thesis the market potential within European fine chemical industry for a continuous sonochemical processing system was estimated. Market potential estimation was conducted on the macro level by utilizing industrial statistics from Amadeus database. Continuous ultrasonic processing system was further developed by increasing the number of crystallization modules from three to five and by testing alternative pipe configurations within the modules. Highest operating concentrations for the crystallizer were determined for three model compounds. Pulse experiments were used to investigate the effect of ultrasound on the residence time distributions within the system in the case of three differing pipe configurations. The 6 mm inner diameter steel pipe provided better yields, higher operating concentrations and smaller product particles than the 4 mm inner diameter steel pipe. Ultrasound did not penetrate the 4 mm polyamide pipe with enough intensity to prevent blocking within the system.