膜结晶过程强化与控制研究进展
《engineering》姜晓滨,邵钰珊,盛磊,李培钰,贺高红
摘要
结晶是用于固体颗粒制备的基本分离技术，其中成核和生长过程的精确调控至关重要。目前，发展同时增强整个结晶过程的新型控制技术仍然面临巨大挑战。膜结晶（mcr）是一种新兴耦合技术，近年来取得了长足的进步，有望实现上述目标。本文综述了mcr的基本概念及其在结晶控制和过程强化中的应用前景，对mcr用的关键膜材料、过程控制机制以及基于多种混合膜和结晶工艺的优化策略进行简述。最后，概述了将mcr技术推广到工业应用的尝试，以及需要解决的问题和研究方向。
1. 引言
结晶是化工过程工程和产品工程中经典且基础的分离技术，在化工、医药、生物化工和食品工程等领域得到了广泛的应用[1–6]。促进成核和控制成核与生长之间的竞争是结晶过程的核心问题，直接影响分离效率和产品纯度[7–11]。
膜结晶（mcr）是一种通过膜传递调控将溶液变成过饱和状态，同时实现溶液分离和组分固化的耦合过程，近十年来取得了巨大的进展[12–16]。作为一种高度可调且环境友好的技术，mcr最具启发性的应用之一是将膜作为异相成核界面来触发成核过程[17–20]，为 mcr定制化膜材料开辟了一个新的研究方向。利用膜技术的独特优势和提高的能源利用效率[13,15,21–23]， mcr可以在相对较低的能量消耗下制备所需的固体颗粒和超纯溶剂[24–26]。
此外，由于定制化的mcr材料可以提高装置的装填性能、生产能力，膜组件和相关的耦合工艺与传统结晶过程相比，可以实现更高的制造能力和强化分离过程 [27–30]。膜组件的总传质（或传热）系数可以确保多种结晶模式（如蒸发结晶、溶析结晶和冷却结晶）具有充足的过饱和度。同时，结晶过程的强化也一直期待更小、更清洁、更节能的技术和设备，这一点与mcr的特征优势完全相符[31–33]。
maac流程示意图
上述所有特点使mcr研究充满了活力和挑战，包括特定的材料制备、设备开发和工艺设计等。本文将简述 mcr在精确过程控制和强化方面的新贡献，概述目前仍然存在的挑战和亟待解决的问题。
节选自：中国工程院院刊《engineering》2021年第1期
全文http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2020.06.024