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溶析結(jié)晶是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、精細化工、生物等領(lǐng)域的產(chǎn)品精制技術(shù)，其中，溶析劑-結(jié)晶溶液的高效混合傳質(zhì)過程對晶體產(chǎn)品性質(zhì)有決定性影響。大連理工大學(xué)高性能膜與膜耦合過程強化團隊研發(fā)的膜溶析結(jié)晶過程（MAAC），通過構(gòu)建高效微觀混合的近二維液膜傳質(zhì)界面，解決了傳統(tǒng)溶析結(jié)晶過程中的爆發(fā)成核問題，并通過調(diào)節(jié)管程以及殼程的流速，實現(xiàn)傳質(zhì)效率的調(diào)控和過程強化。

近日，團隊姜曉濱教授基于經(jīng)典膜滲透傳質(zhì)模型和液膜更新理論（圖1），對MAAC的液膜構(gòu)建和調(diào)節(jié)過程進行準確的計算機流體力學(xué)（CFD）模擬，并基于模擬結(jié)果開發(fā)多級溶析結(jié)晶裝備，實現(xiàn)醫(yī)藥結(jié)晶的連續(xù)調(diào)控和過程強化（Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020, 59, 10160-10171）。

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圖1??多級膜溶析結(jié)晶（Multi-MAAC）過程流程圖（上）及原理示意圖（下）

在線觀測實驗和CFD模擬結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)中空纖維膜內(nèi)外的流體流速來調(diào)控溶析劑的滲透速率，附著在中空纖維膜外側(cè)的溶析劑液膜層內(nèi)的溶析劑濃度只需要30 s即可達到穩(wěn)定狀態(tài)（圖2），且濃度大小僅延徑向變化，液膜層內(nèi)的過飽和度較小，保證了結(jié)晶過程的精確調(diào)控。多級膜溶析結(jié)晶過程中，調(diào)控各級膜組件的溶析劑的加入速率，可以有效的調(diào)節(jié)液膜層內(nèi)的溶析劑濃度分布，從而強化各級中“成核-生長-熟化”等功能分區(qū)。實驗結(jié)果表明，每一級以及最終產(chǎn)品的長徑比均分布在1.4-1.6之間，粒度分布集中。同時，進一步增加溶析劑的添加級數(shù)和加入速率，能夠在提升裝備生產(chǎn)能力的同時，保證制備顆粒群特性優(yōu)良的晶體產(chǎn)品。

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圖2?CFD數(shù)值模擬結(jié)果：（a）膜表面外任意點的溶析劑濃度隨時間變化；（b）沿中空纖維膜縱向（膜組件入口到出口）的溶析劑濃度分布；（c）中空纖維膜徑向溶析劑濃度分布云圖；（d）沿徑向的溶析劑濃度分布；（e）沿徑向的過飽和度分布；（f）液膜層模擬厚度對比。

以上相關(guān)成果發(fā)表在化工領(lǐng)域權(quán)威期刊Industrial & Engineering Chemistry Research，獲得美國授權(quán)發(fā)明專利1項（US10675557）。論文第一作者為碩士生李津，通訊作者為姜曉濱教授。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（21676043, 21527812）、科技部重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊項目（2016RA4053）、大連理工大學(xué)科研創(chuàng)新團隊專題（DUT19TD33）支持。