溶析结晶是一种广泛应用于医药、精细化工、生物等领域的产品精制技术，其中，溶析剂-结晶溶液的高效混合传质过程对晶体产品性质有决定性影响。9001诚信金沙高性能膜与膜耦合过程强化团队研发的膜溶析结晶过程（MAAC），通过构建高效微观混合的近二维液膜传质界面，解决了传统溶析结晶过程中的爆发成核问题，并通过调节管程以及壳程的流速，实现传质效率的调控和过程强化。

近日，团队姜晓滨教授基于经典膜渗透传质模型和液膜更新理论（图1），对MAAC的液膜构建和调节过程进行准确的计算机流体力学（CFD）模拟，并基于模拟结果开发多级溶析结晶装备，实现医药结晶的连续调控和过程强化（Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020, 59, 10160-10171）。

图1  多级膜溶析结晶（Multi-MAAC）过程流程图（上）及原理示意图（下）

在线观测实验和CFD模拟结果表明，通过调节中空纤维膜内外的流体流速来调控溶析剂的渗透速率，附着在中空纤维膜外侧的溶析剂液膜层内的溶析剂浓度只需要30 s即可达到稳定状态（图2），且浓度大小仅延径向变化，液膜层内的过饱和度较小，保证了结晶过程的精确调控。多级膜溶析结晶过程中，调控各级膜组件的溶析剂的加入速率，可以有效的调节液膜层内的溶析剂浓度分布，从而强化各级中“成核-生长-熟化”等功能分区。实验结果表明，每一级以及最终产品的长径比均分布在1.4-1.6之间，粒度分布集中。同时，进一步增加溶析剂的添加级数和加入速率，能够在提升装备生产能力的同时，保证制备颗粒群特性优良的晶体产品。

图2 CFD数值模拟结果：（a）膜表面外任意点的溶析剂浓度随时间变化；（b）沿中空纤维膜纵向（膜组件入口到出口）的溶析剂浓度分布；（c）中空纤维膜径向溶析剂浓度分布云图；（d）沿径向的溶析剂浓度分布；（e）沿径向的过饱和度分布；（f）液膜层模拟厚度对比。

以上相关成果发表在化工领域权威期刊Industrial & Engineering Chemistry Research，获得美国授权发明专利1项（US10675557）。论文第一作者为硕士生李津，通讯作者为姜晓滨教授。该研究得到了国家自然科学基金（21676043, 21527812）、科技部重点领域创新团队项目（2016RA4053）、9001诚信金沙科研创新团队专题（DUT19TD33）支持。