Quel est l'effet de l'agitation sur la cristallisation ?

L'agitation courante dans la marmite de cristallisation (cristalliseur à cuve agitée) est du type à palette axiale, comme le montre la figure a. Ici, les auteurs ont conçu une palette d'agitation à paroi raclée en forme d'ancre (cristalliseur à surface raclée) et ont sélectionné trois types différents d'IPA pour étudier l'effet de l'agitation sur la cristallisation.

Une vue d'ensemble des techniques de cristallisation, qui nous a ouvert les yeux !
Le premier était l'ibuprofène (IBP), qui a été cristallisé en ajoutant une gouttelette d'eau à une solution d'IBP à 25 °C dans du DMSO. Lors de la cristallisation avec l'agitateur axial ST à 60 tr/min, l'agitation n'était pas bonne et au bout de 25 minutes, il y avait une phase aqueuse dans la couche supérieure de DMSO, ce qui a donné un rendement élevé lors de l'échantillonnage et de l'analyse au bout de 30 minutes. En continuant d'agiter et d'échantillonner, la cristallisation en utilisant l'agitation axiale ST à 200 rpm et l'agitation par ancrage de racleur de paroi SS à 60 rpm a donné des rendements similaires à 30 min et 60 min.

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La croûte dure à la surface est liée à la nature de l'IPA de cristallisation lui-même ainsi qu'à la douceur et à la dureté de la surface de la palette d'agitation et de la marmite de cristallisation. Avec le type de palette ST en acier inoxydable à 200 tr/min (Fig. c), la croûte superficielle était plus importante, mais avec le type d'ancre en acier inoxydable à 60 tr/min utilisant du PTFE, la croûte superficielle était moins importante.

Le chlorhydrate de diphénhydramine (DPH) est un cristal lamellaire qui est précipité en refroidissant à partir de 60 °C jusqu'à 5 °C, puis en le maintenant. La cinétique de cristallisation du SS Anchor 60 rpm est similaire à celle du ST 200 rpm, et les deux précipitent plus rapidement que le ST Paddle 60 rpm.

Différences et liens entre les expériences à petite échelle et à grande échelle et la production pilote

Les cristaux obtenus par agitation ST (Fig. b, 60 rpm ; c, 200 rpm) présentaient davantage de solides grumeleux que ceux obtenus par agitation ST (Fig. a).

 

La vidange a été plus facile avec l'ancre SS 60 tr/min et la palette ST 200 tr/min, sans résidus de solides en morceaux, mais la ST 60 tr/min a produit plus de croûtes en surface et de résidus en morceaux lors de la vidange.

Pour le chlorhydrate de fluoxétine (FLU) sous forme d'aiguille, également refroidi et décristallisé, l'ancre SS à 60 tr/min a décristallisé beaucoup plus rapidement que la palette ST.

Ces trois conditions de cristallisation ont permis d'obtenir des cristaux d'UFL longs, minces et semblables à des aiguilles, le type d'ancre SS produisant des cristaux plus longs (Fig. a) que les autres (Fig. a, ST, 60 rpm ; Fig. c, ST, 200 rpm). (Partage à sec) Points de contrôle du processus de cristallisation industrielle et cas d'application

Aucun problème d'écoulement n'a été rencontré avec le SS ancré à 60 rpm (Fig. a), mais les cristaux obtenus à différentes vitesses avec le ST étaient peu mobiles et ne pouvaient pas être versés directement, mais seulement après avoir reconstitué le solvant (Fig. b).

Comparaison globale :
1. ST Agitation à pales 200 tr/min favorise la rupture des cristaux, l'agglomération et la nucléation secondaire, de sorte que la distribution de la taille des cristaux est plus large.
2. Avec une agitation ST à 60 rpm, les cristaux de DPH atteignent une certaine taille et commencent à précipiter et à s'agglomérer au fond de la marmite. En raison d'une mauvaise agitation, la croissance des cristaux est affectée par le transfert de masse, ce qui ralentit la précipitation des cristaux.
3. Agitation par ancre SS à 60 tr/min, car l'espace entre l'ancre et la paroi de la bouilloire est plus petit, la suspension solide est meilleure, et la CFD de la simulation des fluides montre que le cisaillement moyen du système est plus petit. Moins de cristaux cassés, comme la cristallisation de l'UFL, que dans d'autres systèmes d'agitation avec des cristaux finement cassés. Faible vitesse de rotation et faible cisaillement, donc moins d'interaction cristal-cristal et cristal-paroi de cuve, donc moins d'agglomération.