Etude de l'hydrodynamique dans les procédés de cristallisation utilisant un fluide supercritique comme antisolvant

Hydrodynamic study of supercritical antisolvant cristallisation process

• Auteur / Autrice : Thomas Petit-Gas
• Direction : Elisabeth Badens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Suspensions (chimie)

Jets

Hydrodynamique

Cristallisation

Fluides supercritiques

Résumé

L'étude entreprise dans le cadre de cette thèse traite de l'influence de l'hydrodynamique sur la cristallisation dans les procédés de micronisation par effet antisolvant d'un fluide supercritique. Cette hydrodynamique a été étudiée seule puis couplée à la cristallisation d'un soluté cristallin modèle, la sulfathiazole (un antibiotique). La première partie de l'étude a permis d'observer les différents modes de dispersion de jets classiquement décrits dans la littérature pour les systèmes gaz-liquide ou liquide-liquide (jet axisymétrique, asymétrique, hélicoïdal et directement atomisé) et des vitesses de transition jet non atomisé – jet atomisé similaires (environ 0,35 m. S-1) pour l'ensemble des conditions opératoires testées (9-12 MPa et 308-313K)pour des jets de solvants organiques purs. Les mêmes modes de dispersion et des valeurs similaires de vitesse de transition vers le mode d'atomisation directe ont été observés pour la dispersion d'un jet de solution organique contenant le soluté étudié. La présence de ce soluté a permis de localiser la précipitation dans la zone de dispersion du jet, juste après la rupture de ce dernier. La seconde partie de la thèse a été consacrée à la cristallisation de la sulfathiazole. Les cristaux obtenus dans des conditions expérimentales couvrant un large domaine opératoire (9-20 MPa) ont été caractérisés en terme de taille, faciès et nature polymorphique. Chaque expérience de cristallisation a été réalisée dans des conditions hydrodynamiques caractérisées dans la première partie de ce travail. Les résultats ont mis en avant un effet significatif de l'hydrodynamique sur la cristallisation dans les procédés SAS avec un effet prépondérant de l'état de mélange des différentes phases (organique et supercritique) et ce, à deux échelles d'autoclave (0,48 et 3,2 L). Il a également été observé une variation très significative des caractéristiques des poudres (taille, polymorphisme et faciès) obtenues pour des conditions opératoires correspondant à des conditions de cinétiques de transfert de matière différentes.

This study deals with the influence of hydrodynamics on crystallization phenomenon in Supercritical AntiSolvent process. Hydrodynamics has been studied with pure solvent or associated with sulfathiazole (pharmaceutical drug) crystallization. The first part of this study permits to observe the different jet dispersion modes, classically described into the literature for liquid-gas or liquid-liquid systems (axisymetrical, asymmetrical, helicoidally and directly atomized jets) and similar velocities of asymmetrical – direct atomization modes transition (0,35 m. S-1) for all tested operating conditions (9-12 MPa and 308-313K) in case of a pure solvent jet. Similar dispersion modes and transition velocities have been obtained for the organic solution (containing the solute). Its presence permits to locate the crystallisation phenomenon into the dispersion zone, just below the breakup zone of the jet. Crystals obtained for a wide range of operating parameters (9–20 MPa) have been characterized in terms of size, morphology and polymorphic form. Each crystallization test has been conducted for hydrodynamics conditions tested in the first part of this work. Results show a significant effect of the hydrodynamics on crystallization phenomenon into SAS processes with a preponderant effect of the phases mixing (organic and supercritical phases), and for two autoclave scales (0. 48 et 3. 2 L). Significant variations of powder characteristics (size, morphology, and polymorphic form) have been observed for different operating conditions, corresponding to different mass transfer kinetics.