Déshydratation de la théophylline : analyse gravimétrique statique et suivi par spectroscopie proche infrarouge du séchage par contact sous vide en lit agité

par Amira Touil

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Roman Peczalski et de Féthi Zagrouba.

Soutenue le 21-12-2012

à Lyon 1 en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Gabès (Tunisie) , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire d'Automatique et de Génie des Procédés (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Julien Andrieu.

Le jury était composé de Mehrez Romdhane.

Les rapporteurs étaient Bernard Bataille, Frédéric Gruy.


  • Résumé

    Le but de ce travail était d'étudier le comportement des cristaux de théophylline lors de la déshydratation statique en monocouche dans différentes conditions hygrothermiques et le comportement du même produit lors de la déshydratation séchage en lit agité dans un séchoir par contact sous vide dans des conditions hygrothermiques semblables. Tout d'abord, la forme hydratée et les formes déshydratées de la théophylline ont été identifiées par DSC, ATG et DRXP. Ensuite, des essais gravimétriques statiques à température et humidité relative constantes ont été effectués et les évolutions de teneur en eau au cours du temps ont été enregistrées à des températures de 20 à 80 °C et des humidités relatives de 4 à 50%. Les données à l'équilibre thermodynamique ont été utilisées pour tracer les isothermes de désorption et établir le diagramme de phase solide-solide de la théophylline. Enfin, les cinétiques de déshydratation ont été étudiées. Il a été constaté que la constante de vitesse de déshydratation augmente exponentiellement avec la température et diminue de façon exponentielle avec l'humidité relative. Un modèle semi-empirique permettant la prédiction de l'évolution dans le temps de la teneur en eau du produit pour différentes conditions opératoires a été développé. Dans la seconde partie du travail, il a été d'abord démontré que la SPIR couplée avec la régression PLS permet de suivre en ligne et in situ la composition exacte du mélange des différentes formes de la théophylline (et d'eau) pendant le séchage. Ensuite, l'influence des paramètres de fonctionnement (température et l'activité de l'eau) sur les cinétiques de transformation de l'état solide a été étudiée. Il a été observé que la déshydratation commence d'abord par la formation de la forme anhydre métastable puis, après un temps de latence, continue par la formation de la forme anhydre stable. Il s'est avéré aussi que la température a été le principal facteur contrôlant la vitesse globale du procédé, mais aussi la teneur finale de la forme anhydre stable et de la forme métastable, ceci étant valable pour le séchoir étudié et pour les conditions opératoires considérées. Finalement, un modèle semi-empirique permettant la simulation de l'état du produit (température, teneur en eau, teneur en forme hydratée, anhydre métastable et stable) au cours du temps pour différentes conditions opératoires du séchage (pression dans la cuve et température du fluide caloporteur) a été proposé

  • Titre traduit

    Dehydration of theophylline : static gravimetric analysis and monitoring of a contact vacuum stirred bed drying by near infrared spectroscopy


  • Résumé

    The aim of this work was to investigate the dehydration process of a single static layer of theophylline's crystals under different hygrothermal conditions and the dehydration-drying process of a stirred bed of theophylline in a vacuum contact dryer in nearly the same hygrothermal conditions. First of all, the hydrated and dehydrated forms of theophylline were identified using DSC, TGA and PXRD devices. Next, the static gravimetric experiments at constant temperature and relative humidity were carried out and the water content evolutions with time were recorded at temperatures from 20 to 80°C and humidities from 4 to 50%. Then, the thermodynamic equilibrium data were reported as desorption isotherms and solid-solid phase diagrams. Finally, the dehydration kinetics were analyzed. The dehydration rate constant was found to increase exponentially with temperature and to decrease exponentially with relative humidity. A simple semi-empirical model allowing for prediction of the product water content time evolution time for different processing parameters was developed. In the second part of the work, it was first proven that NIRS coupled with PLS regression enabled to monitor inline and in-situ the exact composition of the mixture of different forms of theophylline (and of water) during drying. Second, the influence of operating parameters (temperature and water activity) on the kinetics of solid state transformations was investigated. It was observed that the dehydration begun by the formation of the metastable anhydrate and, after a time delay, continued by the formation of the stable one. It was also pointed out that the temperature was the main process factor controlling not only the overall process rate but also the final contents of the stable and metastable anhydrates, this observation being valid for the considered dryer and for the considered operating conditions. Finally, a semi-empirical model allowing for simulation of the product state (temperature, hydrate content, metastable and stable anhydrate contents and water content) time evolution for different processing parameters (pressure in the vessel and temperature of the heating fluid) was proposed

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