Optimisation de la cristallisation par lots et conception du processus

La cristallisation par lots est un procédé utilisé en génie chimique et en fabrication pour produire des cristaux solides à partir d’une solution liquide. Dans ce procédé, la solution est chauffée jusqu’à devenir sursaturée, c’est-à-dire qu’elle contient plus de soluté qu’elle ne peut en retenir à cette température. À mesure que la solution refroidit, l’excès de soluté commence à cristalliser hors de la solution, formant des cristaux solides. Ce procédé est généralement réalisé par lots, les cristaux étant séparés de la solution restante puis séchés avant le lancement du lot suivant. La cristallisation par lots est utilisée pour produire une large gamme de produits, notamment des produits pharmaceutiques, des additifs alimentaires et des produits chimiques industriels.

En général, les cristalliseurs discontinus peuvent être classés comme des cristalliseurs continus ou discontinus. Un cristalliseur discontinu est une cuve de cristallisation qui implique l’ajout d’une quantité fixe de solutés à la cuve, suivi par le processus de cristallisation jusqu’à ce que le produit cristallin souhaité soit obtenu. Contrairement à un cristalliseur continu, les solutés ne sont pas ajoutés en continu et les produits cristallins ne sont pas retirés en continu. En outre, les cristalliseurs discontinus ne sont pas aussi uniformément mélangés et la température et les conditions de concentration peuvent varier pendant le processus de cristallisation. 

Les configurations de cristallisation continue sont généralement plus petites et permettent l’ajout sans soudure de solutés et de solvants, tandis que le produit cristallisé peut s’écouler en continu sans interruption. Les procédés de cristallisation continue offrent la capacité unique de gérer des concentrations plus élevées de soluté, ainsi qu’une cristallisation plus efficace en raison de leurs propriétés de transfert thermique supérieures par rapport aux cristalliseurs discontinus. De cette manière, un cristallisoir continu est considéré comme un outil supportant la cristallisation induite par écoulement.

Un procédé de cristallisation par lots aussi appelé discontinu bien conçu est celui qui peut être mis à l’échelle avec succès à l’échelle de production - donnant la distribution granulométrique, le rendement, la forme et la pureté des cristaux souhaités.

Le maintien d’un contrôle adéquat de la température du cristalliseur (ou de la composition du solvant) est la condition préalable la plus fondamentale à l’optimisation réussie de la cristallisation par lots. Les postes de synthèse en combinaison avec la surveillance des cristaux FBRM et PVM garantissent une compréhension claire de l’impact direct des changements dans les variables fondamentales du processus sur le produit cristallin. Le développement de procédés plus avancés, impliquant l’ensemencement et l’ingénierie des particules, ne sera un succès que si nous sommes capables de contrôler ces paramètres critiques sous-jacents du processus de cristallisation.

Une conception plus avancée d’un procédé de cristallisation optimisé va encore plus loin, nécessitant une compréhension de la cartographie du processus (solubilité et détermination de la largeur de la zone métastable) et le contrôle de la force motrice (sursaturation) de la cristallisation.