4.11: Cristallisation de l'acide salicylique par modification chimique

Organique (salicylate de sodium, nasale) et acide (acide sulfurique, 0,25 M = 0,50 N) solutions seront données le cristallisoir. Assurez-vous de porter des gants en latex pour manipuler les voies nasales, l’acide salicylique ou leurs solutions et l’acide sulfurique de 0,25 M.

L’ensemble du système est commandé depuis un PC en utilisant un contrôleur commercial distribué avec une interface similaire à celle de la Figure 1. Toutes les électrovannes marche-arrêt ou 3 voies et contrôleur consigne peut être utilisé et modifié à l’aide de cette interface. Un schéma montre l’évolution des valeurs analogiques (débit, température) associés à l’unité.

1. mise en route le cristalliseur

Au début d’une série, tous les contrôleurs continus doivent être en mode manuel et solénoïde tous les robinets doivent être soit fermé (marche-arrêt) ou en mode de recycler (3 voies).

1. Veillez à ce que le cristallisoir est plein au niveau du trop-plein (~4.15 L) indiquée sur le réservoir agité, avec coulis de l’eau et l’acide salicylique (dans la cristallisation, la boue est souvent appelée « magma »). S’il est pas plein, ajouter via le port de l’addition.
2. Activer l’agitateur pour le cristallisoir et thethermostated pour le bain et les pompes.
3. Réglez le régulateur de température pour la température du bain à AUTO et le point de consigne de la température désirée. La température recommandée est environ 53° C pour un cristalliseur de 50° C.
4. Réglez la vitesse de la pompe à l’aide de l’interface (par exemple, 30 % ouvert). Connaissant la concentration des flux, régler les débits d’équivalence stoechiométrique basé sur l’équation (1).
5. Confirmer que le réservoir de produit n’est pas complète et que le robinet de vidange est fermé.
6. Puissance de l’équipement de spectromètre et établir une communication avec un lien fourni dans la console de commande. Spectromètre procédures sont détaillées dans le manuel d’exploitation (SpectraSuite). Étalonnage du spectromètre est fourni.

2. fonctionnement du cristallisoir

1. Augmenter la sortie de la pompe comme nécessaire pour atteindre les débits souhaités. Pour la solution d’acide, c’est environ 25-35 mL/min. Pour les voies nasales, il est déterminé par équivalence stoechiométrique.
2. Passez dans le mode d’alimentation sur les deux vannes 3 voies. Il s’agit de temps zéro pour une expérience.
3. Vérifier périodiquement la ligne de débordement. Sous certaines conditions, il peut bloquer vers le haut. Dans l’affirmative, utilisez un bout de tube en acier pour aléser la ligne d’entrer dans le réservoir de produit.
4. Recueillir les cinq échantillons directement depuis le cristallisoir via le port de l’échantillon à l’aide d’une pipette de large-bouche et transférez-les sur essai de 15 mL ou centrifuger les tubes. Prenez deux séries d’échantillons environ 10-15 min d’intervalle.
5. Répétition à deux autre résidence espacées fois, contrôle (temps de séjour) en variant les débits volumétriques, mais maintien de l’équivalence stoechiométrique.

3. fermer le cristalliseur

1. Pour arrêter le système, définir les vannes 3 voies à recycler et les sorties de la pompe à 0 %.
2. Retourner le régulateur de température manuel à 0 % de sortie et éteint les pompes, les agitateurs et les Bain thermostaté.
3. Si vous utilisez le spectrophotomètre, n’oubliez pas de fermer les lumières.

4. analyse

Les concentrations de voies nasales et de l’acide salicylique dissous peuvent être mesurées simultanément par spectroscopie UV-visible. Les absorbances de salicylate dissous et l’acide salicylique peuvent supposer additif car on observe le même chromophore. Instructions complémentaires figurent dans l’annexe A. La concentration de l’acide salicylique peut également être déterminée par gravimétrie en unités de kg/m³ de boue.

1. Centrifuger les tubes de 15 mL pour 5 min et noter le volume de l’échantillon liquide extrait par décantation. Le liquide décanté peut être utilisé pour l’analyse spectrophotométrique nasale.
2. Sécher les tubes à essai contenant les solides debout dans le four à 70 ° c, pendant deux jours.
3. Peser, nettoyer les tubes, puis re-sécher brièvement avant d’être re-pesée pour obtenir le poids des cristaux.

La cristallisation industrielle est appliquée pour la séparation et la purification des composés et des mélanges. Afin de concevoir des systèmes économiques, différents paramètres doivent être étudiés. La cristallisation est utilisée pour la séparation des composés chiraux et des acides aminés, ou pour la purification des antibiotiques, des additifs alimentaires et des composés agrochimiques. Les différents moyens de cristallisation comprennent le refroidissement, la modification chimique, l’évaporation ou l’oscillation du pH. Un cristalliseur peut être utilisé pour étudier les paramètres clés affectant le développement des cristaux, tels que le refroidissement et les vitesses ou la sursaturation. Avec le microscope, la taille et la morphologie des cristaux peuvent être surveillées et les dépendances de divers facteurs observées Dans cette expérience, le salicylate de sodium réagit avec l’acide sulfurique, ce qui entraîne une précipitation de l’acide salicylique, qui est un précurseur de l’aspirine. Les échantillons sont analysés par UV-vis, une analyse gravimétrique et une microscopie. Cette vidéo illustrera le concept, l’analyse et l’application d’une unité de cristallisation.

Pour la mise à l’échelle d’un cristalliseur, il est important d’estimer les paramètres clés. Ceux-ci peuvent être étudiés à l’aide d’une unité MSMPR. Bien que les cristalliseurs industriels se comportent vraiment comme des MSMPR, le concept est toujours pertinent pour les unités de table et à l’échelle pilote. Le cristalliseur MSMPR est analogue à un réacteur continu à cuve agitée. Il suppose un mélange parfait des phases solide et liquide. Les MSMPR sont utilisés pour évaluer les paramètres clés de cristallisation, tels que le taux de nucléation des cristaux, également connu sous le nom de fonction de naissance et le taux de croissance des cristaux. La nucléation est catalysée par les cristaux existants et les surfaces solides telles que les parois du réacteur. Le modèle d’équilibre de la population générale pour un cristalliseur MSMPR donne la densité numérique N des cristaux, qui est une densité de probabilité par rapport à L, la dimension cristalline primaire. Dans un MSMPR, la distribution des nombres est prédite comme une distribution exponentielle. La fonction de naissance et le taux de croissance peuvent être déterminés à l’aide du zéro et des premiers instants de cette distribution. Plus important encore, ils peuvent également être liés à la sursaturation, qui est la force motrice du transfert de masse dans la cristallisation, et qui dépend, à son tour, du taux d’agitation et de la température. Pour une température et une vitesse d’agitateur constantes, la fonction de naissance et le taux de croissance sont directement liés à la sursaturation, et les puissances B et G peuvent être déterminées par régression linéaire. Selon le modèle MSMPR, la densité numérique des cristaux diminue de façon exponentielle avec la longueur. Un écart par rapport à la distribution exponentielle impliquerait un mélange imparfait de solides ou de liquides. Dans les applications industrielles, des distributions gaussiennes relativement étroites des tailles de cristaux sont nécessaires, plutôt que des distributions exponentielles. Néanmoins, le modèle MSMPR reste utile, en particulier dans les usines pilotes, car il permet de déterminer les taux de croissance et de natalité ainsi que le degré de sursaturation à partir de données brutes. Maintenant que vous connaissez le modèle MSMPR, appliquons le concept à l’expérience.

Portez un EPI approprié lorsque vous manipulez des solutions de salicylate de sodium et d’acide sulfurique. Notez les propriétés physiques de base de l’acide salicylique pour une utilisation ultérieure. Avant de commencer, familiarisez-vous avec le système de cristallisation. L’appareil se compose de deux réservoirs d’alimentation, de pompes à vitesse variable, d’un réservoir de cristallisation de cinq litres, d’un bain de circulation pour le contrôle de la température, d’un régulateur de puissance, d’un réservoir de produit et d’un réservoir d’appoint pour la régénération des aliments, à l’aide d’une solution d’hydroxyde de sodium. Le système est commandé à l’aide d’un système de contrôle distribué et d’une interface graphique, à partir de laquelle des vannes peuvent être actionnées pour contrôler la température et le débit. Une sortie schématique fournissant les tendances du débit et de la température est également disponible.

Vérifiez que tous les contrôleurs continus sont réglés sur le mode manuel et que toutes les électrovannes sont soit en mode fermé, à deux voies, soit en mode de recyclage à trois voies. Assurez-vous que le cristalliseur est rempli d’eau et d’un peu de boue d’acide salicylique jusqu’au niveau de trop-plein d’environ 4,15 litres, comme indiqué sur le réservoir agité. Ajoutez de l’eau et de l’acide salicylique à l’aide de l’orifice d’ajout si le réservoir n’est pas plein. Allumez l’agitateur du cristalliseur et le bain thermostaté et les pompes. Réglez le régulateur de température pour la température du bain sur automatique et le point de consigne sur la température souhaitée, généralement environ 53 degrés Celsius pour un cristalliseur à 50 degrés Celsius. Réglez la vitesse de la pompe pour donner environ 25 à 35 millilitres par minute pour la solution acide. Pour le salicylate de sodium, le débit est déterminé par des équivalents stœchiométriques. À l’aide des concentrations d’alimentation connues, réglez les débits pour les équivalents stœchiométriques. Assurez-vous que le réservoir du produit n’est pas plein et que la vanne de vidange est fermée. Ensuite, allumez le spectromètre et utilisez un lien fourni dans la console de commande pour vérifier que la communication entre l’appareil est établie.

Passez en mode d’alimentation sur les deux vannes à trois voies. Cela définit le temps zéro pour une expérience. Vérifiez périodiquement que la conduite de débordement n’est pas bloquée. À l’aide d’un tube d’acier, téléchargez-vous de la conduite d’entrée dans le réservoir de produit à l’aide du trou prévu à cet effet si un blocage est détecté. Au bout d’une heure, utilisez une pipette à large ouverture et insérez-la dans l’orifice d’échantillonnage du cristalliseur. Prélevez suffisamment d’échantillon pour remplir suffisamment de cinq centrifugeuses ou tubes à essai de 15 millilitres pré-pesés. Prélever deux séries d’échantillons à 10 à 15 minutes d’intervalle. Variez les débits volumétriques pour contrôler le TOW et ajustez-les pour deux autres temps de séjour largement espacés. Conservez les équivalents stœchiométriques et prélevez les échantillons comme auparavant. Une fois terminé, réglez le débit de la pompe à zéro pour cent, les vannes à trois voies à recycler. Remettez le régulateur de température en mode manuel à zéro pour cent de sortie et arrêtez les pompes, les agitateurs et le bain thermostaté.

La concentration en ions salicylates peut être déterminée à l’aide de l’UV-vis et la concentration d’acide salicylique solide peut être déterminée gravimétriquement en kilogrammes par mètre cube de boue. Avant l’analyse, centrifugez d’abord les échantillons pendant cinq minutes et décantez le liquide. Enregistrer le volume total de l’échantillon prélevé. Combinez les échantillons liquides d’un ensemble donné et diluez 50 à 100 fois. Pour le liquide, mesurez l’absorbance du salicylate de sodium et de l’acide salicylique à l’aide du spectromètre UV-vis. L’absorbance est supposée être additive, puisque le même chromophore est détecté pour les deux échantillons. Pour la détermination gravimétrique, utilisez les solides restant dans la centrifugeuse ou les tubes à essai. Faites sécher les tubes à la verticale dans le four à convection à 70 degrés Celsius pendant deux jours. Ensuite, pesez à nouveau les tubes à essai refroidis pour déterminer le poids des cristaux et la concentration en kilogrammes par litre. Enfin, à l’aide d’un microscope, déterminez la distribution de la longueur des cristaux d’acide salicylique en forme d’aiguille.

Calculez la concentration en cristaux solides pour tous les cycles via la méthode gravimétrique. Générer un bilan massique sur le salicylate. Ensuite, calculez la sursaturation et le temps de séjour. Ensuite, déterminez les rendements en cristaux sur la base de l’aliment et du produit, en utilisant les moles du produit, de l’aliment et du produit salicylate dissous. Utilisez la concentration cristalline, la dimension cristalline et le temps de séjour pour déterminer la fonction de naissance et le taux de croissance. Estimez ensuite les puissances G et B par des régressions linéaires des fonctions logarithmiques. Voici un exemple de cristallisation à 50 degrés Celsius. La puissance de B est deux fois plus grande que celle de G, ce qui indique que la sursaturation affecte le taux de natalité plus que le taux de croissance. Ces pouvoirs seraient utilisés pour la mise à l’échelle si la sursaturation n’a pas changé. Des comparaisons avec d’autres expériences peuvent identifier des facteurs qui influencent les fonctions de croissance et de naissance, tels qu’un mélange inadéquat, le pH et les impuretés ioniques dans l’eau d’appoint.

La cristallisation industrielle est largement utilisée dans les industries pharmaceutiques, chimiques et agroalimentaires pour la séparation et la purification de divers composés. Danazol est un stéroïde synthétique utilisé pour le traitement de l’endométriose. Comme avec de nombreux autres composés pharmaceutiques, le Danazol est hydrophobe et peu soluble dans l’eau. Par conséquent, le produit brut de Danazol est d’abord dissous dans de l’éthanol, puis recristallisé en le mélangeant avec de l’eau, ce qui produit des cristaux de produit purs de petite taille particulaire. Les cristalliseurs industrialisés peuvent être utilisés dans la production de lysosomes. L’appareil peut être conçu pour produire une distribution très étroite de la taille d’un cristal grâce à l’application d’une pompe autour de l’échangeur de chaleur, qui augmente légèrement la température pour dissoudre les plus petits cristaux. La distribution granulométrique peut être régulée en séparant les particules cristallines sur la base de leurs vitesses terminales. Ce concept trouve également une application dans la cristallisation des sels inorganiques.

Vous venez d’assister à l’introduction de Jupiter à la cristallisation industrielle. Vous devez maintenant comprendre le modèle de cristallisation MSMPR, comment faire fonctionner l’unité de cristallisation et comment analyser les résultats. Merci d’avoir regardé.