Fonte: Kerry M. Dooley e Michael G. Benton, Departamento de Engenharia Química, Louisiana State University, Baton Rouge, LA

O processamento de bioquímicos envolve operações unitárias como cristalização, ultracentrifugação, filtração de membrana e cromatografia preparatória, todas em comum a necessidade de separar grandes de pequenas moléculas, ou sólidas do líquido. Destes, a cristalização é a mais importante do ponto de vista da tonelagem. Por essa razão, é comumente empregado nas indústrias farmacêutica, química e de processamento de alimentos. Exemplos bioquímicos importantes incluem separações quirais,¹ purificação de antibióticos,² separação de aminoácidos de precursores,³ e muitos outros farmacêuticos,^4-5 aditivos alimentares,^6-7 e purificações agroquímicas. ⁸ O controle da morfologia cristalina e da distribuição de tamanho é fundamental para a economia do processo, pois esses fatores afetam os custos das operações de processamento a jusante, como secagem, filtração e transporte de sólidos. Para obter mais informações sobre cristalização, consulte um livro didático especializado ou um livro didático de Operações unitárias. ⁹

A unidade cristalizadora (Figura 1) permite o estudo de: (a) os efeitos dos parâmetros-chave, como taxas de supersaturação e resfriamento/aquecimento, sobre conteúdo de sólidos, morfologia e distribuição do tamanho do cristal; b E o controle on-line dos processos de cristalização. A supersaturação pode ser controlada alterando condições como taxa de agitação e temperatura. As diferentes classificações de cristalização incluem resfriamento, evaporação, balanço de pH e modificação química. Neste experimento, um microscópio offline medirá a partir de cristais que variam em tamanho de 10-1000 μm, uma faixa de tamanho típico para biológicos.

Figura 1: Esquema P&ID (esquerda) e imagem (direita)de Cristalizador. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Este experimento demonstrará uma cristalização "modificação química", ou "pH-swing", para gerar cristais de ácido salicílico (SAL) (precursor de aspirina) a partir da reação rápida de soluções aquosas de salicilato básico de sódio (NaSAL), que são ácido básico e sulfúrico (H₂SO₄) em qualquer lugar entre 40 e 80°C.

Na⁺SAL ^{+ 0,5 H}₂SO₄ SAL (ppt) + Na⁺ + 0,5 SO₄^2-

O subproduto sulfato de sódio permanece solúvel. O aparelho é composto por dois tanques de ração, três bombas de velocidade variável (peristáltica), o cristalizador (tanque mexido para temperatura e concentração uniforme aproximado, ~5 L), um banho circulante para controle de temperatura, controlador de energia, tanque de produto e um tanque de maquiagem para regeneração de ração com solução NaOH (se desejar). As amostras serão analisadas por um espectrômetro UV-Vis para o íon salicílico solúvel residual, e o produto de cristal ácido salicílico será seco e pesado. Uma sonda de pH pode ser usada para determinar estado estável quando as condições de reação são alteradas.

Soluções orgânicas (saliciilato de sódio, NaSAL) e ácido (ácido sulfúrico, 0,25 M = 0,50 N) serão alimentados com o cristalizador. Certifique-se de usar luvas de látex ao manusear NaSAL, ácido salicílico ou suas soluções, e o ácido sulfúrico de 0,25 M.

Todo o sistema é controlado a partir de um PC usando um controlador distribuído comercial com uma interface semelhante à da Figura 1. Todas as válvulas solenoides on-off ou de 3 vias e os set points do controlador p

A Figura 2 apresenta dados representativos que sugerem desvios modestos da distribuição do tamanho de cristal do ideal do MSMPR mesmo em velocidades relativamente altas e baixas concentrações de alimentação.

Figura 2. Distribuição de tamanho de cristal para alimentação NaSAL de 0,16 M, 540 rpm, 60 ° C

Os cristais...

Este experimento demonstrou como fazer medições de concentração bruta, fluxo e temperatura e usar a teoria do MSMPR para estimar os parâmetros-chave necessários para projetar um sistema cristalizador grande e complexo. O papel crítico que o tempo de residência desempenha na obtenção de altos rendimentos de cristais e no controle do tamanho médio dos cristais, foi explorado. Muitas vezes há um tempo de residência ideal porque cristais muito grandes raramente são desejáveis. O mesmo vale para a mistura - a m...

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