WO2001002090A1 - Method and multipurpose reactor for synthesis and crystallisation - Google Patents
Method and multipurpose reactor for synthesis and crystallisation Download PDFInfo
- Publication number
- WO2001002090A1 WO2001002090A1 PCT/FR2000/001873 FR0001873W WO0102090A1 WO 2001002090 A1 WO2001002090 A1 WO 2001002090A1 FR 0001873 W FR0001873 W FR 0001873W WO 0102090 A1 WO0102090 A1 WO 0102090A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- zone
- crystallization
- reaction
- reactor
- juice
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
- B01J2219/00094—Jackets
Definitions
- the present invention relates to a new process for synthesis and crystallization in a liquid medium. It also relates to a multifunctional synthesis and crystallization reactor in a liquid medium, of the type comprising a hot reaction zone and a cold crystallization zone, in particular suitable for the implementation of such a process. It also relates to the crystallized product capable of being obtained by the use of this reactor and this process. It also relates to the use of this reactor and of this process to lead to particular characteristics of the crystallized product.
- the invention applies very particularly to the synthesis and crystallization of products having a high solubility in the reaction medium at the temperature of the reaction, in particular in the field of organic chemistry.
- the invention finds an advantageous application in the production of amides, in particular pharmaceutical amides, obtained by reaction between an amine and a carboxylic acid, including derivatives of carboxylic acid. More particularly, the invention applies to the production of N-acetyl-p-aminophein ⁇ ol (APAP) or paracetamol.
- APAP N-acetyl-p-aminophein ⁇ ol
- Crystallization can be done according to various cumulative principles, in particular: by evaporation, by change of solvent, in the presence of a crystallization promoter, by cold.
- a multifunctional synthesis and crystallization reactor comprising a reaction zone of small dimensions and maintained at high temperature, representing approximately 10% of the size of the reactor, and a crystallization section of large dimension. and disposed immediately in contact with the reaction zone so as to allow the reaction product to flow directly and rapidly from the reaction zone to the crystallization zone, which is provided with a stirring device.
- the reaction zone is provided with a feed while the crystallization zone is provided at its lower part with a withdrawal device.
- This reactor is used for carrying out a reaction in a liquid medium at elevated temperature, followed by crystallization of the product in the crystallization zone which is maintained at a temperature below the reaction zone. This arrangement does not allow an equilibrium displacement.
- the present invention aims to provide a multifunctional integrated reactor and a method, in particular a method suitable for the implementation of such a reactor, allowing the synthesis and the crystallization of products, in particular of products having a high solubility in the reaction medium at the reaction temperature.
- Another objective of the invention is to provide such a reactor and method making it possible to produce with a high yield, by increasing conversion thanks to a shift in equilibrium and / or by an increase in selectivity in the case of consecutive reactions.
- Yet another objective is to provide such a reactor and process that can operate discontinuously (batch) or, preferably, continuously.
- Yet another objective of the invention is to provide such a reactor and method making it possible to minimize the shielding phenomena which can lead to the encrustation of the crystallization zone.
- Yet another objective of the invention is to provide such an advantageous reactor and process on the economic plane, since it employs little equipment (pumps, pipes, etc.), requiring less thermal insulation or tracing and less energy to keep it running.
- Yet another objective of the invention is to provide such a reactor and process which is advantageous from the safety point of view, in particular because of the integrated configuration and the resulting reduction in the risks of leaks and contamination.
- Yet another objective of the invention is to propose such a reactor which is of compact constitution, not requiring the use of pumps and pipes between the different functional areas, and ensuring an advantage in terms of space and cost of production and d 'installation.
- Yet another objective of the invention is to propose such a process and reactor making it possible to control the characteristics of the final product.
- the first object of the invention is a process for synthesis and crystallization in a liquid medium, of the type comprising hot synthesis, in a zone of O 01/02090
- This process is characterized in that a progressive cooling of the reaction medium is ensured before admitting it into the crystallization zone, this cooling preferably being provided by heat exchange between the reaction medium and the crystallization juice, in an intermediate zone .
- a progressive cooling of the reaction medium is ensured, which will only be admitted into the cooled crystallization zone when its temperature has been sufficiently lowered to reduce the risks of shielding or nucleation which could otherwise lead to encrustation of the crystallizer.
- this process makes it possible to control the temperature difference between R and C, a difference which is determined by the reaction system.
- the progressive cooling is only ensured by the exchange of heat between the fluids present in the reactor.
- functioning is adiabatic.
- a direct heat exchange is ensured by mixing the crystallization juice and the reaction medium, by recirculating or recycling the crystallization juice from the crystallization zone to the reaction zone (we speak of retro -mixture), while substantially maintaining the crystals in the crystallization zone.
- the crystallization of the product in the crystallization zone makes it possible to shift the reaction equilibrium in the reaction zone and to ensure high conversion and selectivity.
- Recirculation is preferably carried out so as to recycle the finest crystals, also called fines, and to allow their resolubilization when they return to their solubilization temperature.
- This arrangement makes it possible to limit or avoid obtaining fines and therefore a heterogeneous crystal population. As we will see later, it can help promote the growth and production of large crystals.
- the controlled mixture between crystallization juice and reaction medium creates the desired temperature gradient.
- Recirculation and progressive cooling are preferably provided by and in a multistage column.
- the progressiveness of the cooling is designed to avoid shielding phenomena and can therefore depend on the reaction system, that is to say on the sensitivity of the reactive species to drops in temperature. It should be noted that this sensitivity may vary depending on the initial temperature and the concentration. For example, a rapid drop of 8 ° C in a saturated APAP solution to 80 ° C can cause a shielding phenomenon. The drop should be around 25 to 30 ° C when the APAP solution is at 30 ° C.
- the column stages are preferably identical or equivalent in the sense that they make it possible to ensure, notably in connection with the back-mixing, substantially equal temperature drops, it is however possible to use stages leading to different temperature drops, taking into account the differences in shielding sensitivity as a function of the initial temperature.
- the cooling progressiveness can be between 3 and 50 ° C for one stage or per stage. In the case of APAP and equivalent reaction systems in terms of shielding sensitivity, it is preferred that this progressiveness is between 3 and 20 ° C., in particular between 4 and 8 ° C.
- the method according to the invention implements an integrated multifunctional reactor.
- This notion of multifunctional integrated reactor will be explained below during the description of the reactor according to the invention.
- the reaction systems to which this process applies are those in which the desired product can be crystallized in the reaction medium by simple lowering of temperature. Any other dissolved compound present in the reaction system must have a solubility greater than the solubility of the desired product, at the crystallization temperature.
- the reactions used can be reactions for dissociation of a starting product or reactions involving at least two reagents.
- these systems can follow the minimum scheme A + B ⁇ C + D, C being the product to be recovered by crystallization.
- B and D can be liquid and are therefore by definition called mixture-solvent, A and C being solids dissolved at the reaction temperature.
- the crystallization of C coupled with recirculation, displaces the equilibrium, which favors the conversion of A.
- the solubility of the product C to be crystallized must be lower than the solubility of A at temperature crystallization.
- This process can also be applied to reaction systems of the minimal type A '-> B' - C (consecutive reactions) where B 'is the product to be recovered by crystallization. The crystallization of B 'prevents its conversion into by-product C.
- the invention can therefore be applied to a large number of industrial syntheses, in particular those involving organic species, which often have a high solubility in the reaction medium. It can in particular be applied in the production of amides obtained by acetylation reaction between an amino and a carboxylic acid (this concept including useful carboxylic acid derivatives), in particular corresponding to the following formula: RCOOH, with R chosen from: - preferably alkyls, especially C1-C12, preferably C1-C4,
- aryls preferably mono or bicyclic, in particular phenyl
- reaction temperature is preferably between 80 and 150 ° C.
- the amines can in particular be aromatic amines.
- the process according to the invention can also use a catalyst for the reaction concerned.
- a catalyst for the reaction concerned eg for the production of APAP
- a homogeneous acetylation catalyst can be used, for example sulfuric acid, boric acid or hydrochloric acid.
- These reactions can therefore use a solvent for the starting product and a solvent for the final product to be crystallized.
- the reaction medium then comprises a mixture of these solvents, insofar as the crystallization medium must be qualitatively identical to the reaction medium. According to particular methods of the process according to the invention, one can then provide, cumulatively or not:
- zone C - reinjection of the distillate or new solvent into zone C; the withdrawal of liquid from zone C and preferably the reinjection of this liquid after filtration, or of replacement liquid, into zone R.
- a second object of the present invention is a multifunctional integrated synthesis and crystallization reactor in liquid medium, of the type comprising a heated reaction zone R intended to contain reaction medium, and a cooled crystallization zone C intended to contain crystallized product and juice of crystallization, characterized in that these two zones are connected together by an intermediate zone arranged so on the one hand, to be able to ensure a main circulation of reaction medium from zone R towards zone C, and on the other hand , include a means of heat exchange between reaction medium and crystallization juice designed to provide a temperature gradient between zone R and zone C.
- This reactor is in particular capable of implementing the method according to the invention.
- multifunctional integrated reactor means a reactor formed in one piece, comprising the different zones, each zone preferably being functionally connected to another zone directly. Such an integrated arrangement creates a synergy between the different zones and the reactions of which they are the seat.
- the reactor comprises means for recirculating crystallization juice from zone C, towards the intermediate zone and zone R.
- This intermediate zone is arranged in the zone of direct heat exchange between hot liquid from zone R and cold liquid from zone C.
- the intermediate zone is designed to admit and mix together both the main circulation of liquid from zone R to zone C and a recirculation of liquid from zone C. The reactor can then lead to an equilibrium shift.
- the intermediate zone can also be provided with a cooling device, in particular with a progressive cooling device. It is however particularly preferred not to use it and to design this intermediate zone to operate solely on a heat exchange between the liquids coming from zones R and C. By definition we will then speak of an adiabatic heat exchange zone. Preference remains for direct heat exchange by mixing liquids.
- this intermediate zone can advantageously comprise several stages of mixing of the liquids, these stages preferably being identical to each other.
- the intermediate zone comprises a column with trays, this column preferably being provided with stirring means, the assembly being notably arranged so as to be able to ensure the main flow from R to C, as well as a recirculation flow. from C to R, possibly in combination with stirring means which can be and are preferably provided in zones R and C as will be seen below.
- the opening of the plates can consist of from 1 to several orifices, preferably with a central orifice.
- the stirring device of the crystallization zone preferably contributes to the recirculation flow. It is preferably designed to properly suspend the crystallized solid while keeping it in the crystallization zone.
- Recirculation can tend to entrain the finest crystals which go up in the intermediate zone where they can be resolubilized. We can then speak of a recycling of the fines that we can favor or limit at will by acting on the back-mixing, e.g. on the parameters of agitation and the opening of the trays. By playing with these parameters, the particle size of the crystals is modified. Generally, an increase in recirculation results in an increase in the average size of the crystals.
- the back-mixing rate will be optimized as a function of the reaction system, e.g. as a function of the optimum reaction and crystallization temperatures and the quality of the production required.
- Zone R preferably comprises a means for supplying reagent and zone C means for withdrawing crystallized product.
- These supply and withdrawal means can be designed to allow continuous operation of the reactor.
- the withdrawal means can be controlled by the supply means, itself regulated in order to control the production.
- the R and C zones are preferably also provided with stirring means.
- the different types of stirring means that can be used preferably include:
- zone R means of agitation making it possible to ensure good homogenization of the feed in R; preferably of the radial movable type; ex: Rushton turbine;
- - for zone C stirring means making it possible to suspend the crystals; in particular of the axial movable type (e.g. propeller with profiled blades), possibly associated with the radial type in the vicinity of the connection with the intermediate zone to ensure continuity, and / or at the foot of zone C to avoid the formation of a crust of crystals; - for the intermediate zone: means of agitation to ensure recirculation; preferably of the radial mobile type; ex: straight blade turbines; - possibly associated with baffles, counter-blades or similar means, located on the periphery with respect to the stirring means.
- the zones R, intermediate and C are aligned in this order along the same vertical axis, the zone R being placed above. It is therefore preferred that the means for agitating the upper, lower and intermediate zones are carried by the same drive shaft located on the vertical axis.
- Zone C is provided with a cooling device, preferably by fluid, e.g. water or oil, and in particular a device of the serpentine type, making it possible to install the crystallization temperature in the corresponding zone.
- a cooling device preferably by fluid, e.g. water or oil, and in particular a device of the serpentine type, making it possible to install the crystallization temperature in the corresponding zone.
- this cooling device is arranged so as to be able to be connected to a source of hot fluid for a periodic passage of hot fluid intended to dissolve any seeds of crystals which could form on contact with the cooling device (shielding phenomenon).
- the cooling device can therefore consist of two thermostated baths, one of which is instructed to maintain zone C at the crystallization temperature, the other being fixed at a higher temperature, these two baths being connected to the part of the device located in zone C, for example the coil, by solenoid valves or similar means making it possible to successively admit the cold fluid and the hot fluid.
- a zone C provided with a double envelope also allowing the circulation of cooling fluid.
- the cooling device combines an internal serpentine type device and a double jacket, which are preferably connected so as to be cooled and optionally heated in common.
- a distillation column is connected to the reactor. It is used to distill a solvent in the following two cases: - a solvent, in particular a solvent produced by the reaction, increases the solubility of the product to be crystallized; it is removed by distillation to promote crystallization; - The solvent interferes with the reaction in zone R; if, moreover, this solvent reduces the solubility of the product to be crystallized, it can be reintroduced into zone C as will be seen below.
- Compensation can be done either by condensation of the distillate and its reintroduction into zone C, or more freely with a stream of new, independent solvent, which is particularly advantageous when the distilled or new solvent promotes crystallization, by lowering the solubility of the product to be crystallized. Note that distillation without compensation will be avoided in a reactor operating discontinuously.
- the crystallization zone may include a regulated supply, even in the absence of a distillation column, to provide an appropriate liquid promoting crystallization, e.g. water.
- zone C offers a particularly advantageous additional possibility. Indeed, by correctly adjusting the temperature of this liquid, it is possible to suppress all or part of the cooling of the zone C by the cooling device (for example double jacket and / or coil).
- the cooling device for example double jacket and / or coil.
- a device for regulating the temperature of this liquid is provided, connected to the inlet.
- a filtration means for separating the liquid from the crystallized product.
- Means can also be provided for reinjecting this liquid or a replacement liquid, at an appropriate point of the reactor, in particular in zone R, which therefore then includes an admission of this liquid.
- the interior of the reactor in particular the crystallization zone and the intermediate zone, including the plates and the stirring means, can be provided with a non-stick coating, e.g. Teflon®.
- the process and the reactor are started continuously, it is preferable to fill the reactor with the starting composition, to cut supplies and withdrawals, and therefore to operate the reactor in batch until a state is obtained. thermal equilibrium (temperatures required for reaction and crystallization). When this is reached, it switches to continuous operation.
- the present invention also relates to the crystallized products capable of being obtained by the implementation of the process and / or of the reactor according to the invention.
- These products in particular amides of pharmaceutical interest, e.g. APAP, are characterized by a population of agglomerated crystals substantially free of fines. They are also characterized by a larger average crystal size (e.g. from 10 to 60%) under identical conditions, to what is usually obtained.
- compositions e.g. pharmaceuticals, comprising one or more products as obtained according to the invention.
- FIG. 1 is a schematic representation in median cross section of a multi-functional reactor
- FIG. 2 is a graph showing the evolution over time of the solid rate in the crystallizer, in batch
- FIG. 3 is a graph showing the evolution over time of the mass average diameter of the crystals, in batch;
- FIG 4 is a graph showing the conversion rate as a function of the feed rate.
- the reactor firstly comprises a reaction zone 1 comprising a double jacket 2 connected to pipes for admission and discharge of heating fluid, symbolized by the arrows 3, respectively 3 '.
- the reaction zone is also provided with a reagent supply, symbolized by the arrow 4.
- reaction zone is structurally and functionally connected to a column 5, which comprises plates 6, each having a central opening 7, and two end plates 8, each provided with three peripheral orifices 9, defining a passage area equal to that provided by each central opening 7.
- this column is itself structurally and functionally connected to a crystallization zone 10, provided with a double envelope 11 and a coil which, for reasons of clarity, has not been shown. It will be noted that the double envelope and the coil are connected together and are connected to an inlet and an outlet for cooling fluid, symbolized by the arrows 12, respectively 13. Finally, the crystallization zone is provided at its lower part with a valve
- the reactor further comprises a shaft 15, connected to a rotation device whose rotation speed can be varied, this shaft penetrating into the reactor through the upper part of the reaction zone and extending coaxially through the zone of reaction 1, column 5 and in a substantial part of the crystallization zone 10.
- the plates 8 have a central bore serving as a bearing for this shaft.
- the shaft 15 carries, so as to be able to drive them in rotation, stirring means.
- the reactor thus comprises a radial agitation mobile 16 placed at mid-height, and, regularly spaced around its internal periphery, four vertical counter blades 17; each stage of the column comprises a radial agitation mobile 18; the plates are separated from each other by three spacers, not shown, which interact with the mobiles in the manner of counter-blades; and the crystallization zone comprises two radial mobiles 19 and 20, at the head and at the foot of the zone, these mobiles being of the same type as the mobiles 18, and an axial mobile 21, placed at mid-height; four counter-blades 22 are arranged vertically on the internal periphery of the zone, being regularly spaced.
- the reactor is intended to be used continuously, there is preferably provided in the reaction zone a float placed on the surface of the liquid and which allows, when it goes to a predetermined level, the periodic triggering of the valve 14.
- the double jacket 11 and the coil of the crystallization zone are connected to thermostatically controlled water baths, one of these baths being regulated at a crystallization temperature, for example 30 ° C. and the second bath being maintained at a temperature about 80 ° C.
- the assembly is provided with solenoid valves so as to allow the admission either of cold fluid, or of hot fluid, it being understood that the admission of hot fluid is carried out intermittently and on a short duration in order to dissolve the seeds of crystals which could form on the heat exchange walls (coil and double jacket), without significantly disturbing the temperature in zone 10.
- the multistage columns have been modeled, eg by HF HAUG, AlChE Journal, May 1971, Vol. 17, No. 3, p 585-589; F corresponds to the main flow passing through the column, f the back-mixing flow, N the stirring speed (Hz), T the diameter of the column, H the height of a stage, D the diameter of the agitator, at the opening surface of the plates, At the surface of the plates, E is a correction factor linked to the stirring mobile. It was arbitrarily given a value of 0.1 for a six-blade Rushton-Oldshue type turbine. For other configurations, E is the ratio of the number of power of the agitating mobiles chosen to that of this six-blade turbine. For turbines with more or less than six blades, the number of power is, by approximation, proportional to the square root of the number of blades.
- the back-mixing flow rate f depends on the stirring speed N and on the geometrical dimensions of the apparatus and can be represented by the following equations, (1) for continuous operation and (2) for discontinuous operation:
- the temperature of a stage n can be expressed, compared to stages n + 1 (next stage below) and n - 1 (preceding stage above), by the formula (3):
- Example 2 Implementation of the multifunctional reactor of Example 1
- the reactor was produced according to the principle of FIG. 1, with the. following features:
- Step 1 making the feed mixture:
- composition (% by weight) of this mixture is as follows:
- the presence of APAP in the feed mixture is not essential, but allows a stable operating speed to be reached more quickly. Therefore, in general, the feed mixture may also not include APAP, or only understand it at start-up if it is a continuous operation.
- a batch experiment was carried out in parallel, and continuously with a sufficient quantity of feed mixture to fill the reactor and ensure a given flow rate for 12 hours.
- the reactor is filled (reaction zone 1, column 5 and crystallization zone 10) with the feed mixture, the stirring being started in the reactor.
- the reactor is brought to temperature operating temperature, namely a set temperature of 100 ° C for the reaction zone 1 and a set temperature of 30 ° C for the crystallization zone 10.
- the pump is stopped, then waits for the system to stabilize in temperature. Temperature regulation and stirring are maintained.
- the crystallization is initiated by the injection into the crystallization zone of a suspension of solid APAP in an AcOH + water mixture identical to that of the feed mixture. This injection is carried out before the crystallization temperature is reached.
- D mean diameter of the crystals with respect to the volume distribution of the crystal sample; laser diffraction particle size measurement, model Mastersizer® S long bench-MAM 5005, from Malvern Instruments Ltd.
- thermocouple Measurement of the temperatures on the outer wall of the column (5) using a thermocouple:
- the average size of the APAP crystals obtained according to the invention was compared with what it is possible to obtain by using a conventional crystallizer.
- This conventional crystallizer consists of a 1 l tank cooled (diameter and height 100 mm), propeller with profiled blades identical to that of the crystallization zone 10 in the reactor according to the invention, placed at one third of the height and in the lower part of the tank, and 4 10 mm counter-blades.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Procédé et réacteur multifonctionnel de synthèse et cristallisation. Multifunctional synthesis and crystallization process and reactor.
La présente invention est relative à un nouveau procédé de synthèse et de cristallisation en milieu liquide. Elle a également pour objet un réacteur multifonctionnel de synthèse et de cristallisation en milieu liquide, du type comprenant une zone de réaction chaude et une zone de cristallisation froide, notamment adapté à la mise en œuvre d'un tel procédé. Elle est encore relative au produit cristallisé susceptible d'être obtenu par la mise en œuvre de ce réacteur et de ce procédé. Elle a encore pour objet l'utilisation de ce réacteur et de ce procédé pour conduire à des caractéristiques particulières du produit cristallisé.The present invention relates to a new process for synthesis and crystallization in a liquid medium. It also relates to a multifunctional synthesis and crystallization reactor in a liquid medium, of the type comprising a hot reaction zone and a cold crystallization zone, in particular suitable for the implementation of such a process. It also relates to the crystallized product capable of being obtained by the use of this reactor and this process. It also relates to the use of this reactor and of this process to lead to particular characteristics of the crystallized product.
L'invention s'applique tout particulièrement à la synthèse et la cristallisation de produits ayant une solubilité élevée dans le milieu réactionnel à la température de la réaction, notamment dans le domaine de la chimie organique.The invention applies very particularly to the synthesis and crystallization of products having a high solubility in the reaction medium at the temperature of the reaction, in particular in the field of organic chemistry.
L'invention trouve une application avantageuse dans la production d'amides, en particulier d'amides pharmaceutiques, obtenus par réaction entre une aminé et un acide carboxylique, y compris dérivés d'acide carboxylique. Plus particulièrement, l'invention s'applique à la production de N-acétyl-p-aminophéπol (APAP) ou paracétamol.The invention finds an advantageous application in the production of amides, in particular pharmaceutical amides, obtained by reaction between an amine and a carboxylic acid, including derivatives of carboxylic acid. More particularly, the invention applies to the production of N-acetyl-p-aminopheinπol (APAP) or paracetamol.
La cristallisation peut se faire suivant différents principes cumulables, notamment : par évaporation, par changement de solvant, en présence d'un promoteur de cristallisation, par le froid.Crystallization can be done according to various cumulative principles, in particular: by evaporation, by change of solvent, in the presence of a crystallization promoter, by cold.
Dans la pratique, synthèse et cristallisation de ce type de produits sont réalisées dans des unités séparées, unité de réaction et unité de cristallisation, et nécessitent alors des moyens de transfert d'une unité à l'autre (notamment canalisations et pompes thermostatées) avec, dans le cas d'une cristallisation par le froid, toutes les difficultés liées au transfert du liquide sensible d'un environnement chaud à un environnement froid, notamment les phénomènes de blindage par cristallisation et agglomération sur les zones froides, pouvant conduire à l'encrustation des moyens de transfert et de l'unité de cristallisation. Différents types de cristalliseurs sont décrits dans Handbook of Industrial Crystallization 1993, Edited by Allan S. Myerson, Published by Butterworth- Heinemann, e.g. p 118-124.In practice, synthesis and crystallization of this type of product are carried out in separate units, reaction unit and crystallization unit, and then require means of transfer from one unit to another (in particular pipes and thermostated pumps) with , in the case of crystallization by cold, all the difficulties linked to the transfer of the sensitive liquid from a hot environment to a cold environment, in particular the phenomena of shielding by crystallization and agglomeration on the cold zones, which can lead to the encrustation of the transfer means and of the crystallization unit. Different types of crystallizers are described in Handbook of Industrial Crystallization 1993, Edited by Allan S. Myerson, Published by Butterworth- Heinemann, eg p 118-124.
Par US-A-3 600 701 , on connaît un réacteur multifonctionnel de synthèse et cristallisation comprenant une zone de réaction de petites dimensions et maintenue à température élevée, représentant environ 10 % de la taille du réacteur, et une section de cristallisation de grande dimension et disposée immédiatement au contact de la zone de réaction de manière à permettre au produit de la réaction de s'écouler directement et rapidement de la zone de réaction vers la zone de cristallisation, laquelle est munie d'un dispositif d'agitation. La zone de réaction est munie d'une alimentation tandis que la zone de cristallisation est munie à sa partie inférieure d'un dispositif de soutirage. Ce réacteur est utilisé pour la mise en œuvre d'une réaction en milieu liquide à température élevée, suivie d'une cristallisation du produit dans la zone de cristallisation qui est maintenue à une température inférieure à la zone de réaction. Cet agencement ne permet pas un déplacement d'équilibre. Il est uniquement basé sur la différence de solubilité à des températures différentes, le volume surdimensionné de la zone de cristallisation permettant d'assurer le refroidissement rapide du produit de réaction par trempe. Ceci a pour conséquence que la réaction est difficilement contrôlable, l'ensemble manque de souplesse de fonctionnement et la conversion est limitée par la thermodynamique de la réaction.From US Pat. No. 3,600,701, a multifunctional synthesis and crystallization reactor is known comprising a reaction zone of small dimensions and maintained at high temperature, representing approximately 10% of the size of the reactor, and a crystallization section of large dimension. and disposed immediately in contact with the reaction zone so as to allow the reaction product to flow directly and rapidly from the reaction zone to the crystallization zone, which is provided with a stirring device. The reaction zone is provided with a feed while the crystallization zone is provided at its lower part with a withdrawal device. This reactor is used for carrying out a reaction in a liquid medium at elevated temperature, followed by crystallization of the product in the crystallization zone which is maintained at a temperature below the reaction zone. This arrangement does not allow an equilibrium displacement. It is solely based on the difference in solubility at different temperatures, the oversized volume of the crystallization zone making it possible to rapidly cool the reaction product by quenching. This has the consequence that the reaction is difficult to control, the assembly lacks operational flexibility and the conversion is limited by the thermodynamics of the reaction.
La présente invention a pour objectif de proposer un réacteur intégré multifonctionnel et un procédé, en particulier un procédé adapté à la mise en œuvre d'un tel réacteur, permettant la synthèse et la cristallisation de produits, notamment de produits présentant une solubilité élevée dans le milieu réactionnel à la température de réaction.The present invention aims to provide a multifunctional integrated reactor and a method, in particular a method suitable for the implementation of such a reactor, allowing the synthesis and the crystallization of products, in particular of products having a high solubility in the reaction medium at the reaction temperature.
Un autre objectif de l'invention est de fournir de tels réacteur et procédé permettant de produire avec un rendement élevé, par augmentation de conversion grâce à un déplacement d'équilibre et/ou par augmentation de sélectivité dans le cas de réactions consécutives.Another objective of the invention is to provide such a reactor and method making it possible to produce with a high yield, by increasing conversion thanks to a shift in equilibrium and / or by an increase in selectivity in the case of consecutive reactions.
Un autre objectif encore est de proposer de tels réacteur et procédé pouvant fonctionner de manière discontinue (batch) ou, de préférence, en continu.Yet another objective is to provide such a reactor and process that can operate discontinuously (batch) or, preferably, continuously.
Un autre objectif encore de l'invention est de fournir de tels réacteur et procédé permettant de minimiser les phénomènes de blindage pouvant conduire à l'incrustation de la zone de cristallisation.Yet another objective of the invention is to provide such a reactor and method making it possible to minimize the shielding phenomena which can lead to the encrustation of the crystallization zone.
Un autre objectif encore de l'invention est de proposer de tels réacteur et procédé avantageux sur le pian économique, car mettant en œuvre peu de matériel (pompes, canalisations, etc ..), nécessitant moins de calorifugeage ou de traçage et moins d'énergie pour en assurer le fonctionnement.Yet another objective of the invention is to provide such an advantageous reactor and process on the economic plane, since it employs little equipment (pumps, pipes, etc.), requiring less thermal insulation or tracing and less energy to keep it running.
Un autre objectif encore de l'invention est de proposer de tels réacteur et procédé avantageux sur le plan de la sécurité, en raison notamment de la configuration intégrée et de la diminution qui en résulte des risques de fuites et de contaminations.Yet another objective of the invention is to provide such a reactor and process which is advantageous from the safety point of view, in particular because of the integrated configuration and the resulting reduction in the risks of leaks and contamination.
Un autre objectif encore de l'invention est de proposer de tels réacteur et procédé avantageux sur le plan de la sécurité, en évitant les temps d'attente entre les opérations et les transferts de matière d'une unité de réaction à une unité de cristallisation. Un autre objectif encore de l'invention est de proposer de tels réacteur et procédé permettant de respecter dans des conditions favorables les Bonnes Pratiques de Fabrication en vigueur en Europe.Yet another objective of the invention is to provide such a reactor and process which is advantageous in terms of safety, by avoiding the waiting times between operations and transfers of material from a reaction unit to a crystallization unit. . Yet another objective of the invention is to propose such a reactor and process making it possible to comply under favorable conditions with the Good Manufacturing Practices in force in Europe.
Un autre objectif encore de l'invention est de proposer un tel réacteur qui soit de constitution compacte, ne nécessitant pas l'usage de pompes et canalisations entre les différentes zones fonctionnelles, et assurant un avantage sur le plan encombrement et coût de réalisation et d'installation.Yet another objective of the invention is to propose such a reactor which is of compact constitution, not requiring the use of pumps and pipes between the different functional areas, and ensuring an advantage in terms of space and cost of production and d 'installation.
Un autre objectif encore de l'invention est de proposer de tels procédé et réacteur permettant de maîtriser les caractéristiques du produit final.Yet another objective of the invention is to propose such a process and reactor making it possible to control the characteristics of the final product.
L'invention a pour premier objet un procédé de synthèse et de cristallisation en milieu liquide, du type comprenant la synthèse à chaud, dans une zone de O 01/02090The first object of the invention is a process for synthesis and crystallization in a liquid medium, of the type comprising hot synthesis, in a zone of O 01/02090
réaction R chaude, d'un composé qui est à l'état dissous dans le milieu réactionnel à la température de réaction, l'envoi de milieu réactionnel de la zone R vers une zone de cristallisation froide C, et la cristallisation à froid dudit composé dissous. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on assure un refroidissement progressif du milieu réactionnel avant de l'admettre dans la zone de cristallisation, ce refroidissement étant de préférence assuré par échange de chaleur entre milieu réactionnel et jus de cristallisation, dans une zone intermédiaire. On assure un refroidissement progressif du milieu réactionnel qui ne sera admis dans la zone de cristallisation refroidie que lorsque sa température aura été suffisamment abaissée pour diminuer les risques de blindage ou nucléation qui pourraient autrement conduire à une encrustation du cristalliseur. En d'autres termes, ce procédé permet de maîtriser la différence de température entre R et C, différence qui est déterminée par le système réactionnel.hot reaction R, of a compound which is in the dissolved state in the reaction medium at the reaction temperature, sending the reaction medium from zone R to a zone of cold crystallization C, and cold crystallization of said compound dissolved. This process is characterized in that a progressive cooling of the reaction medium is ensured before admitting it into the crystallization zone, this cooling preferably being provided by heat exchange between the reaction medium and the crystallization juice, in an intermediate zone . A progressive cooling of the reaction medium is ensured, which will only be admitted into the cooled crystallization zone when its temperature has been sufficiently lowered to reduce the risks of shielding or nucleation which could otherwise lead to encrustation of the crystallizer. In other words, this process makes it possible to control the temperature difference between R and C, a difference which is determined by the reaction system.
Suivant la modalité préférée de l'invention, le refroidissement progressif est uniquement assuré par l'échange de chaleur entre les fluides présents dans le réacteur. Par définition, le fonctionnement est adiabatique.According to the preferred embodiment of the invention, the progressive cooling is only ensured by the exchange of heat between the fluids present in the reactor. By definition, functioning is adiabatic.
Selon la modalité la plus préférée, on assure un échange de chaleur direct par mélange de jus de cristallisation et de milieu réactionnel, grâce à une recirculation ou recyclage de jus de cristallisation de la zone de cristallisation vers la zone de réaction (on parle de rétro-mélange), tout en maintenant substantiellement les cristaux dans la zone de cristallisation. La cristallisation du produit dans la zone de cristallisation permet de déplacer l'équilibre réactionnel dans la zone de réaction et d'assurer une conversion et une sélectivité élevées.According to the most preferred method, a direct heat exchange is ensured by mixing the crystallization juice and the reaction medium, by recirculating or recycling the crystallization juice from the crystallization zone to the reaction zone (we speak of retro -mixture), while substantially maintaining the crystals in the crystallization zone. The crystallization of the product in the crystallization zone makes it possible to shift the reaction equilibrium in the reaction zone and to ensure high conversion and selectivity.
La recirculation est de préférence réalisée de manière à recycler les cristaux les plus fins, encore appelés fines, et à permettre leur resolubilisation lorsqu'ils retrouvent leur température de solubilisation. Cette disposition permet de limiter ou d'éviter l'obtention de fines et donc d'une population de cristaux hétérogène. Comme on le verra plus loin, elle peut permettre de favoriser la croissance et la production de gros cristaux. Le mélange contrôlé entre jus de cristallisation et milieu réactionnel crée le gradient de température recherché.Recirculation is preferably carried out so as to recycle the finest crystals, also called fines, and to allow their resolubilization when they return to their solubilization temperature. This arrangement makes it possible to limit or avoid obtaining fines and therefore a heterogeneous crystal population. As we will see later, it can help promote the growth and production of large crystals. The controlled mixture between crystallization juice and reaction medium creates the desired temperature gradient.
Recirculation et refroidissement progressif sont de préférence assurés par et dans une colonne à plusieurs étages.Recirculation and progressive cooling are preferably provided by and in a multistage column.
La progressivité du refroidissement est conçu pour éviter les phénomènes de blindages et peut donc dépendre du système réactionnel, c'est-à-dire de la sensibilité des espèces réactives à des baisses de température. Il convient de noter que cette sensibilité peut varier en fonction de la température initiale et de la concentration. Par exemple, une baisse rapide de 8°C d'une solution d'APAP saturée à 80°C peut provoquer un phénomène de blindage. La baisse doit être de l'ordre de 25 à 30° C lorsque la solution d'APAP est à 30°C.The progressiveness of the cooling is designed to avoid shielding phenomena and can therefore depend on the reaction system, that is to say on the sensitivity of the reactive species to drops in temperature. It should be noted that this sensitivity may vary depending on the initial temperature and the concentration. For example, a rapid drop of 8 ° C in a saturated APAP solution to 80 ° C can cause a shielding phenomenon. The drop should be around 25 to 30 ° C when the APAP solution is at 30 ° C.
En conséquence, si les étages de colonne sont de préférence identiques ou équivalents en ce sens qu'ils permettent d'assurer, notamment en liaison avec le rétro-mélange, des baissses de température sensiblement égales, il est toutefois possible d'utiliser des étages conduisant à des baisses de température différentes, en tenant compte des différences de sensibilité au blindage en fonction de la température initiale.Consequently, if the column stages are preferably identical or equivalent in the sense that they make it possible to ensure, notably in connection with the back-mixing, substantially equal temperature drops, it is however possible to use stages leading to different temperature drops, taking into account the differences in shielding sensitivity as a function of the initial temperature.
A titre indicatif, la progressivité du refroidissement peut être comprise entre 3 et 50°C pour une étage ou par étage. Dans le cas de l'APAP et de systèmes réactionnels équivalents en termes de sensibilité au blindage, on préfère que cette progressivité soit comprise entre 3 et 20° C, notamment entre 4 et 8°C.As an indication, the cooling progressiveness can be between 3 and 50 ° C for one stage or per stage. In the case of APAP and equivalent reaction systems in terms of shielding sensitivity, it is preferred that this progressiveness is between 3 and 20 ° C., in particular between 4 and 8 ° C.
De préférence, le procédé selon l'invention met en œuvre un réacteur intégré multifonctionnel. Cette notion de réacteur intégré multifonctionnel sera explicitée ci-après lors de la description du réacteur selon l'invention. Les systèmes réactionnels auxquels ce procédé s'applique sont ceux dans lesquels le produit recherché peut être cristallisé dans le milieu réactionnel par simple abaissement de température. Tout autre composé dissous présent dans le système réactionnel doit avoir une solubilité supérieure à la solubilité du produit recherché, à la température de cristallisation. Les réactions mises en œuvre peuvent être des réactions de dissociation d'un produit de départ ou des réactions faisant intervenir au moins deux réactifs.Preferably, the method according to the invention implements an integrated multifunctional reactor. This notion of multifunctional integrated reactor will be explained below during the description of the reactor according to the invention. The reaction systems to which this process applies are those in which the desired product can be crystallized in the reaction medium by simple lowering of temperature. Any other dissolved compound present in the reaction system must have a solubility greater than the solubility of the desired product, at the crystallization temperature. The reactions used can be reactions for dissociation of a starting product or reactions involving at least two reagents.
A titre d'exemple, ces systèmes peuvent suivre le schéma minimal A + B ^ C + D, C étant le produit à récupérer par cristallisation. B et D peuvent être liquides et sont alors appelés par définition mélange-solvant, A et C étant des solides dissous à la température de réaction. La cristallisation de C, couplée à la recirculation, déplace l'équilibre, ce qui favorise la conversion de A. Comme on l'a vu plus haut, la solubilité du produit C à cristalliser doit être inférieure à la solubilité de A à la température de cristallisation. Ce procédé peut aussi s'appliquer aux systèmes réactionnels du type minimal A' -> B' - C (réactions consécutives) où B' est le produit à récupérer par cristallisation. La cristallisation de B' empêche sa conversion en sous-produit C.By way of example, these systems can follow the minimum scheme A + B ^ C + D, C being the product to be recovered by crystallization. B and D can be liquid and are therefore by definition called mixture-solvent, A and C being solids dissolved at the reaction temperature. The crystallization of C, coupled with recirculation, displaces the equilibrium, which favors the conversion of A. As we saw above, the solubility of the product C to be crystallized must be lower than the solubility of A at temperature crystallization. This process can also be applied to reaction systems of the minimal type A '-> B' - C (consecutive reactions) where B 'is the product to be recovered by crystallization. The crystallization of B 'prevents its conversion into by-product C.
L'invention peut donc s'appliquer à un grand nombre de synthèses industrielles, notamment celles impliquant des espèces organiques, qui ont souvent une solubilité élevée dans le milieu réactionnel. Elle peut notamment s'appliquer dans la production d'amides obtenus par réaction d'acétylation entre une a iné et un acide carboxylique (cette notion incluant les dérivés d'acide carboxylique utiles), notamment répondant à la formule suivante : RCOOH, avec R choisi parmi : - de préférence alkyles, notamment en C1 -C12, de préférence en C1 -C4,The invention can therefore be applied to a large number of industrial syntheses, in particular those involving organic species, which often have a high solubility in the reaction medium. It can in particular be applied in the production of amides obtained by acetylation reaction between an amino and a carboxylic acid (this concept including useful carboxylic acid derivatives), in particular corresponding to the following formula: RCOOH, with R chosen from: - preferably alkyls, especially C1-C12, preferably C1-C4,
- alcényles, notamment en C2-C12,- alkenyls, in particular C2-C12,
- aryles, de préférence mono ou bicycliques, en particulier phényle,- aryls, preferably mono or bicyclic, in particular phenyl,
- cycloalkyles, notamment en C5-C7, et- cycloalkyls, in particular C5-C7, and
- aralkyles, notamment en C7-C12, de préférence benzyle. Ces RCOOH sont de préférence ceux miscibles au solvant ou mélange- solvant de la réaction. La température de réaction est de préférence comprise entre 80 et 150° C.- aralkyls, especially C7-C12, preferably benzyl. These RCOOH are preferably those miscible with the solvent or mixture-solvent of the reaction. The reaction temperature is preferably between 80 and 150 ° C.
Ces réactions sont habituellement conduites avec un excès de RCOOH. L'invention permet en revanche de se rapprocher des, et même de travailler aux, conditions steochiométriques. 01/02090These reactions are usually carried out with an excess of RCOOH. The invention on the other hand makes it possible to approach, and even to work under, steochiometric conditions. 01/02090
Les aminés peuvent notamment être des aminés aromatiques.The amines can in particular be aromatic amines.
Il peut s'agir par exemple de la réaction de production de l'APAP (voir exemple 2) : p-aminophénol + AcOH ^ N-acétyl-p-aminophénol + H 0.It may, for example, be the reaction for producing APAP (see example 2): p-aminophenol + AcOH ^ N-acetyl-p-aminophenol + H 0.
A titre d'exemple, on peut citer aussi les synthèses d'acide acétylsalicylique et d'acide aspartique et leur cristallisation par le froid :By way of example, there may also be mentioned the syntheses of acetylsalicylic acid and aspartic acid and their crystallization by cold:
O wO w
acide salicylique anhydride acide acide acétique acétylsalicylique acétique salicylic acid anhydride acetic acid acetylsalicylic acetic
acide fuma rique acide as partique fumaric acid asic acid
Le procédé selon l'invention peut aussi mettre en œuvre un catalyseur de la réaction concernée. Pour une réaction d'acétylation (e.g. pour la production d'APAP), on peut utiliser un catalyseur homogène d'acétylation, par exemple acide sulfurique, acide borique ou acide chlorhydrique. Ces réactions peuvent donc mettre en œuvre un solvant du produit de départ et un solvant du produit final à cristalliser. Le milieu réactionnel comprend alors un mélange de ces solvants, dans la mesure où le milieu de cristallisation doit être identique qualitativement au milieu réactionnel. Suivant des modalités particulières du procédé selon l'invention, on peut alors prévoir, cumulativement ou non :The process according to the invention can also use a catalyst for the reaction concerned. For an acetylation reaction (eg for the production of APAP), a homogeneous acetylation catalyst can be used, for example sulfuric acid, boric acid or hydrochloric acid. These reactions can therefore use a solvent for the starting product and a solvent for the final product to be crystallized. The reaction medium then comprises a mixture of these solvents, insofar as the crystallization medium must be qualitatively identical to the reaction medium. According to particular methods of the process according to the invention, one can then provide, cumulatively or not:
- la distillation du solvant du produit final à cristalliser, e.g. le solvant eau pour l'APAP, dans la zone R ;- distillation of the solvent for the final product to be crystallized, e.g. the water solvent for APAP, in zone R;
- la réinjection du distillât ou de solvant neuf dans la zone C ; le soutirage de liquide depuis la zone C et de préférence la réinjection de ce liquide après filtration, ou de liquide de remplacement, dans la zone R.- reinjection of the distillate or new solvent into zone C; the withdrawal of liquid from zone C and preferably the reinjection of this liquid after filtration, or of replacement liquid, into zone R.
La présente invention a pour deuxième objet un réacteur intégré multifonctionnel de synthèse et cristallisation en milieu liquide, du type comprenant une zone de réaction R chauffée et destinée à contenir du milieu réactionnel, et une zone de cristallisation refroidie C destinée à contenir du produit cristallisé et du jus de cristallisation, caractérisé en ce que ces deux zones sont raccordées ensemble par une zone intermédiaire agencée de manière d'une part, à pouvoir assurer une circulation principale de milieu réactionnel de la zone R vers la zone C, et d'autre part, comprendre un moyen d'échange de chaleur entre milieu réactionnel et jus de cristallisation conçu pour assurer un gradient de température entre zone R et zone C. Ce réacteur est en particulier apte à mettre en œuvre le procédé selon l'invention. Par réacteur intégré multifonctionnel selon l'invention, on entend un réacteur formé d'un seul tenant, comprenant les différentes zones, chaque zone étant de préférence fonctionnellement reliée à une autre zone de manière directe. Un tel agencement intégré crée une synergie entre les différentes zones et les réactions dont elles sont le siège. L'utilisation d'un réacteur intégré, de préférence susceptible de travailler en continu, permet d'assurer les différents objectifs, e.g. économiques et de sécurité, énoncés ci-dessus. Suivant la modalité préférée de l'invention, le réacteur comprend des moyens de recirculation de jus de cristallisation à partir de la zone C, vers la zone intermédiaire et la zone R. Cette zone intermédiaire est agencée en zone d'échange de chaleur direct entre liquide chaud de la zone R et liquide froid de la zone C. En d'autres termes, la zone intermédiaire est conçue pour admettre et mélanger ensemble à la fois la circulation principale de liquide de la zone R vers la zone C et une recirculation de liquide provenant de la zone C. Le réacteur peut alors conduire à un déplacement d'équilibre.A second object of the present invention is a multifunctional integrated synthesis and crystallization reactor in liquid medium, of the type comprising a heated reaction zone R intended to contain reaction medium, and a cooled crystallization zone C intended to contain crystallized product and juice of crystallization, characterized in that these two zones are connected together by an intermediate zone arranged so on the one hand, to be able to ensure a main circulation of reaction medium from zone R towards zone C, and on the other hand , include a means of heat exchange between reaction medium and crystallization juice designed to provide a temperature gradient between zone R and zone C. This reactor is in particular capable of implementing the method according to the invention. The term “multifunctional integrated reactor according to the invention” means a reactor formed in one piece, comprising the different zones, each zone preferably being functionally connected to another zone directly. Such an integrated arrangement creates a synergy between the different zones and the reactions of which they are the seat. The use of an integrated reactor, preferably capable of working continuously, ensures the various objectives, eg economic and safety, set out above. According to the preferred embodiment of the invention, the reactor comprises means for recirculating crystallization juice from zone C, towards the intermediate zone and zone R. This intermediate zone is arranged in the zone of direct heat exchange between hot liquid from zone R and cold liquid from zone C. In other words, the intermediate zone is designed to admit and mix together both the main circulation of liquid from zone R to zone C and a recirculation of liquid from zone C. The reactor can then lead to an equilibrium shift.
Si besoin est, on peut en outre munir la zone intermédiaire d'un dispositif de refroidissement, notamment d'un dispositif de refroidissement progressif. Il est toutefois particulièrement préféré de n'y pas recourir et de concevoir cette zone intermédiaire pour fonctionner uniquement sur un échange de chaleur entre les liquides provenant des zones R et C. Par définition on parlera alors de zone d'échange de chaleur adiabatique. La préférence reste à l'échange de chaleur direct par mélange des liquides.If necessary, the intermediate zone can also be provided with a cooling device, in particular with a progressive cooling device. It is however particularly preferred not to use it and to design this intermediate zone to operate solely on a heat exchange between the liquids coming from zones R and C. By definition we will then speak of an adiabatic heat exchange zone. Preference remains for direct heat exchange by mixing liquids.
Pour assurer ce refroidissement progressif par contact entre les liquides provenant des zones R et C, cette zone intermédiaire peut avantageusement comprendre plusieurs étages de mélange des liquides, ces étages étant de préférence identiques entre eux. Pour leur conception, des indications ont été discutées supra lors de la description du procédé. De préférence, la zone intermédiaire comprend une colonne à plateaux, cette colonne étant de préférence munie de moyens d'agitation, l'ensemble étant notamment agencé de manière à pouvoir assurer le débit principal de R vers C, ainsi qu'un débit de recirculation de C vers R, éventuellement en combinaison avec des moyens d'agitation qui peuvent être et sont de préférence prévus dans les zones R et C comme on le verra plus loin.To ensure this progressive cooling by contact between the liquids coming from zones R and C, this intermediate zone can advantageously comprise several stages of mixing of the liquids, these stages preferably being identical to each other. For their design, indications have been discussed above during the description of the process. Preferably, the intermediate zone comprises a column with trays, this column preferably being provided with stirring means, the assembly being notably arranged so as to be able to ensure the main flow from R to C, as well as a recirculation flow. from C to R, possibly in combination with stirring means which can be and are preferably provided in zones R and C as will be seen below.
L'agitation et l'ouverture des plateaux séparant les étages de la colonne sont déterminants pour les débits principal et de recirculation, et pour le rétro- mélange. L'expérience a montré que le débit de recirculation et donc le rétro- mélange augmentent avec l'agitation et l'ouverture des plateaux. L'homme du métier a une grande latitude pour fixer ces paramètres en fonction du but recherché.The agitation and the opening of the plates separating the stages of the column are decisive for the main and recirculation flows, and for the back-mixing. Experience has shown that the recirculation rate and therefore the back-mixing increase with agitation and the opening of the trays. The man of profession has great latitude to set these parameters according to the desired goal.
On notera encore que l'ouverture des plateaux peut consister en de 1 à plusieurs orifices, de préférence avec un orifice central. Le dispositif d'agitation de la zone de cristallisation contribue de préférence au débit de recirculation. Il est de préférence conçu pour bien mettre le solide cristallisé en suspension tout en le maintenant dans la zone de cristallisation.It will also be noted that the opening of the plates can consist of from 1 to several orifices, preferably with a central orifice. The stirring device of the crystallization zone preferably contributes to the recirculation flow. It is preferably designed to properly suspend the crystallized solid while keeping it in the crystallization zone.
La recirculation peut avoir tendance à entraîner les cristaux les plus fins qui remontent dans la zone intermédiaire où ils peuvent être resolubilisés. On peut alors parler d'un recyclage des fines que l'on peut à volonté favoriser ou limiter en agissant sur le rétro-mélange, e.g. sur les paramètres de l'agitation et l'ouverture des plateaux. En jouant sur ces paramètres, on modifie la granulométrie des cristaux. En règle générale, un accroissement de la recirculation abouti à une augmentation de la taille moyenne des cristaux. Le taux de rétro-mélange sera optimisé en fonction du système réactionnel, e.g. en fonction des températures optimales de réaction et de cristallisation et de la qualité de la production requise.Recirculation can tend to entrain the finest crystals which go up in the intermediate zone where they can be resolubilized. We can then speak of a recycling of the fines that we can favor or limit at will by acting on the back-mixing, e.g. on the parameters of agitation and the opening of the trays. By playing with these parameters, the particle size of the crystals is modified. Generally, an increase in recirculation results in an increase in the average size of the crystals. The back-mixing rate will be optimized as a function of the reaction system, e.g. as a function of the optimum reaction and crystallization temperatures and the quality of the production required.
La zone R comporte de préférence un moyen d'alimentation en réactif et la zone C un moyen soutirage de produit cristallisé. Ces moyens d'alimentation et de soutirage peuvent être conçus pour permettre un fonctionnement en continu du réacteur. Ainsi, le moyen de soutirage peut être asservi au moyen d'alimentation, lui-même régulé afin de contrôler la production.Zone R preferably comprises a means for supplying reagent and zone C means for withdrawing crystallized product. These supply and withdrawal means can be designed to allow continuous operation of the reactor. Thus, the withdrawal means can be controlled by the supply means, itself regulated in order to control the production.
Les zones R et C sont de préférence aussi pourvues de moyens d'agitation.The R and C zones are preferably also provided with stirring means.
Les différents types de moyens d'agitation qui peuvent être utilisés comprennent de préférence :The different types of stirring means that can be used preferably include:
- pour la zone R : moyens d'agitation permettant d'assurer une bonne homogénéisation de l'alimentation dans R ; de préférence du type mobile radial ; ex : turbine de Rushton ;- for zone R: means of agitation making it possible to ensure good homogenization of the feed in R; preferably of the radial movable type; ex: Rushton turbine;
- pour la zone C : moyens d'agitation permettant d'assurer la mise en suspension des cristaux ; notamment du type mobile axial (ex : hélice à pales profilées), éventuellement associé à du type radial au voisinage de la liaison avec la zone intermédiaire pour assurer une continuité, et/ou en pied de zone C pour y éviter la formation d'une croûte de cristaux ; - pour la zone intermédiaire : moyens d'agitation permettant d'assurer la recirculation ; de préférence du type mobiles radiaux ; ex : turbines à pales droites ; - éventuellement associés à des chicanes, contre-pales ou moyens analogues, situés en périphérie par rapport aux moyens d'agitation. De préférence, les zones R, intermédiaire et C sont alignées dans cet ordre suivant un même axe vertical, la zone R étant placée au-dessus. On préfère alors que les moyens d'agitation des zones supérieure, inférieure et intermédiaire soient portés par un même arbre moteur situé sur l'axe vertical.- for zone C: stirring means making it possible to suspend the crystals; in particular of the axial movable type (e.g. propeller with profiled blades), possibly associated with the radial type in the vicinity of the connection with the intermediate zone to ensure continuity, and / or at the foot of zone C to avoid the formation of a crust of crystals; - for the intermediate zone: means of agitation to ensure recirculation; preferably of the radial mobile type; ex: straight blade turbines; - possibly associated with baffles, counter-blades or similar means, located on the periphery with respect to the stirring means. Preferably, the zones R, intermediate and C are aligned in this order along the same vertical axis, the zone R being placed above. It is therefore preferred that the means for agitating the upper, lower and intermediate zones are carried by the same drive shaft located on the vertical axis.
La zone C est munie d'un dispositif de refroidissement, de préférence par fluide, e.g. eau ou huile, et en particulier un dispositif du type serpentin, permettant d'installer la température de cristallisation dans la zone correspondante.Zone C is provided with a cooling device, preferably by fluid, e.g. water or oil, and in particular a device of the serpentine type, making it possible to install the crystallization temperature in the corresponding zone.
A noter alors que le serpentin peut jouer un rôle dans l'agitation en étant placé coaxialement à l'arbre d'agitation. Il peut permettre de favoriser et canaliser les lignes de courant générées par le mobile axial. Suivant une modalité particulièrement avantageuse de l'invention, ce dispositif de refroidissement est agencé de manière à pouvoir être relié à une source de fluide chaud pour un passage périodique de fluide chaud destiné à dissoudre les éventuels germes de cristaux qui pourraient se former au contact du dispositif de refroidissement (phénomène de blindage). Le dispositif de refroidissement peut donc être constitué de deux bains thermostatés, l'un ayant pour consigne de maintenir la zone C à la température de cristallisation, l'autre étant fixé à une température plus élevée, ces deux bains étant reliés à la partie du dispositif située dans la zone C, par exemple le serpentin, par des électrovannes ou des moyens analogues permettant d'admettre successivement le fluide froid et le fluide chaud. Selon une disposition supplémentaire de l'invention, il est possible d'utiliser une zone C munie d'une double enveloppe permettant également la circulation de fluide de refroidissement. De même, dans ce cas de figure, il peut être avantageux de prévoir des moyens permettant le passage périodique de fluide chaud pour éviter la formation de germes de cristaux sur les parois de la zone de C.Note that the coil can play a role in agitation by being placed coaxially with the agitation tree. It can make it possible to promote and channel the current lines generated by the axial mobile. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, this cooling device is arranged so as to be able to be connected to a source of hot fluid for a periodic passage of hot fluid intended to dissolve any seeds of crystals which could form on contact with the cooling device (shielding phenomenon). The cooling device can therefore consist of two thermostated baths, one of which is instructed to maintain zone C at the crystallization temperature, the other being fixed at a higher temperature, these two baths being connected to the part of the device located in zone C, for example the coil, by solenoid valves or similar means making it possible to successively admit the cold fluid and the hot fluid. According to an additional arrangement of the invention, it is possible to use a zone C provided with a double envelope also allowing the circulation of cooling fluid. Similarly, in this case, it may be advantageous to provide means allowing the periodic passage of hot fluid to avoid the formation of crystal seeds on the walls of the zone of C.
De manière avantageuse, le dispositif de refroidissement combine un dispositif interne de type serpentin et une double enveloppe, qui sont de préférence reliés de manière à être refroidis et éventuellement chauffés de manière commune. Suivant une modalité particulière de l'invention, une colonne à distiller est raccordée au réacteur. Elle sert à distiller un solvant dans les deux cas suivants : - un solvant, notamment un solvant produit par la réaction, augmente la solubilité du produit à cristalliser ; on en élimine par distillation pour favoriser la cristallisation ; - le solvant gêne la réaction dans la zone R ; si par ailleurs ce solvant diminue la solubilité du produit à cristalliser, on peut le réintroduire en zone C comme on le verra plus loin. Dans le cas de l'APAP, la distillation permet d'augmenter la température dans la zone R et le titre en acide acétique. L'équilibre réactionnel est déplacé vers la production d'APAP car la réaction d'acétylation de l'APAP verra sa vitesse augmenter plus vite, selon la loi d'Arrhénius, que celle d'hydrolyse de l'APAP. Par ailleurs, l'eau étant éliminée du milieu réactionnel par la distillation, l'équilibre sera d'autant plus déplacé vers la formation d'APAP. Globalement, la conversion dans le réacteur augmente. En revanche, l'élimination de solvant dans la zone R doit pouvoir être compensée en un autre point du réacteur. Dans ce cas, on prévoit à cet effet une admission de compensation, débouchant dans la zone C.Advantageously, the cooling device combines an internal serpentine type device and a double jacket, which are preferably connected so as to be cooled and optionally heated in common. According to a particular form of the invention, a distillation column is connected to the reactor. It is used to distill a solvent in the following two cases: - a solvent, in particular a solvent produced by the reaction, increases the solubility of the product to be crystallized; it is removed by distillation to promote crystallization; - The solvent interferes with the reaction in zone R; if, moreover, this solvent reduces the solubility of the product to be crystallized, it can be reintroduced into zone C as will be seen below. In the case of APAP, distillation makes it possible to increase the temperature in zone R and the titer in acetic acid. The reaction equilibrium is shifted towards the production of APAP because the acetylation reaction of APAP will see its speed increase faster, according to Arrhenius' law, than that of hydrolysis of APAP. Furthermore, the water being removed from the reaction medium by distillation, the equilibrium will be all the more shifted towards the formation of APAP. Overall, the conversion in the reactor increases. On the other hand, the elimination of solvent in zone R must be able to be compensated at another point of the reactor. In this case, a compensation admission is provided for this purpose, opening into zone C.
La compensation peut se faire soit par condensation du distillât et sa reintroduction dans la zone C, soit plus librement avec un courant de solvant neuf, indépendant, ce qui est notamment intéressant lorsque le solvant distillé ou neuf favorise la cristallisation, en abaissant la solubilité du produit à cristalliser. A noter que la distillation sans compensation sera évitée dans un réacteur fonctionnant en discontinu.Compensation can be done either by condensation of the distillate and its reintroduction into zone C, or more freely with a stream of new, independent solvent, which is particularly advantageous when the distilled or new solvent promotes crystallization, by lowering the solubility of the product to be crystallized. Note that distillation without compensation will be avoided in a reactor operating discontinuously.
La zone de cristallisation pourra comporter une alimentation régulée, même en l'absence de colonne à distiller, pour apporter un liquide approprié favorisant la cristallisation, e.g. de l'eau.The crystallization zone may include a regulated supply, even in the absence of a distillation column, to provide an appropriate liquid promoting crystallization, e.g. water.
L'introduction de liquide (de compensation ou non) dans la zone C offre une possibilité supplémentaire particulièrement avantageuse. En effet, en ajustant correctement la température de ce liquide, il est possible de supprimer en tout ou partie le refroidissement de la zone C par le dispositif de refroidissement (par exemple double enveloppe et/ou serpentin). Dans ce cas, on prévoit un dispositif de régulation de la température de ce liquide, raccordé à l'admission.The introduction of liquid (compensating or not) into zone C offers a particularly advantageous additional possibility. Indeed, by correctly adjusting the temperature of this liquid, it is possible to suppress all or part of the cooling of the zone C by the cooling device (for example double jacket and / or coil). In this case, a device for regulating the temperature of this liquid is provided, connected to the inlet.
Par ailleurs, si l'on prend l'exemple de l'APAP, un gradient de concentration en acétique va s'établir entre la zone R (très riche) et la zone C (très prauvre). La cristallisation va donc se faire avec une solubilité d'APAP beaucoup plus faible, ce qui permet d'augmenter encore le rendement de cristallisation et donc le rendement en conversion global du réacteur.Furthermore, if we take the example of APAP, an acetic concentration gradient will be established between zone R (very rich) and zone C (very poor). The crystallization will therefore be carried out with a much lower APAP solubility, which makes it possible to further increase the crystallization yield and therefore the overall conversion yield of the reactor.
En aval des moyens de soutirage du produit cristallisé, il est possible de disposer un moyen de filtration pour séparer le liquide du produit cristallisé. On peut aussi prévoir des moyens permettant de réinjecter ce liquide ou un liquide de remplacement, en un point approprié du réacteur, notamment dans la zone R, qui comprend donc alors une admission de ce liquide.Downstream of the means for withdrawing the crystallized product, it is possible to have a filtration means for separating the liquid from the crystallized product. Means can also be provided for reinjecting this liquid or a replacement liquid, at an appropriate point of the reactor, in particular in zone R, which therefore then includes an admission of this liquid.
L'intérieur du réacteur, en particulier la zone de cristallisation et la zone intermédiaire, y compris les plateaux et les moyens d'agitation, peut être muni d'un revêtement anti-adhérent, e.g. du Teflon®.The interior of the reactor, in particular the crystallization zone and the intermediate zone, including the plates and the stirring means, can be provided with a non-stick coating, e.g. Teflon®.
Pour en revenir au procédé selon l'invention, on pourra aussi prévoir l'ajustement des différents paramètres, tels que agitation, débit d'alimentation, débit de recirculation, paramètres géométriques, en fonction du produit final recherché ; et toutes autres caractéristiques e.g. distillation, ré-injection, compensations, etc. ; comme cela a été décrit ci-avant au regard du réacteur. Lors de la mise en route du procédé et du réacteur en continu, il est préférable de remplir le réacteur avec la composition de départ, de couper alimentations et soutirages, et donc de faire fonctionner le réacteur en batch jusqu'à obtention d'un état d'équilibre thermique (températures requises à la réaction et à la cristallisation). Lorsque celui-ci est atteint, on passe en fonctionnement continu.To return to the process according to the invention, provision may also be made for adjusting the various parameters, such as agitation, feed rate, recirculation rate, geometric parameters, depending on the desired end product; and all other characteristics eg distillation, re-injection, compensations, etc. ; as described above with regard to the reactor. When the process and the reactor are started continuously, it is preferable to fill the reactor with the starting composition, to cut supplies and withdrawals, and therefore to operate the reactor in batch until a state is obtained. thermal equilibrium (temperatures required for reaction and crystallization). When this is reached, it switches to continuous operation.
La présente invention a aussi pour objet les produits cristallisés susceptibles d'être obtenus par la mise en œuvre du procédé et/ou du réacteur selon l'invention. Ces produits notamment amides d'intérêt pharmaceutique, e.g. APAP, se caractérisent par une population de cristaux agglomérés substantiellement exempte de fines. Ils se caractérisent aussi par une taille moyenne de cristaux supérieure (e.g. de 10 à 60 %) à conditions identiques, à ce qui est habituellement obtenu.The present invention also relates to the crystallized products capable of being obtained by the implementation of the process and / or of the reactor according to the invention. These products, in particular amides of pharmaceutical interest, e.g. APAP, are characterized by a population of agglomerated crystals substantially free of fines. They are also characterized by a larger average crystal size (e.g. from 10 to 60%) under identical conditions, to what is usually obtained.
L'invention a encore pour objet les compositions, e.g. pharmaceutiques, comprenant un ou plusieurs produits tels qu'obtenus suivant l'invention.A further subject of the invention is the compositions, e.g. pharmaceuticals, comprising one or more products as obtained according to the invention.
La présente invention va être maintenant décrite à l'aide de modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et se référant au dessin annexé dans lequel :The present invention will now be described with the aid of embodiments taken by way of nonlimiting examples and referring to the appended drawing in which:
- la figure 1 est une représentation schématique en coupe transversale médiane d'un réacteur multi-fonctionnel ;- Figure 1 is a schematic representation in median cross section of a multi-functional reactor;
- la figure 2 est un graphe montrant l'évolution au cours du temps du taux de solide au cristalliseur, en batch ;- Figure 2 is a graph showing the evolution over time of the solid rate in the crystallizer, in batch;
- la figure 3 est un graphe montrant l'évolution au cours du temps du diamètre moyen en masse des cristaux, en batch ; - la figure 4 est un graphe montrant le taux de conversion en fonction du débit d'alimentation. Exemple 1 - Description d'un réacteur multifonctionnel conforme à l'invention (voir figure 1 ) :- Figure 3 is a graph showing the evolution over time of the mass average diameter of the crystals, in batch; - Figure 4 is a graph showing the conversion rate as a function of the feed rate. Example 1 - Description of a multifunctional reactor according to the invention (see Figure 1):
Le réacteur comporte tout d'abord une zone de réaction 1 comportant une double enveloppe 2 raccordée à des canalisations d'admission et d'évacuation de fluide de chauffage, symbolisées par les flèches 3, respectivement 3'. La zone de réaction est également munie d'une alimentation en réactif, symbolisée par la flèche 4.The reactor firstly comprises a reaction zone 1 comprising a double jacket 2 connected to pipes for admission and discharge of heating fluid, symbolized by the arrows 3, respectively 3 '. The reaction zone is also provided with a reagent supply, symbolized by the arrow 4.
A sa partie basse, la zone de réaction est structu Tellement et fonctionnellement raccordée à une colonne 5, qui comprend des plateaux 6, présentant chacun une ouverture centrale 7, et deux plateaux d'extrémité 8, pourvus chacun de trois orifices périphériques 9, définissant une surface de passage égale à celle procurée par chaque ouverture centrale 7.At its lower part, the reaction zone is structurally and functionally connected to a column 5, which comprises plates 6, each having a central opening 7, and two end plates 8, each provided with three peripheral orifices 9, defining a passage area equal to that provided by each central opening 7.
A sa partie inférieure, cette colonne est elle-même structurellement et fonctionnellement raccordée à une zone de cristallisation 10, munie d'une double enveloppe 1 1 et d'un serpentin qui, pour des raisons de clarté, n'a pas été représenté. On notera que la double enveloppe et le serpentin sont raccordés ensemble et sont reliés à une admission et à une évacuation de fluide de refroidissement, symbolisés par les flèches 12, respectivement 13. Enfin, la zone de cristallisation est munie à sa partie inférieure d'une vanneAt its lower part, this column is itself structurally and functionally connected to a crystallization zone 10, provided with a double envelope 11 and a coil which, for reasons of clarity, has not been shown. It will be noted that the double envelope and the coil are connected together and are connected to an inlet and an outlet for cooling fluid, symbolized by the arrows 12, respectively 13. Finally, the crystallization zone is provided at its lower part with a valve
14 de soutirage du produit cristallisé.14 for withdrawing the crystallized product.
Le réacteur comporte en outre un arbre 15, relié à un dispositif de rotation dont on peut faire varier la vitesse de rotation, cet arbre pénétrant dans le réacteur par la partie supérieure de la zone de réaction et s'étendant coaxialement à travers la zone de réaction 1 , la colonne 5 et dans une partie substantielle de la zone de cristallisation 10. Les plateaux 8 ont un perçage central servant de palier à cet arbre.The reactor further comprises a shaft 15, connected to a rotation device whose rotation speed can be varied, this shaft penetrating into the reactor through the upper part of the reaction zone and extending coaxially through the zone of reaction 1, column 5 and in a substantial part of the crystallization zone 10. The plates 8 have a central bore serving as a bearing for this shaft.
L'arbre 15 porte, de manière à pouvoir les entraîner en rotation, des moyens d'agitation. Le réacteur comporte ainsi un mobile d'agitation radial 16 placé à mi-hauteur, et, régulièrement espacées sur son pourtour interne, quatre contre-pales verticales 17 ; chaque étage de la colonne comporte un mobile d'agitation radial 18 ; les plateaux sont séparés entre eux par trois entretoises, non représentées, qui interagissent avec les mobiles à la façon de contre-pales ; et la zone de cristallisation comporte deux mobiles radiaux 19 et 20, en tête et en pied de zone, ces mobiles étant de même type que les mobiles 18, et un mobile axial 21 , placé à mi-hauteur ; quatre contre-pales 22 sont disposées verticalement sur le pourtour interne de la zone, en étant régulièrement espacées.The shaft 15 carries, so as to be able to drive them in rotation, stirring means. The reactor thus comprises a radial agitation mobile 16 placed at mid-height, and, regularly spaced around its internal periphery, four vertical counter blades 17; each stage of the column comprises a radial agitation mobile 18; the plates are separated from each other by three spacers, not shown, which interact with the mobiles in the manner of counter-blades; and the crystallization zone comprises two radial mobiles 19 and 20, at the head and at the foot of the zone, these mobiles being of the same type as the mobiles 18, and an axial mobile 21, placed at mid-height; four counter-blades 22 are arranged vertically on the internal periphery of the zone, being regularly spaced.
Si le réacteur est destiné à être utilisé en continu, on prévoit de préférence dans la zone de réaction un flotteur placé à la surface du liquide et qui permet, lorsqu'il passe à un niveau prédéterminé, le déclenchement périodique de la vanne 14.If the reactor is intended to be used continuously, there is preferably provided in the reaction zone a float placed on the surface of the liquid and which allows, when it goes to a predetermined level, the periodic triggering of the valve 14.
La double enveloppe 11 et le serpentin de la zone de cristallisation sont raccordés à des bains d'eau thermostatés, l'un de ces bains étant régulé à une température de cristallisation, par exemple 30° C et le deuxième bain étant maintenu à une température d'environ 80° C. L'ensemble est muni d'électrovannes de façon à permettre l'admission soit de fluide froid, soit de fluide chaud, étant entendu que l'admission de fluide chaud est réalisée de manière intermittente et sur une courte durée afin de dissoudre les germes de cristaux qui pourraient se former sur les parois d'échange de chaleur (serpentin et double enveloppe), sans perturber sensiblement la température dans la zone 10.The double jacket 11 and the coil of the crystallization zone are connected to thermostatically controlled water baths, one of these baths being regulated at a crystallization temperature, for example 30 ° C. and the second bath being maintained at a temperature about 80 ° C. The assembly is provided with solenoid valves so as to allow the admission either of cold fluid, or of hot fluid, it being understood that the admission of hot fluid is carried out intermittently and on a short duration in order to dissolve the seeds of crystals which could form on the heat exchange walls (coil and double jacket), without significantly disturbing the temperature in zone 10.
Les colonnes multi-étages ont été modélisées, e.g. par H. F. HAUG, AlChE Journal, mai 1971 , Vol. 17, n° 3, p 585-589 ; F correspond au débit principal traversant la colonne, f le débit de rétro-mélange, N la vitesse d'agitation (Hz), T le diamètre de la colonne, H la hauteur d'un étage, D le diamètre de l'agitateur, a la surface d'ouverture des plateaux, A la surface des plateaux, E est un facteur de correction lié au mobile d'agitation. Il lui a été donné arbitrairement une valeur de 0,1 pour une turbine à six pales du type Rushton-Oldshue. Pour d'autres configurations, E est le rapport du nombre de puissance des mobiles d'agitation choisi sur celui de cette turbine à six pales. Pour des turbines ayant plus ou moins de six pales, le nombre de puissance est, par approximation, proportionnel à la racine carré du nombre de pales.The multistage columns have been modeled, eg by HF HAUG, AlChE Journal, May 1971, Vol. 17, No. 3, p 585-589; F corresponds to the main flow passing through the column, f the back-mixing flow, N the stirring speed (Hz), T the diameter of the column, H the height of a stage, D the diameter of the agitator, at the opening surface of the plates, At the surface of the plates, E is a correction factor linked to the stirring mobile. It was arbitrarily given a value of 0.1 for a six-blade Rushton-Oldshue type turbine. For other configurations, E is the ratio of the number of power of the agitating mobiles chosen to that of this six-blade turbine. For turbines with more or less than six blades, the number of power is, by approximation, proportional to the square root of the number of blades.
u =u =
Le débit de rétro-mélange f dépend de la vitesse d'agitation N et des dimensions géométriques de l'appareil et peut être représenté par les équations suivantes, (1 ) pour un fonctionnement continu et (2) pour un fonctionnement discontinu :The back-mixing flow rate f depends on the stirring speed N and on the geometrical dimensions of the apparatus and can be represented by the following equations, (1) for continuous operation and (2) for discontinuous operation:
Par ailleurs, si l'on considère qu'il n'y a pas d'échange de chaleur à travers les parois de la colonne et que les transferts de chaleur par conduction entre les étages sont négligeables par rapport aux échanges de chaleur par mélange direct des fluides, la température d'un étage n peut être exprimée, par rapport aux étages n + 1 (étage suivant en dessous) et n - 1 (étage précédent au-dessus), par la formule (3) :Furthermore, if we consider that there is no heat exchange through the walls of the column and that the heat transfers by conduction between the stages are negligible compared to the heat exchanges by direct mixing of fluids, the temperature of a stage n can be expressed, compared to stages n + 1 (next stage below) and n - 1 (preceding stage above), by the formula (3):
(F + f)Tn -ι + fTn+ 1 τn = (3)(F + f) T n -ι + fT n + 1 τ n = (3)
F + 2fF + 2f
Ces données théoriques permettent à l'homme du métier de mettre au point la colonne dont il a besoin en fonction du système réactionnel.These theoretical data allow a person skilled in the art to develop the column he needs according to the reaction system.
Exemple 2 : Mise en œuyre du réacteur multifonctionnel de l'exemple 1Example 2: Implementation of the multifunctional reactor of Example 1
2 - 1. Réaction mise en œuvre : Synthèse du N-acétyl-p-aminophénol (APAP) par acétylation du p- aminophénol (PAP) :2 - 1. Reaction implemented: Synthesis of N-acetyl-p-aminophenol (APAP) by acetylation of p-aminophenol (PAP):
OO
Il s'agit d'une réaction équilibrée entre acétylation de PAP et hydrolyse de l'APAP. La réaction d'acétylation a lieu aux alentours de 100° C. Le solvant est le mélange eau + acide acétique.It is a balanced reaction between acetylation of PAP and hydrolysis of APAP. The acetylation reaction takes place at around 100 ° C. The solvent is the water + acetic acid mixture.
2 - 2. Caractéristiques du réacteur :2 - 2. Characteristics of the reactor:
Le réacteur a été réalisé suivant le principe de la figure 1 , avec les. caractéristiques suivantes :The reactor was produced according to the principle of FIG. 1, with the. following features:
- zone de réaction 1 : • volume 2,5 I- reaction zone 1: • volume 2.5 I
• diamètre 150 mm• diameter 150 mm
• mobile d'agitation : turbine de Rushton 75 mm de diamètre• agitator mobile: Rushton turbine 75 mm in diameter
• 4 contre-pales de 15 mm (= 10 % du diamètre de la zone)• 4 15 mm counter blades (= 10% of the diameter of the area)
- colonne 5 : • 10 étages de 0,1 I (9 plateaux + 2 plateaux d'extrémité)- column 5: • 10 stages of 0.1 I (9 trays + 2 end trays)
• diamètre 60 mm• diameter 60 mm
• plateaux 10 % d'ouverture• 10% opening trays
• hauteur de chaque étage : 30 mm • mobiles d'agitation : turbines à pales droites de 40 mm de diamètre.• height of each stage: 30 mm • stirring mobiles: turbines with straight blades 40 mm in diameter.
- zone de cristallisation 10 :- crystallization zone 10:
• volume 1 ,25 I • diamètre 100 mm• volume 1, 25 I • diameter 100 mm
• mobiles d'agitation :• stirring mobiles:
+ hélice à pales profilées de 60 mm de diamètre (ref 21) + 2 turbines à pales droites de 40 mm de diamètre (ref 19 et 20).+ propeller with profiled blades of 60 mm in diameter (ref 21) + 2 turbines with straight blades of 40 mm in diameter (ref 19 and 20).
• 4 contre-pales de 10 mm (= 10 % du diamètre de la zone). 2 - 3. Protocole opératoire :• 4 10 mm counter blades (= 10% of the diameter of the area). 2 - 3. Operating protocol:
Etape 1 : réalisation du mélange d'alimentation :Step 1: making the feed mixture:
Dans une cuve de 40 I, agitée et chauffée à 65° C par un serpentin métallique, on introduit un mélange AcOH + eau à 40 % en poids d'AcOH. Lorsque ce mélange de liquides a atteint la température de 65°C, on introduit du PAP et de l'APAP solides qui s'y dissolvent au bout d'un certain temps.Into a 40 I tank, stirred and heated to 65 ° C by a metal coil, an AcOH + water mixture at 40% by weight of AcOH is introduced. When this mixture of liquids has reached the temperature of 65 ° C., solid PAP and APAP are introduced which dissolve therein after a certain time.
La composition (% en poids) de ce mélange est la suivante :The composition (% by weight) of this mixture is as follows:
- PAP 12 % - APAP 11 %- PAP 12% - APAP 11%
- AcOH 32 %- AcOH 32%
- Eau 45 %.- Water 45%.
La présence d'APAP dans le mélange d'alimentation n'est pas indispensable, mais permet d'atteindre plus rapidement un régime de fonctionnement stable. Donc, de manière générale, le mélange d'alimentation peut aussi ne pas comprendre d'APAP, ou en comprendre seulement au démarrage s'il s'agit d'un fonctionnement en continu.The presence of APAP in the feed mixture is not essential, but allows a stable operating speed to be reached more quickly. Therefore, in general, the feed mixture may also not include APAP, or only understand it at start-up if it is a continuous operation.
On a mené en parallèle une expérience en discontinu (batch), et en continu avec une quantité suffisante de mélange d'alimentation pour remplir le réacteur et assurer un débit donné pendant 12 heures.A batch experiment was carried out in parallel, and continuously with a sufficient quantity of feed mixture to fill the reactor and ensure a given flow rate for 12 hours.
Etape 2 : Déroulement de l'expérience :Step 2: Course of the experiment:
A l'aide d'une pompe, on remplit le réacteur (zone de réaction 1 , colonne 5 et zone de cristallisation 10) avec le mélange d'alimentation, l'agitation étant mise en route dans le réacteur. Dans le même temps, le réacteur est mis à température de fonctionnement, à savoir une température de consigne de 100° C pour la zone de réaction 1 et une température de consigne de 30° C pour la zone de cristallisation 10. Une fois le réacteur remplit, on arrête la pompe, puis l'on attend que le système se stabilise en température. Régulation de température et agitation sont maintenus.Using a pump, the reactor is filled (reaction zone 1, column 5 and crystallization zone 10) with the feed mixture, the stirring being started in the reactor. At the same time, the reactor is brought to temperature operating temperature, namely a set temperature of 100 ° C for the reaction zone 1 and a set temperature of 30 ° C for the crystallization zone 10. Once the reactor is full, the pump is stopped, then waits for the system to stabilize in temperature. Temperature regulation and stirring are maintained.
En continu, afin d'éviter le blindage sur les parois lors du déclenchement de la cristallisation par nucléation, on amorce la cristallisation par l'injection dans la zone de cristallisation d'une suspension d'APAP solide dans un mélange AcOH + eau identique à celui du mélange d'alimentation. Cette injection est réalisée avant que ne soit atteinte la température de cristallisation.Continuously, in order to avoid shielding on the walls when triggering the crystallization by nucleation, the crystallization is initiated by the injection into the crystallization zone of a suspension of solid APAP in an AcOH + water mixture identical to that of the feed mixture. This injection is carried out before the crystallization temperature is reached.
Dans le cas d'un fonctionnement batch, on laisse le système évoluer sans alimentation.In the case of batch operation, the system is allowed to evolve without power.
Dans le cas d'un fonctionnement continu, dès que la température s'est stabilisée, on redémarre la pompe pour alimenter le pilote en mélange, cette alimentation se faisant au niveau de la zone de réaction, et l'on soutire à partir de la zone de cristallisation la suspension liquide + solide cristallisé. Un régime permanent est obtenu lorsque les analyses révèlent que les concentrations et le taux de solide cristallisé n'évoluent plus.In the case of continuous operation, as soon as the temperature has stabilized, the pump is restarted to supply the pilot with a mixture, this supply taking place at the level of the reaction zone, and it is drawn off from the crystallization zone the liquid + crystallized solid suspension. A steady state is obtained when the analyzes reveal that the concentrations and the level of crystallized solid no longer change.
2 - 4 : Résultats : L'équilibre thermique a pu être maintenu tout au long du processus, soit 100°C environ en zone de réaction et 30°C environ en zone de cristallisation.2 - 4: Results: The thermal equilibrium could be maintained throughout the process, ie approximately 100 ° C. in the reaction zone and approximately 30 ° C. in the crystallization zone.
Il n'a pas été constaté de blindage, sauf une légère couche sur le serpentin, mais qui s'est stabilisée.No shielding was noted, except for a slight layer on the coil, but which has stabilized.
2 - 4 - 1 En batch : (vitesse d'agitation 200 tr/min)2 - 4 - 1 In batch: (stirring speed 200 rpm)
Deux expériences référencées 1 et 1 bis ont été réalisées, qui ont démontré la reproductibilité.Two experiments referenced 1 and 1 bis were carried out, which demonstrated the reproducibility.
Les tableaux ci-dessous et la figure 2 montrent l'évolution du taux de solide au cristalliseur, mesuré par prélèvement d'une petite quantité de la suspension dans la zone de cristallisation. masse cristauxThe tables below and FIG. 2 show the change in the level of solid in the crystallizer, measured by taking a small amount of the suspension from the crystallization zone. mass crystals
Xs = taux de solide = masse cristaux + liquideXs = solid content = crystal mass + liquid
Expérience 1Experiment 1
Expérience 1 bisExperience 1 bis
Les tableaux ci-dessous et la figure 3 montrent l'évolution de la taille des cristaux. The tables below and Figure 3 show the evolution of the size of the crystals.
D =diamètre moyen des cristaux par rapport à la distribution volumique de l'échantillon de cristaux ; mesure par granulométrie à diffraction laser, modèle Mastersizer® S banc long-MAM 5005, de Malvern Instruments Ltd.D = mean diameter of the crystals with respect to the volume distribution of the crystal sample; laser diffraction particle size measurement, model Mastersizer® S long bench-MAM 5005, from Malvern Instruments Ltd.
Ex érience 1 bisExperience 1 bis
L'évolution au court du temps des paramètres a été cohérent : - augmentation de la taille moyenne des cristaux en zone 10 augmentation du taux de solide en zone 1. diminution de la concentration en para-aminophénol en zone 1. augmentation de la synthèse d'APAP en zone 1 en début de cycle, puis diminution suite à sa consommation par cristallisation.The evolution over time of the parameters was consistent: - increase in the average size of the crystals in zone 10 increase in the level of solid in zone 1. decrease in the concentration of para-aminophenol in zone 1. increase in the synthesis of APAP in zone 1 at the start of the cycle, then decrease following its consumption by crystallization.
2 - 4 - 2 En continu : a) Gradient de température dans le réacteur :2 - 4 - 2 Continuously: a) Temperature gradient in the reactor:
L'expérience a été menée dans les conditions suivantes :The experiment was carried out under the following conditions:
- vitesse d'agitation 200 tr/min- stirring speed 200 rpm
- débit d'alimentation 11 g/min.- feed rate 11 g / min.
Mesure des températures sur la paroi extérieure, de la colonne (5) à l'aide d'un thermocouple :Measurement of the temperatures on the outer wall of the column (5) using a thermocouple:
On constate une variation de température de 6 °C environ par étage. There is a temperature variation of approximately 6 ° C per stage.
b) Influence de la variation de la vitesse d'agitation sur la granulométrieb) Influence of the variation of the stirring speed on the particle size
- débit d'alimentation constant : 15 g/min- constant feed rate: 15 g / min
- régime permanent atteint en 10 h environ.- steady state reached in around 10 h.
(méthode de mesure : granulométrie à diffraction laser - voir supra)(measurement method: laser diffraction particle size - see above)
c) Influence du débit d'alimentation sur la granulométrie (vitesse d'agitation constante : 200 tr/min)c) Influence of the feed rate on the particle size (constant stirring speed: 200 rpm)
d) déplacement d'équilibre :d) shift of equilibrium:
Composition d'alimentation :Feed composition:
PAP 15 % P/PPAP 15% P / P
AcOH/PAP = 1 ,2 (rapport molaire)AcOH / PAP = 1, 2 (molar ratio)
Le reste : eau.The rest: water.
On a suivi le taux de conversion Xrc du PAP en fonction du débit d'alimentation. En comparant au taux de conversion maximum théorique calculé à partir de la constante d'équilibre thermodynamique de la réaction dans les mêmes conditions (ligne horizontale sur la figure 4), on a pu déterminer le seuil de dépassement à F = 67 ml/h. 2 - 4 - 3 ComparatifThe X rc conversion rate of the PAP was monitored as a function of the feed rate. By comparing the theoretical maximum conversion rate calculated from the thermodynamic equilibrium constant of the reaction under the same conditions (horizontal line in FIG. 4), it was possible to determine the threshold of overshoot at F = 67 ml / h. 2 - 4 - 3 Comparison
La taille moyenne des cristaux d'APAP obtenus suivant l'invention a été comparée à ce qu'il est possible d'obtenir en mettant en œuvre un cristalliseur classique. Ce cristalliseur classique est constitué d'une cuve de 1 I refroidie (diamètre et hauteur 100 mm), hélice à pales profilées identique à celle de la zone de cristallisation 10 dans le réacteur selon l'invention, placée au tiers de la hauteur et dans la partie basse de la cuve, et de 4 contre-pales de 10 mm.The average size of the APAP crystals obtained according to the invention was compared with what it is possible to obtain by using a conventional crystallizer. This conventional crystallizer consists of a 1 l tank cooled (diameter and height 100 mm), propeller with profiled blades identical to that of the crystallization zone 10 in the reactor according to the invention, placed at one third of the height and in the lower part of the tank, and 4 10 mm counter-blades.
Pour des conditions identiques d'alimentation, avec un débit de 15 g/min, on a obtenu :For identical feeding conditions, with a flow rate of 15 g / min, we obtained:
Il doit être bien compris que l'inventon définie par les revendications annexées n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers indiqués dans la description ci-dessus, mais en englobe les variantes qui ne sortent ni du cadre ni de l'esprit de la présente invention. It should be understood that the invention defined by the appended claims is not limited to the particular embodiments indicated in the description above, but encompasses variants thereof which do not depart from the scope or the spirit of the present invention.
Claims
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU62907/00A AU6290700A (en) | 1999-07-01 | 2000-06-30 | Method and multipurpose reactor for synthesis and crystallisation |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR99/08744 | 1999-07-01 | ||
| FR9908744A FR2796310B1 (en) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | MULTIFUNCTIONAL SYNTHESIS AND CRYSTALLIZATION PROCESS AND REACTOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2001002090A1 true WO2001002090A1 (en) | 2001-01-11 |
Family
ID=9547788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/FR2000/001873 Ceased WO2001002090A1 (en) | 1999-07-01 | 2000-06-30 | Method and multipurpose reactor for synthesis and crystallisation |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU6290700A (en) |
| FR (1) | FR2796310B1 (en) |
| WO (1) | WO2001002090A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100411727C (en) * | 2005-11-02 | 2008-08-20 | 中国科学院过程工程研究所 | Multifunctional Reactor for Preparation of Ionic Liquids |
| CN109364515A (en) * | 2018-12-10 | 2019-02-22 | 江苏瑞亚搅拌科技有限公司 | A kind of efficient crystallization system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3603103A (en) * | 1968-02-07 | 1971-09-07 | Newton Chambers & Co Ltd | Continuous crystallisation plant |
| US4666527A (en) * | 1983-11-29 | 1987-05-19 | Kato Kagaku Co., Ltd. | Continuous crystallization of fructose anhydride |
| US5015297A (en) * | 1985-05-15 | 1991-05-14 | Roquette Freres | Method and installation for the production of anhydrous crystalline fructose |
-
1999
- 1999-07-01 FR FR9908744A patent/FR2796310B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-06-30 WO PCT/FR2000/001873 patent/WO2001002090A1/en not_active Ceased
- 2000-06-30 AU AU62907/00A patent/AU6290700A/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3603103A (en) * | 1968-02-07 | 1971-09-07 | Newton Chambers & Co Ltd | Continuous crystallisation plant |
| US4666527A (en) * | 1983-11-29 | 1987-05-19 | Kato Kagaku Co., Ltd. | Continuous crystallization of fructose anhydride |
| US5015297A (en) * | 1985-05-15 | 1991-05-14 | Roquette Freres | Method and installation for the production of anhydrous crystalline fructose |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100411727C (en) * | 2005-11-02 | 2008-08-20 | 中国科学院过程工程研究所 | Multifunctional Reactor for Preparation of Ionic Liquids |
| CN109364515A (en) * | 2018-12-10 | 2019-02-22 | 江苏瑞亚搅拌科技有限公司 | A kind of efficient crystallization system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2796310B1 (en) | 2001-10-19 |
| AU6290700A (en) | 2001-01-22 |
| FR2796310A1 (en) | 2001-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1053209B1 (en) | Method for preparing an aqueous hydrogen peroxide solution directly from hydrogen and oxygen and implementing device | |
| BE1003886A4 (en) | Method for mixing two or liquid liquid and solid material and separate simultaneously or other solid liquid liquid. | |
| FR2701707A1 (en) | Process for the purification of lactide | |
| RU2005129182A (en) | DEVICE FOR PRODUCING FUEL (OPTIONS) AND SYSTEM FOR PRODUCING COMPLEX ALKYL ETHER (OPTIONS) | |
| CN101155948B (en) | Hydrodynamic cavitation crystallization equipment and method | |
| WO2001002090A1 (en) | Method and multipurpose reactor for synthesis and crystallisation | |
| US6383456B1 (en) | Continuous crystallization system with controlled nucleation for milk fat fractionation | |
| WO2020216734A1 (en) | Process for preparing bis(fluorosulfonyl) imide | |
| FR2771090A1 (en) | Production of bromomethyl-biphenyl derivatives | |
| EP0040560B1 (en) | Alkane-sulfonyl chlorides preparation | |
| JP2011161375A (en) | Crystallizer | |
| FR2661192A1 (en) | PROCESS AND INSTALLATION FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF SUGAR CRYSTALS. | |
| Jia et al. | Intensification design of green crystallization separation: Process optimization and technology coupling | |
| FR2738574A1 (en) | PROCESS AND DEVICE FOR EXTRACTING AROMATIC COMPOUNDS CONTAINED IN A HYDROCARBON FILLER | |
| EP0202168B1 (en) | Process and device for the crystallization of mannitol | |
| WO2012038648A1 (en) | Method for synthesizing beta-dicarbonyl compounds | |
| CH420094A (en) | Method and apparatus for the continuous production of calcium alkoxyalcoholates | |
| EP0517571B1 (en) | Process for the preparation of esters of racemizable acids | |
| EP0176392B1 (en) | Process and apparatus for continual crystallization, especially of saccharose | |
| Tsushima et al. | Continuous Crystallization of Phosphoric Acid Using Suspension Crystallizer: Effect of Operating Conditions on Purity of Crystals | |
| EP0202999B1 (en) | Process and apparatus for the preparation of anhydrous crystalline dextrose | |
| Bredikhin et al. | From racemic compounds through metastable to stable racemic conglomerates: crystallization features of chiral halogen and cyano monosubstituted phenyl glycerol ethers | |
| CN116730461A (en) | Cooling crystallization equipment for high-salt wastewater treatment | |
| EP0368770B1 (en) | Process for the preparation of nitrophenols | |
| EP0203000B1 (en) | Process and apparatus for the crystallization of gluconodeltalactone |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CR CU CZ DE DK DM DZ EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZW |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| DFPE | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101) | ||
| REG | Reference to national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |