FWF - conti-crystallisation - Entwicklung eines kontinuierlichen Rohr-Kristallisator

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Es soll ein kontinuierliches Kristallisationskonzept entwickelt werden, welches auf dem Wachstum von
Impfkristallen in einem Rohr basiert. Aufgrund des Rohrdurchmessers im Millimeterbereich ist es möglich, die
Temperatur längs des Rohres genau zu kontrollieren und so einzustellen, dass ständig eine moderate Übersättigung
der Lösung für das Kristallwachstum besteht. Der Kristallisationsprozess eignet sich für Substanzen deren
Löslichkeit stark von der Temperatur abhängt, was für viele kristalline Stoffe zutrifft. Die enge
Verweilzeitverteilung der Kristalle im Rohr sorgt für eine schmale Korngrößenverteilung (KGV) der Produkte. Das
System soll für Anwendungen im Fein- und Lebensmittelchemikalienbereich, sowie speziell für pharmazeutische
Anwendungen geeignet sein.
Die Kristallgröße, die KGV und die Kristallform wirken sich sowohl auf das Verhalten der Partikel im Prozess und
in weiteren Verarbeitungsschritten, als auch der Wirksubstanz im Körper aus. Die Kristallstruktur einer Substanz
beeinflusst ebenfalls das Wirkstoffverhalten im Körper. Zusammen sind die KGV, die Form und die Kristallstruktur
wesentliche Qualitätsmerkmale eines kristallinen Produkts. Es ist unerlässlich die kritischen Prozessparameter
genau zu kontrollieren die eine Auswirkung auf die Qualitätsmerkmale haben. Zu den kritischen Prozessparametern
die in dem Rohrkristallisator verändert und präzise eingestellt werden können, um in die Kristallisation
einzugreifen, gehören unter anderem die (i) Beladung an Impfkristallen, (ii) die Übersättigung und (iii) Temperatur
der ASA-EtOH Lösung, (iv) die Kühlgradienten, sowie die (v) Verweilzeit der Kristalle im Kristallisator
(Fließgeschwindigkeit der Suspension bzw. Länge des Rohres). Die hervorragende Prozesskontrolle erlaubt es nicht
nur die KGV, sondern auch die Größe und die Form der Kristalle aktiv zu gestalten, als auch die Kristallstruktur zu
kontrollieren, wenn ein System dazu neigt mehrere Kristallstrukturen auszubilden. Natürlich können auch
Lösungsmittelgemische und Zusatzstoffe verwendet werden, um Kristallform und Struktur, sowie die Bildung von
Solvaten zu beeinflussen. Zusätzlich erlaubt die Rohrgeometrie mit dem schmalen Durchmesser eine einfache
Online Prozesskontrolle des gesamten Eingangs- als auch Produktstroms im Hinblick auf die kritischen
Prozessparameter als auch der Qualitätsmerkmale der Produkte. Somit können in diesem Kristallisationskonzept
alle Punkte der Prozess Analytical Technology (PAT) und der Quality by Design (QbD) Bewegung leicht
umgesetzt werden.
Die kontinuierlich Betriebsart zusammen mit der zylindrischen Form erlauben es weitere Reaktorsegmente an den
Prozess anzuschließen, wodurch ein direktes Auftragen eines "Coating" auf die Kristalle noch in der Lösung
ermöglicht wird.
Das zu entwickelnde System soll für mehre Substanzen getestet werden und trotzt der kleinen Geometrien in der
Lage sein, Produktmasse in g/min. Maßstäben zu erzeugen. Darüber hinaus sollen die Einflüsse der oben genannten
kritischen Prozessparameter auf die Produktqualitätsmerkmale hin untersucht werden. Ein direktes "Coaten" der
Kristalle noch in Lösung ist ebenfalls vorgesehen.
Die experimentelle Planung wird durch Simulation des Prozesses in Hinblick auf die flüssige- (differentielle Stoff-
und Energiebilanzen), als auch feste Phase (Modellierung der Anzahldichteverteilung) unterstützt, um die
Kristallisationsmethode zu optimieren und robust auslegen zu können.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/05/1330/06/17