Cet article constitue le troisième volet de notre série en trois parties sur la manière dont les réfractomètres Vaisala contribuent à optimiser la fabrication des API. La première partie portait sur l’optimisation de l’échange de solvants grâce aux données de tendance de l’indice de réfraction (IR), et la seconde sur le contrôle de la cristallisation avec l’indice de réfraction (IR).

Dans de nombreux sites de production d’API, le lavage du gâteau de filtre constitue un goulot d’étranglement du procédé. Après la cristallisation, l'API doit être séparé de la phase liquide et nettoyé, généralement en lavant le gâteau de filtre avec un solvant. L'objectif est simple : retirer la liqueur mère résiduelle des cristaux afin d'obtenir un produit pur, tout en préservant le rendement. Le défi réside dans l’optimisation de la quantité de solvant - suffisamment pour atteindre la pureté, mais pas au point de faire perdre du temps, des matériaux ou du produit.

L’indice de réfraction comme outil PAT

La mesure de l'IR soutient une approche Quality by Design en aidant à identifier les paramètres critiques du processus :

• Quel type de lavage faut-il utiliser ?
• Quelle est la quantité de solvant nécessaire ?
• Quels paramètres influencent le plus la qualité et le rendement ?

Pendant le développement, l'IR peut également comparer les solvants afin de trouver celui qui lave efficacement et minimise la solubilité de l'API.

Étude de cas : optimisation des solvants basée sur les données

Un client de Vaisala a utilisé l'IR pour évaluer ses performances de lavage et déterminer si un outil de contrôle de procédé était vraiment nécessaire. En laboratoire, un réfractomètre Vaisala mesurait la concentration de liquide après lavage, tandis qu’une balance enregistrait l’utilisation de solvant. Le tracé du volume de solvant par rapport à l’indice de réfraction a permis d’obtenir un profil de procédé clair :

• Phase de déplacement : l’IR reste constant tandis que la liqueur mère est évacuée.
• Phase de mélange : l’IR change à mesure que le solvant de lavage retire les impuretés résiduelles.
• Phase de complétion : l’IR se stabilise, signalant la fin du lavage efficace.

L’équipe a également testé différents solvants, en mesurant leur indice de réfraction à l’état pur et à l’état saturé en API. Cela a révélé si le lavage se terminait avec un solvant vraiment propre, ou avec un solvant déjà proche de la saturation, augmentant le risque de perte de produit.

Principales conclusions

• Solvant à faible solubilité : lavage inefficace ; les cristaux ne sont pas complètement nettoyés.
• Solvant à haute solubilité : dissolution des particules fines, création de canaux préférentiels et lavage inefficace.
• Les données de l’indice de réfraction ont confirmé que le choix du solvant pouvait soit préserver le rendement, soit entraîner une perte de produit.

Résultat

Ces tests ont constitué une preuve de concept solide, permettant au client d’avancer efficacement vers l’échelle pilote. Ils ont conclu que l’indice de réfraction (IR) est un outil précieux, reproductible et riche en données pour optimiser le lavage du gâteau de filtre -non seulement lors du développement des procédés en laboratoire et de la mise à l'échelle, mais aussi comme outil de contrôle en temps réel en production. En surveillant la stabilisation de la mesure de l’indice de réfraction, les opérateurs peuvent déterminer avec certitude que le lavage est terminé, réduisant ainsi l’utilisation inutile de solvant et le temps de procédé en évitant le rinçage excessif. Les réfractomètres Vaisala soutiennent ainsi à la fois l’optimisation des procédés basée sur les données et un contrôle des procédés efficace et validé.

Pour en savoir plus sur les mesures de l’indice de réfraction afin d’optimiser le lavage du gâteau de filtre, consultez notre note d’application.

Ce blog est le second d'une série en trois parties sur l'optimisation des processus de fabrication des API au moyen des réfractomètres Vaisala. Lisez le premier blog : « Perfectionnement des processus de transfert de solvant avec les données de tendance de l'indice de réfraction ». 

La cristallisation est une méthode importante utilisée dans la fabrication pharmaceutique pour purifier, récupérer et séparer l'ingrédient pharmaceutique actif (API) d'un solvant. Elle consiste à séparer l'API sous forme solide pure en refroidissant une solution (ou barbotine) contenant le médicament. La cristallisation joue un rôle crucial dans les processus pharmaceutiques car la plupart des API sont produites sous forme cristalline. De plus, la cristallisation a un impact sur la qualité et la sécurité du médicament final.

Le contrôle de la cristallisation joue un rôle crucial en garantissant la production cohérente de cristaux avec les propriétés souhaitées, telles que la distribution granulométrique (DGP). Des propriétés comme la DGP influencent l'efficacité et la stabilité des produits pharmaceutiques. Ainsi, la taille des particules du médicament peut affecter leur biodisponibilité, leur solubilité et leur taux de dissolution, ce qui peut avoir un impact sur leur effet thérapeutique. Tout écart des conditions de refroidissement compromettra la qualité du produit et l'aptitude au traitement en aval des cristaux.

Différentes techniques sont utilisées pour contrôler la qualité des cristaux et la DGP, comme le contrôle de la vitesse de refroidissement, l'ensemencement et sursaturation. Les mesures de l'indice de réfraction fournissent des données de concentration sélectives de la liqueur mère et des valeurs fiables pour suivre la sursaturation en temps réel et aider à contrôler la cristallisation.

Cristallisation contrôlée grâce à la surveillance de la sursaturation et de l'indice de réfraction

Le contrôle de la cristallisation via la surveillance de la sursaturation est une application courante du réfractomètre de procédé Vaisala. L'objectif est de faciliter la cristallisation et de contrôler la DGP en surveillant la concentration du liquide mère pendant la pré-concentration et la cristallisation.

La sursaturation est l'état dans lequel la concentration des solutés dans une solution dépasse son point de saturation d'équilibre, un moteur de la croissance cristalline et de la nucléation. Pour contrôler la cristallisation et obtenir une bonne DGP, la concentration de la solution est maintenue, dans un cas idéal, proche de la courbe de solubilité dans la zone métastable. Si la vitesse de refroidissement est supérieure au dernier point idéal de saturation, la solution dépasse la courbe de supersolubilité pour arriver dans une zone instable où la cristallisation a lieu spontanément et rapidement. A ce stade, la taille des cristaux est incontrôlable. En contrôlant la concentration des solutés, il est possible de contrôler le degré de sursaturation, ce qui peut affecter la granulométrie pendant la cristallisation.

Pour l'un de nos clients, l'indice de réfraction a été un outil pratique dès le début du développement pour étudier les conditions de cristallisation et développer des profils de cristallisation par refroidissement. Dans leurs tests, les scientifiques ont utilisé des mesures de l'indice de réfraction pour mieux comprendre la cristallisation par refroidissement d'un certain API. Voici leurs constatations : 

« Le processus de cristallisation apparaît clairement dans les données du réfractomètre. À mesure que le liquide se concentre, l'indice de réfraction augmente jusqu'à atteindre la saturation, puis diminue rapidement lorsque le soluté passe de la phase liquide à la phase solide. Le début exact de la cristallisation peut être observé. »

L'indice de réfraction est une mesure sélective de la concentration du liquide, un moyen idéal de surveiller la sursaturation pendant les opérations de cristallisation. Notre client conclut que les valeurs de l'indice de réfraction se sont avérées utiles pour obtenir un meilleur contrôle de la DGP, montrant une fiabilité élevée des mesures même en présence de matière solide en suspension (pendant la formation des cristaux) et de bulles de gaz.

Bienvenue dans le deuxième blog de notre série de trois blogs Q/R dans lesquels les experts de l'industrie Kevin Green de Vaisala et Dave Lobach de Rocky Mountain Instrumentation répondent aux questions relatives à notre webinaire « Promouvoir l'efficacité : indice de réfraction dans les applications de concentration de l'industrie chimique ». Le premier de nos blogs Q/R est également disponible : « Systèmes de lavage de prisme et réfractomètres dans les applications chimiques ».

Si vous avez manqué le webinaire en direct, vous avez la possibilité de visualiser l'enregistrement.

Dans ce deuxième blog, Kevin et Dave se concentrent sur les nuances de la mesure de l'indice de réfraction dans les applications de l'acide sulfurique. Veuillez trouver ci-dessous une note d'application complète. 

Question :  Pouvons-nous mesurer l'ASO (huiles solubles dans l'acide) lors de l'alkylation en plus de H₂SO₄ (acide sulfurique) ?  

Réponse :  Les réfractomètres sont très efficaces dans les processus d'alkylation pour mesurer des acides comme le H₂SO₄. Ils peuvent surveiller la concentration d'acide avant et après le réacteur et ne sont pas affectés par les huiles solubles dans l'acide (ASO). Cela garantit des mesures exactes et un contrôle efficace du processus.

Question : Pour les mesures dans des milieux agressifs comme le H₂SO₄, y a-t-il une dégradation de l'instrument ou une diminution de l'exactitude des mesures en fonction du temps d'exposition ? Si oui, quelles sont les procédures de maintenance recommandées ?  

Réponse : Les problèmes de dégradation doivent être pris en compte lorsqu'il s'agit de milieux agressifs comme l'acide sulfurique. Bien que le prisme lui-même soit résistant au H₂SO₄, il est recommandé d'utiliser du 316SS à des concentrations supérieures à 90 %. Pour des applications plus agressives, il faudra envisager des métaux exotiques comme l'Hastelloy ou l'Alliage 20. Une maintenance régulière et une sélection minutieuse des matériaux sont essentielles pour garantir la longévité et l'exactitude de l'instrument.

Question : Pour les concentrations de H₂SO₄ de 0 à 80 % et de 85 à 100 %, faut-il utiliser deux réfractomètres ? Qu'en est-il de la plage de 80 % à 85 % ?  

Réponse : Il est conseillé d'utiliser deux réfractomètres pour les concentrations d'acide sulfurique de 0 à 80 % et de 85 à 100 % en raison de la courbe d'indice de réfraction non linéaire, qui devient négative entre 80 % et 100 %. Cette approche améliore l'exactitude en répondant aux défis de mesure uniques dans ces plages de concentration.

Contactez Vaisala pour approfondir ces connaissances et améliorer votre compréhension des applications de l'acide sulfurique et de l'indice de réfraction dans l'industrie chimique.
 

Dans ce blog, Kevin Green, Vaisala, et Dave Lobach, Rocky Mountain Instrumentation, répondent à plusieurs questions qui ont été posées suite à leur webinaire « Promouvoir l'efficacité : indice de réfraction dans les applications de concentration de l'industrie chimique ».  Si vous ne pouviez pas assister au webinaire, vous pouvez visualiser l'enregistrement. 

Question : Est-ce que les réfractomètres nécessitent un système de lavage de prisme ?

Réponse : Une question fréquente qui se pose dans plusieurs applications chimiques difficiles est la nécessité des systèmes de lavage de prismes. Ces systèmes sont souvent nécessaires lorsqu'il se forme des dépôts dans la tuyauterie ou les cuves qui nécessitent une maintenance régulière. Il est crucial de définir s'il faut un système de lavage du prisme pour maintenir l'efficacité et la longévité de l'équipement. Pour savoir s'il faut un système de lavage du prisme du réfractomètre dans les applications chimiques, il est important d'évaluer la formation de dépôts.

Lorsqu'il a été décidé de remplacer les mesures du pH ou de la conductibilité par l'indice de réfraction, la nécessité d'un système de lavage de prisme peut souvent être déterminée à partir des conditions du processus et des exigences de maintenance des sondes existantes.

Pour en savoir plus, nous proposons un blog sur ce sujet : « Comment le lavage du prisme des réfractomètres dans des applications difficiles peut créer un avantage compétitif ».

Question : Est-ce que l'angle critique varie en fonction de la concentration ou est-il déterminé par un prisme ? 

Réponse :  L'angle critique varie en fonction de la concentration de la solution. De plus, le nombre de facettes et les angles de coupure des facettes dans le prisme déterminent la plage d'indices de réfraction. Cette relation est essentielle pour obtenir des mesures exactes et une performance optimale des réfractomètres. Découvrez les spécifications mécaniques du prisme dans cette fiche technique. 

Question : Combien de réfractomètres peut-on connecter à un transmetteur Indigo ? 

Réponse : Pour intégrer des capteurs d'indice de réfraction (IR) à des transmetteurs, il est possible de connecter deux capteurs Vaisala Polaris à un seul transmetteur Indigo520 Vaisala. Chaque unité Indigo dispose d'une communication numérique Modbus TCP/IP ou de quatre sorties analogiques qui peuvent être utilisées pour les mesures d'IR et de température. Cette flexibilité permet de surveiller et de contrôler étroitement différents processus industriels.

Question : Pouvons-nous contrôler la quantité de solides non dissous en surveillant le côté obscur de la réflexion ? (C'est-à-dire le nombre de spots ou la luminosité) 

Réponse : Alors que les réfractomètres mesurent la concentration de solides dissous totaux, les solides non dissous sont généralement déterminés à l'aide d'un instrument de mesure de la densité. Cette mesure peut ensuite servir à déterminer la quantité de produit insoluble dans le procédé.

Question : Est-ce que la mesure de l'indice de réfraction peut être utilisée dans un mélange de barbotine d'hydrocarbures et de poudres minérales ? 

Réponse : La réfractométrie est un outil précieux pour analyser les mélanges de barbotine d'hydrocarbures et de poudres minérales. Elle peut évaluer la viscosité des hydrocarbures tout en ignorant les matières solides présentes dans le processus. En délivrant des informations détaillées sur le mélange de barbotines chimiques, les réfractomètres fournissent des mesures exactes et fiables, essentielles pour optimiser la production et assurer le contrôle qualité.

Nous proposons une note d'application connexe : « Gaz naturel liquéfié GNL : identification des hydrocarbures liquides »

Découvrez la mesure de la concentration de liquides pour le contrôle et l'optimisation des processus dans les applications chimiques.