Wei-Lee Wu é estudante de doutorado em engenharia química na Purdue University. Ele recebeu seu diploma de graduação em engenharia química pela Universidade de Maryland, College Park. Na Purdue, ele trabalha no grupo de pesquisa CryPTSys do professor Zoltan Nagy. Sua pesquisa se concentra na utilização de ferramentas de Tecnologia Analítica de Processo para desenvolvimento, integração e otimização de processos de cristalização em uma variedade de aplicações industriais. Fora da pesquisa, ele é presidente da Organização de Estudantes de Pós-Graduação em Engenharia Química de Purdue para facilitar o desenvolvimento profissional e promover um senso de comunidade para estudantes de pós-graduação em engenharia química.
Projeto de processo rápido de cristalização de agroquímicos
Utilizando qualidade por controle
A cristalização é um processo de separação chave usado na indústria agroquímica para separar os ativos agroquímicos das soluções impuras. Uma etapa de cristalização mal projetada pode levar a um baixo rendimento, baixa pureza e longo tempo de filtração. Tradicionalmente, uma série de experimentos de design liderados pela abordagem Quality-by-Design (QbD) é usada para otimizar o perfil operacional do processo de cristalização (ou seja, perfil de temperatura, perfil de adição de solvente/antissolvente, perfil de pH). 1 Uma lista exaustiva de experimentos cobrindo todos os fatores é necessária para explorar experimentalmente todo o espaço de design. Para minimizar o número de experimentos e a exposição do pessoal a produtos químicos tóxicos, o Quality-by-Control (QbC) utiliza estratégias de controle implementadas para os atributos críticos de qualidade (CQAs) para determinar o perfil operacional do processo. 2 Para um projeto de processo rápido, abordagens diretas de projeto ou sem modelo podem ser usadas para determinar rapidamente um perfil operacional de um processo que leva o sistema aos CQAs desejados. Duas abordagens de design direto, controle direto de nucleação (DNC) e controle de supersaturação (SSC), são usadas para controlar a cristalização de um composto agroquímico modelo. Tanto o DNC quanto o SSC utilizam ferramentas de tecnologia analítica de processo (PAT) para adquirir dados e controlar o processo. O DNC utiliza a abordagem de controle de feedback de circuito fechado com medições de partículas da medição de refletância de feixe focalizado (FBRM) para gerar ciclos de temperatura. 3 Por outro lado, o SSC usa medição de concentração via detector UV/Vis em uma abordagem de controle de feedback de circuito fechado para controlar a concentração manipulando a temperatura. 4
Neste trabalho, ambas as abordagens de projeto direto foram implementadas para investigar o impacto na forma da partícula, comprimento e tempo de filtração de partículas em forma de agulha. Os resultados preliminares indicaram uma melhoria significativa no desempenho geral do processo de filtração por cristalização. Usando uma abordagem alternativa de projeto direto baseada em DNC baseada em turbidez, o tempo de filtragem foi reduzido por um fator de quatro em comparação com a receita padrão. O procedimento aprimorado não apenas reduz os tempos de ciclo de operação da unidade, mas também melhora a forma da partícula para melhores operações a jusante (ou seja, secagem, transporte). A análise dos cristais do produto por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) indica que o perfil de impurezas do composto agroquímico não foi comprometido com os termociclos. As abordagens de design direto baseadas em QbC também foram avaliadas em sistemas de cristalização de maior escala (5 L), indicando que a abordagem de design rápido baseada em controle de feedback pode levar a um aumento de escala rápido e robusto dos processos de cristalização de agroquímicos.
Referências:
(1) Bondi, R. W.; Drennen, J. K. Qualidade por Design e a Importância do PAT em QbD; Imprensa Acadêmica, 2011; Vol. 10.
(2) Su, Q.; Ganesh, S.; Oliveira, M.; Bommireddy, Y.; Gonçalves, M.; Reklaitis, G. V.; Nagy, Z. K. Uma perspectiva sobre qualidade por controle (QbC) na fabricação contínua farmacêutica. Computar. Chem. Eng. 2019, 125, 216–231.
(3) Bakar, M. R. A.; Nagy, Z. K.; Saleemi, A. N.; Rielly, C. D. O impacto do controle direto de nucleação na distribuição do tamanho do cristal em processos de cristalização farmacêutica. Cryst. Crescimento Des. 2009, 9 (3), 1378–1384.
(4) Saleemi, A. N.; Rielly, C. D.; Nagy, Z. K. Investigação Comparativa de Supersaturação e Controle Automatizado de Nucleação Direta de Distribuições de Tamanho de Cristal Usando Espectroscopia ATR-UV/Vis e FBRM. Cryst. Crescimento Des. 2012, 12 (4), 1792–1807.
