Wei-Lee Wu es estudiante de doctorado de ingeniería química en la Universidad de Purdue. Se licenció en ingeniería química en la Universidad de Maryland, College Park. En Purdue, trabaja en el grupo de investigación CryPTSys del profesor Zoltan Nagy. Su investigación se centra en la utilización de herramientas de tecnología analítica de procesos para el desarrollo, la integración y la optimización de procesos de cristalización en diversas aplicaciones industriales. Fuera de la investigación, es presidente de la Organización de Estudiantes Graduados en Ingeniería Química de Purdue para facilitar el desarrollo profesional y fomentar un sentido de comunidad para los estudiantes graduados en ingeniería química.
Diseño rápido del proceso de cristalización de productos agroquímicos
Utilización de la calidad por control
La cristalización es un proceso de separación clave que se utiliza en la industria agroquímica para separar los activos agroquímicos de las soluciones impuras. Un paso de cristalización mal diseñado puede dar lugar a un rendimiento deficiente, una baja pureza y un tiempo de filtración prolongado. Tradicionalmente, se utiliza una serie de diseño de experimentos dirigidos por el enfoque de Calidad por diseño (QbD) para optimizar el perfil operativo del proceso de cristalización (es decir, el perfil de temperatura, el perfil de adición de disolvente/antisolvente, el perfil de pH).1 Se necesita una lista exhaustiva de experimentos que cubran todos los factores para explorar experimentalmente todo el espacio de diseño. Para minimizar el número de experimentos y la exposición del personal a productos químicos tóxicos, la calidad por control (QbC) utiliza estrategias de control aplicadas a los atributos críticos de calidad (CQA) objetivo para determinar el perfil operativo del proceso.2 Para un diseño rápido del proceso, pueden utilizarse enfoques de diseño directo o sin modelos para determinar rápidamente un perfil operativo de un proceso que conduzca al sistema a los CQA deseados. Se utilizan dos enfoques de diseño directo, el control directo de la nucleación (DNC) y el control de la supersaturación (SSC), para controlar la cristalización de un compuesto agroquímico modelo. Tanto el DNC como el SSC utilizan herramientas de tecnología analítica de procesos (PAT) para adquirir datos y controlar el proceso. El DNC utiliza un enfoque de control de retroalimentación en bucle cerrado con mediciones de partículas a partir de la medición de reflectancia de haz focalizado (FBRM) para generar ciclos de temperatura.3 Por otro lado, el SSC utiliza la medición de la concentración mediante el detector UV/Vis en un enfoque de control de retroalimentación de bucle cerrado para controlar la concentración manipulando la temperatura.4
En este trabajo, se aplicaron ambos enfoques de diseño directo para investigar el impacto sobre la forma de las partículas, la longitud y el tiempo de filtración de las partículas en forma de aguja. Los resultados preliminares han indicado una mejora significativa del rendimiento global del proceso de cristalización-filtración. Utilizando un enfoque de diseño directo alternativo basado en el DNC de turbidez, el tiempo de filtración se redujo en un factor de cuatro en comparación con la receta estándar. El procedimiento mejorado no sólo reduce los tiempos de ciclo de las operaciones unitarias, sino que también mejora la forma de las partículas para mejorar las operaciones posteriores (es decir, el secado y el transporte). El análisis de los cristales del producto mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) indica que el perfil de impurezas del compuesto agroquímico no se vio comprometido con los termociclos. Los enfoques de diseño directo basados en el QbC también se evaluaron en sistemas de cristalización a mayor escala (5 L), lo que indica que el enfoque de diseño rápido basado en el control de realimentación puede conducir a un escalado rápido y robusto de los procesos de cristalización de agroquímicos.
Referencias:
(1) Bondi, R. W.; Drennen, J. K. Calidad por diseño y la importancia de PAT en QbD; Academic Press, 2011; Vol. 10.
(2) Su, Q.; Ganesh, S.; Moreno, M.; Bommireddy, Y.; González, M.; Reklaitis, G. V.; Nagy, Z. K. Una perspectiva sobre la calidad por control (QbC) en la fabricación farmacéutica continua. Comput. Chem. Eng. 2019, 125, 216-231.
(3) Bakar, M. R. A.; Nagy, Z. K.; Saleemi, A. N.; Rielly, C. D. El impacto del control directo de la nucleación en la distribución del tamaño de los cristales en los procesos de cristalización farmacéutica. Cryst. Growth Des. 2009, 9 (3), 1378-1384.
(4) Saleemi, A. N.; Rielly, C. D.; Nagy, Z. K. Comparative Investigation of Supersaturación and Automated Direct Nucleation Control of Crystal Size Distributions Using ATR-UV/Vis Spectroscopy and FBRM. Cryst. Growth Des. 2012, 12 (4), 1792-1807.
