VIII International Symposium on Chemistry and Pharmaceutical Sciences

VIII Conference "Chemical Sciences"

PRACTICAL SCALING-UP OF A FOUR REACTANTS MULTICOMPONENT REACTION (4-MCR)

Abstract

Introduction: Translation of any chemical process from laboratory to pilot or commercial scale is by no means a simple linear process. Endothermic reactions are directly dependent over the temperature as show the Arrhenius equation. Besides, heat transfer and movement are two important physical forces affecting scale-up, reaction yield, purity, selectivity and time of reaction. Objective: The main objective of the present work is a practical way for scaling-up a multicomponent reaction with 4 components, from laboratory scale to pilot scale. Methodology: a combination of the brute force method and dimensionless numbers was applied for the scale-up process based on the significant physical forces governing the process. Results: Experimentally, it was demonstrated that temperature and fluid agitation and its interaction are the most significant parameters for improving reaction yield. The dimensionless numbers related to those parameters was used for calculating the agitation speed for the upper scale. In addition, as the reaction product precipitated through the cooling process. Critical agitation speed for applying Zwietering rule was determined at laboratory scale by direct observation of solid sedimentation in the reactor. Conclusions: The process showed high reproducibility at all scales, reaching good yields between 70 – 75 %. Product purity was higher than 98 % for all bacth. The method applied allows the suitability and scalability of the process for increasing the scale to commercial.

Resumen

Introducción: La traducción de cualquier proceso químico de laboratorio a escala piloto o comercial no es de ninguna manera un proceso lineal simple. Las reacciones endotérmicas dependen directamente de la temperatura, como muestra la ecuación de Arrhenius. Además, la transferencia de calor y el movimiento son dos fuerzas físicas importantes que afectan el aumento de escala, el rendimiento de la reacción, la pureza, la selectividad y el tiempo de reacción. Objetivo: El objetivo principal del presente trabajo es una forma práctica de escalar una reacción multicomponente con 4 componentes, desde escala de laboratorio hasta escala piloto. Metodología: se aplicó una combinación del método de fuerza bruta y números adimensionales para el proceso de escalado basado en las fuerzas físicas significativas que gobiernan el proceso. Resultados: Experimentalmente se demostró que la temperatura y la agitación del fluido son los parámetros más significativos para mejorar el rendimiento y aplicar los números adimensionales para calcular la velocidad de agitación para la escala superior. Además, el producto de reacción precipitó durante el enfriamiento y se aplicó la regla de Zwietering para mantener el 100 % de sólidos en suspensión. Conclusiones: El proceso mostró alta reproducibilidad a todas las escalas, alcanzando buenos rendimientos entre 70 – 75 %. La pureza del producto fue superior al 98 % para todos los baños. El método aplicado permite la idoneidad y escalabilidad del proceso para aumentar la escala a comercial.