Estudo da influência dos parâmetros geométricos de um cristalizador radial utilizando um modelo CFD multiescala e o método de design construtal

Abstract

Novos processos de cristalização são estudados constantemente para, posteriormente, serem implementados na indústria farmacêutica. Para o auxílio destes estudos, são utilizadas as ferramentas computacionais, dentre as quais, a mais utilizada é a computational fluid dynamcs (CFD). Neste estudo, a modelagem computacional, atrelada a metodologia de design construtal, foi utilizada para avaliar a influência dos parâmetros geométricos de um cristalizador radial de escoamento contínuo na eficiência de micromistura, conversão de soluto e distribuição granulométrica. A cristalização antissolvente da lovastatina foi utilizada como operação unitária modelo para a execução deste trabalho. Para análise numérica deste trabalho, foi utilizado um modelo multiescala que acopla as equações de escoamento turbulento (Reynolds-Averaged- Navier-Stokes), com os modelos de função de densidade de probabilidade (PDF) presumida de três ambientes, balanço de energia e balanço populacional, bem como a termodinâmica não ideal de misturas. Este modelo multiescala foi implementado e resolvido numericamente em regime transiente utilizando o software OpenFOAM. A equação de balanço populacional foi discretizada na coordenada interna utilizando o método dos volumes finitos utilizando esquema de alta resolução. Comprovou-se que a configuração dos parâmetros de construção do cristalizador influencia a performance da cristalização da lovastatina por antissolvente em regime contínuo.New crystallization processes are studied to be implemented later in the pharmaceutical industry. To assist these studies, computational tools are used, among which, the most used is computational fluid dynamcs (CFD). In this study, computational modeling, tied to the constructdesign methodology, was used to evaluate the influence of geometric parameters of a continuous flow radial crystallizer on micromixture efficiency, solute conversion and granulometric distribution. For numerical analysis of this work, we used a multiscale model that couple the equations of turbulent flow (Reynolds-Averaged- Navier-Stokes), with the models of probability density function (PDF) presumed of three environments, energy balance and population balance, as well as the non-ideal thermodynamics of mixtures.This multiscale model was implemented and solved numerically in a transient regime using the software OpenFOAM. The population balance equation was discretized in the internal coordinate using the finite volume method using a high resolution scheme. It was proved that the configuration of the crystallizer construction parameters influence the performance of lovastatin crystallization by continuous antisolvent.