From semibatch to continuous processes : simulations and evaluation of the degree of mixing in a lateral injection reactor for nimesulide synthesis

In this work an application of a method for the change from a discontinuous semi-batch process regarding the production of a pharmaceutical intermediate, the Nimesulide, to an equivalent continuous tubular one is presented. Starting from the original semi-batch reactor recipe utilized in the industrial plant, its optimization is made, after a validation of the kinetic through calorimetric data. After that a recently developed method is applied to convert a semi-batch system into an equivalent (in terms of conversion, productivity and temperature profile) tubular reactor with a continuous lateral feed profile (LIR). Since the condition of continuous lateral feed is not easily achievable, the LIR flow rate is discretized in multiple finite injections, obtaining a d-LIR reactor. Afterwards, a parametric analysis is performed to obtain the optimal configuration of the d-LIR and a brief comparison of the d-LIR with another possible solution of LIR discretization, a series of stirred tank reactors (CSTRs), is presented. After this part, CFD simulations of various d-LIR configurations are presented. Empty pipe cases with different number of injections and injection angles and static mixer configurations are simulated. Finally the best achievable configuration, that could approximate the plug-flow hypothesis of the LIR method, is proposed.

In questo lavoro di tesi viene presentata un'applicazione di un metodo per il passaggio da un processo semi-batch riguardante la produzione di un intermedio farmaceutico, la Nimesulide, ad uno tubolare continuo equivalente. Partendo dalla ricetta originale del reattore semi-batch utilizzata nell'impianto industriale, viene effettuata la sua ottimizzazione, dopo una convalida della cinetica attraverso dati calorimetrici. Dopo di che viene applicato un metodo recentemente sviluppato per convertire un sistema semi-batch in un reattore tubolare equivalente (in termini di conversione, produttività e profilo di temperatura) con un'alimentazione laterale continua (LIR). Poiché la condizione di alimentazione laterale continua non è facilmente realizzabile, essa è discretizzata ottenendo quindi un reattore chiamato d-LIR. Successivamente viene eseguita un'analisi parametrica per ottenere la configurazione ottimale del d-LIR ed è effettuato un breve confronto del d-LIR con un'altra possibile soluzione per la discretizzazione del LIR, una serie di reattori CSTR. Dopo questa parte, vengono presentate delle simulazioni CFD di varie configurazioni del d-LIR. Vengono simulate diverse configurazioni con un numero variabile di iniezioni e angoli di iniezione e configurazioni in presenza di un miscelatore statico. Infine viene proposta la migliore configurazione simulata che approssima al meglio l'ipotesi di plug-flow del metodo LIR.