Ottimizzazione sicura della sintesi della nimesulide : dal reattore semibatch alla serie di CSTR

Chemical and pharmaceutical industries often carry out fast and strongly exothermic reactions, which can trigger a phenomenon known as “thermal runaway”, that is an uncontrolled reactor temperature increase. These reactions are commonly carried out in semibatch reactors to better control the heat evolution. Due to the increasing market requests, the desired goal of every company is to increase the productivity of a certain product, being sure of maintaining safe operating conditions during all synthesis steps. Such a goal can be achieved shifting processes from batch to the continuous mode. A continuous reactor can achieve the same productivity of a discontinuous reactor using significantly lower reaction volumes, therefore the safety of the process is automatically increased. In this thesis work, it has been proposed the switch from a semibatch reactor to a series of continuous stirred tank reactors, using as a case study the synthesis of Nimesulide. In particular, after the determination of the optimal configuration of the series of CSTRs, a parametric sensitivity analysis has been carried out in order to guarantee the thermal stability during the synthesis in both the start-up and the normal exercise phases.

Nell’industria farmaceutica e della chimica fine vengono spesso condotte reazioni veloci e fortemente esotermiche in grado di innescare il cosiddetto fenomeno di “runaway termico”, che consiste in un aumento incontrollato di temperatura. Queste reazioni vengono generalmente condotte in reattori semibatch, al fine di controllare meglio l’entità del calore sviluppato. Il controllo dell’evoluzione del calore è raggiunto attraverso l’effetto combinato di un sistema di raffreddamento e dell’alimentazione di un coreagente (generalmente, a temperatura ambiente). In accordo con la crescente richiesta del mercato, l’obiettivo di ogni azienda è quello di aumentare la produttività, mantenendo sicure le condizioni operative. Per raggiungere questo obiettivo è possibile cambiare la modalità operativa, passando dal processo discontinuo a quello continuo. Un reattore continuo, infatti, può raggiungere la stessa produttività di un reattore discontinuo, tramite volumi di reazione molto minori, aumentando così la sicurezza intrinseca del processo. In particolare, in questo elaborato è stato proposto il passaggio da un reattore semibatch a una batteria di CSTR. In una batteria di CSTR, infatti, escludendo i tempi per lo start-up e le fermate speciali dovute a guasti o malfunzionamenti, il prodotto desiderato è erogato in continuo permettendo un notevole aumento della produttività. Tuttavia, quando nella batteria di CSTR sono coinvolte reazioni veloci e fortemente esotermiche possono insorgere dei problemi di sicurezza durante la fase di start-up, a causa delle fluttuazioni del livello di liquido nei reattori, che possono innescare fenomeni runaway. In questo lavoro di tesi è stato effettuato il passaggio dal reattore semibatch alla batteria di CSTR utilizzando il caso studio della sintesi della Nimesulide. In particolare, dopo la determinazione della configurazione ottimale della serie di CSTR, è stata condotta un’analisi di sensitività al fine di garantire la stabilità termica del sistema sia nella fase di start-up che nel normale esercizio.