Projet ANR-12-CDII-0009 – xPC : Intensification de réactions et purifications par procédés centrifuges liquide-liquide
Programme : Chimie Durable – Industries – Innovation (CD2I)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Luc MARCHAL (Laboratoire de Génie des Procédés Environnement Agroalimentaire)
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire de Reims; INSTITUT DE RECHERCHE PIERRE FABRE; Laboratoire de Génie Chimique; Laboratoire de Génie des Procédés - Environnement - Agroalimentaire; ROUSSELET CENTRIFUGATION
Montant : 789037.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Chromatographie de Partage Centrifuge : solution d’intensification de réactions chimiques ?xPC se propose d’étudier les potentialités en intensification des réacteurs liquide-liquide d’une technologie : la Chromatographie de Partage Centrifuge (CPC).
Maîtriser la technique pour exprimer la chimieLes réactions hétérogènes liquide-liquide mettent en œuvre des phénomènes complexes et couplés tels que la catalyse, le partage entre phases et le transfert de matière à l’interface.La CPC est un procédé qui permet par un usage astucieux de l’accélération centrifuge de réaliser une mise en contact de deux phases liquides, de façon continue, en déconvoluant débit, temps de séjour et surface d’échange. Dans l’appel d’offre « Chimie Durable – Intensification – Innovation », ce projet s’inscrit dans la thématique « Réactions et Procédés Efficients ». Les objectifs sont l’acquisition de connaissances par l’expérience et la modélisation pour le développement d’applications et de techniques. Il s’agit donc d’un projet de Recherche industrielle. Cette recherche collaborative implique des spécialistes en Génie des Procédés, en Sciences Séparatives et en Chimie. Le travail conjoint sur deux applications, la purification de substances actives à partir d’un extrait de plante et la synthèse d’un ester par voie enzymatique, vise à favoriser l’innovation trans-disciplinaire.
De l’hydrodynamique à la molécule… et vice et versaLe programme est construit sur une première phase scientifique de recherche pour la caractérisation et la modélisation du fonctionnement de la Chromatographie de Partage Centrifuge. Cette phase commence par une étude des écoulements (hydrodynamique) et de la mise en contact des phases liquides dans ce type d’appareil, principalement par visualisation. Elle est complétée par une modélisation du comportement de molécules considérées comme inertes dans le processus étudié. Les processus chimiques sont également étudiés et les phénomènes complexes siégeant aux interfaces liquide-liquide lors de la transformation de la matière sont décrits.La phase suivante est un développement d’applications. Les connaissances acquises seront intégrées pour mettre en place des outils de simulation et de nouveaux modes de fonctionnement (ou modes de production) du procédé. Combinant les approches d’Ingénierie des Procédés, de chimie moléculaire, de réalisation technique d’équipements et d’industrialisation d’unités de purification et de synthèse, le programme offre les moyens d’inclure le passage du laboratoire à l’échelle industrielle et d’évaluer son intérêt technique et économique.
Résumé de la soumission : Le programme de recherche xPC vise à évaluer scientifiquement et techniquement la capacité d’une technique liquide-liquide centrifuge multicellulaire pour l’intensification d’opérations de réaction ou d’extraction/purification. La Chromatographie de Partage Centrifuge, CPC, est un procédé de séparation constitué d’une série de chambres reliées entre elles par des canaux et disposées dans un rotor. L’application d’un champ d’accélération centrifuge permet alors de retenir une phase liquide dans les chambres tandis qu’une autre phase liquide peut circuler de chambre en chambre en continu. Cette technique a eu principalement un développement dans le monde de la chimie des substances naturelles. Néanmoins, elle offre des caractéristiques  (absence de garnissage, hydrodynamique, modes de fonctionnement en continu) qui permettent d’envisager de nouveaux usages notamment dans les secteurs où l’économie de matière ou de solvant est de plus en plus sensible. Il existe des freins importants au développement de procédés dans les biotechnologies blanches, l’industrie pharmaceutique et cosmétique, liés au coût des matières premières, des catalyseurs et à la complexité des matières à traiter (comme les extraits naturels), freins qui pourraient être levés moyennant des développements suffisants. Le programme est construit sur une première phase scientifique de recherche pour la caractérisation et la modélisation du fonctionnement de la technique. Le développement méthodologique porte sur la mise au point de deux applications à enjeu industriel dans le champ de la synthèse par catalyse enzymatique et la purification en mode déplacement de substances naturelles actives. Cette phase amont, en termes de connaissances, d’outils de simulation et de méthodes, permettra de réaliser un développement d’ordre technologique incluant de l’optimisation du design, du changement d’échelle et de l’analyse technico-économique.Le projet repose sur un consortium de 3 laboratoires et 2 industriels. Le laboratoire Génie des Procédés-Environnement-Agroalimentaire, UMR 6144, apporte la connaissance acquise depuis une quinzaine d’année de l’hydrodynamique et des transferts en CPC et son expérience dans l’amélioration des performances et du design de ces appareils. L’Institut de Chimie Moléculaire de Reims, UMR 6229, est une équipe à la pointe du développement de méthodes de purification utilisant particulièrement la CPC en mode déplacement. Le laboratoire de Génie Chimique, UMR 5503, apporte une solide expertise dans le domaine des procédés liquide-liquide, de leur extrapolation et dans le champ de l’intensification des réacteurs. Les Laboratoires Pierre Fabre développent, produisent et commercialisent des médicaments dans différents axes thérapeutiques notamment en oncologie depuis plus de 30 ans. L’entreprise Rousselet-Robatel-Kromaton est un équipementier spécialiste des procédés centrifuges et fabricant d’appareils de CPC de l’échelle laboratoire à l’échelle de la production.La force du projet est donc de rassembler des équipes reconnues en Génie des Procédés, Sciences séparatives et Chimie dans le but de parvenir à cet objectif ambitieux d’intégration des différents phénomènes, mais également d’échange entre chercheurs de 3 cultures scientifiques différentes pour favoriser les innovations trans-disciplinaires (ou transfert de technologie). La présence d’un utilisateur final et d’un équipementier donne une cohérence technologique (construction, contraintes mécaniques, couts, sécurité, extrapolation) et une cohérence industrielle (insertion dans une chaine de traitement, performances de séparation, de réaction).Dans l’appel d’offre « Chimie Durable – Innovation – Innovation », le projet xPC s’inscrit dans la thématique « Réactions et Procédés Efficients ». xPC est à visée de modélisation/développement d’applications et de techniques, il s’agit donc d’un projet du type Recherche industrielle.
Résultats : A 6 mois, le projet a terminé sa phase de démarrage en se dotant des outils expérimentaux et de gestion nécessaires pour le travail collaboratif.
Les premiers résultats sur la description de l’hydrodynamique des phases et la modélisation du fonctionnement de la CPC en réacteurs sont attendus au cours du prochain semestre. Les travaux concernant la purification d’alcaloïdes d’intérêt pharmaceutique en mode déplacement sont en cours, le travail consistant à comprendre l’influence des différents paramètres expérimentaux sur la qualité de la séparation.
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