Brevet FR2836396A1 — publié le 20030829

PG/2.R493. 12FR. 73/dpt 1 2836396 PROCEDE ET DISPOSITIF DE CHROMATOGRAPHIE AVEC RECUPERATION DE SOLVANT La présente invention concerne un procédé et un dispositif de chromatographie, qui permet une récupération efficace du solvant utilisé. La chromatographie préparative est utilisée comme procédé de purification de mélanges en particulier pharmaceutiques. Par exemple, les procédés de chromatographie actuels peuvent être schématisés comme la séparation de deux "composants" d'une charge ou mélange à purifier, à l' aide d'un solvant et d'un lit chromatographique, deux fractions étant produites, l'une avec un premier "composant" et l'autre avec un second "composant". Un de deux, et plus rarement les deux, composants est(sont) recherché(s). La chromatographie classique dite d'élution (ou batch), même lorsqu'elle fait appel à une technologie de colonne efficace est forte consommatrice de solvants. Cette consommation de solvant est un facteur de coût important dont l'impact peut-être minimisé par un recyclage adéquat effectué en général par évaporation [M. Perrut et J.C. Trap, Analysis, vol. 15, n 8, 1987]. Des mises en _uvre chromatographiques particulières permettant des opérations continues (notamment à contre courant) ont été proposces afin de maximiser la productivité et/ou de minimiser la consommation de solvant [R.M. Nicoud and R.E. Majors, LC-GC Europe, December 2000, p. 887; 0. Ludemann-Hombourger, R.M. Nicoud and M. Bailly, Separation Science and Technology, (12), pp. 1829-1862, 2000]. EP-A-563388 décrit l' association de la technique dite SMB (Simulated Moving Bed ou lit mobile simulé) avec un système de recyclage de solvant. Les techniques décrites ci-dessus permettent de répondre aux productions de tonnages faibles ou moyens. Lorsque les productions atteignent des niveaux élevés 19062-21/02/02-1/15 2 2836396 (dizaies de tonnes par au cur la sparaLion d'AnanLiomres par exemple), il s'avAre gue la consommaLion d'6nergie ncessaire 1'6vaporaLion devienL un facLeur de co0L imporLanL. s L'invenLion a pour objeL de minimiser le co0Ls associs la rAcup6raLion du solvanL, eL noLammenL les co0Ls AnergALiques requis pour la s6paraLion des diffrenLes fracLions issues de chromaLographie. L'invenLion a donc pour objeL un procd permeLLant de minimiser la consommation d' l'@vaporation du solvant de ces fractionG. L'invention fournit donc un procd de sparation par chromatographie produisant au moins deux fracLions, dans lequel: (i) on vapore au moinG partiellement le solvant desdiLes factions produites; (ii) on spare les vapeurs de solvant ainsi roduites; caractrisA e que l'Atape (i) du procAdA est mise en euvre, pour au moins une deGdites fractions, au moins partiellemenL avec les vapeurs de solvanL spardes proenanL d'une des auLreG fracLions vapordes. Selon un mode de rdalisaLion, deux fracLions d'exLaiL eL de raffinaL sonL Avapordes. Selon un mode de rdalisation, l'tape (i) est mise en euvre, pour une fracLion conGidrde, LoLalemenL avec les vapeurs de solvanL spares proenanL d'une des auLres fracLions vapores. Selon un mode de ralisation, une partie des vapeurs de polvant sApardes proenanL de l'auLre fracLion Avaporde eGL recycle, aprs vaporaLion de la fracLion considdre, vers l'amonL de l'ALape (i) d'{vaporaLion de ladiLe auLre fracLion. Selon un mode de rdalisaLion, au moins une des fracLions eGL prchauffe avanL vaporation avec les 19062 -21/02/02-2/15 3 2836396 vapeurs de solvant spares provenant d'une des autres fractions {vapordes. Selo un mode de ralisaLion, le solvant esL recycld. s L'invenLion a AgalemenL pour objet un dispositif pour la mise en uvre du procAd selon l'invenLion. L'invenLion a donc encore pour objeL un disposiLif de chromaLographie coprenanL: (i) une uniLd cenLale de GAparaLion sur un liL chromaLographique, (ii) au moins deux lignes de fracLions en ddrivanL, (iii) au moins deux vaporaLeurs reli6s auxdiLes lignes de fracLion, (iv) des lignes de fluide caloporLeur LanL relies au moins deux AvaporaLeus respecLivement, (v) des 1ignes de soutirage recucillant en 2Q aval desdits vaporateurs la fraction Avapore au moins partiellement sous fome d'un mlange liquide+vapeur, (vi) des sAparateurs reliAs auxdites lignes de soutirage pour recuaillir le solvant dans une ligne, caract4cis en que une ligne recuaillant le solvant an aval d'un vaporateur est relide une ligne de fluide caloporLeur en amonL du second daporaLeur. Selon un mode de rdalisaLion, les 1ignes de fracLions correspondenL des fractions d'extraiL et de raffinaL. Selon un mode de ralisation, le diGoGitif comprend de plus un changeur de chaleur disposA sur une ligne de fraction et relid par ailleurs une ligne recueillanL le solvanL en LanL que fluide caloporLeur. Selon un mode de rdaliGaLion, le dispoGitif comprend de pluG une ligne de recyclage reliant la ligne de solvant et fluide caloporteur quittant un deG 19062-21/02/02 -1/15 4 2836396 daporaLeurs la ligne de fraction alimetant l'autre Avaporateur, pour un recyclage partiel. Selo un mode de rdalisation, le dispositit coprend en outre un dispositif de recyclage du solvanL. s C'autre caract6ristiques et avantageG de l'inventio vot maintenant tre dcrits en dtail dans l'exposA qui suit et qui est donnA en rfArence aux figures annexes dans lesquelles: -la figure 1 reprAsente schAmatiquement un dispositif classique. -la figure 2 reprdsente schmatiquement un dispositif selon un premier mode de ralisation de l' invention. -la figure 3 reprsente schmatiquement un dispositif selon un Gecond mode de ralisation de l' invention. -la figure 4 reprAsente GchAmatiquement un dispositif selon un troisime mode de rdalisation de l' invention. En rfArence la figure 1, et titre d'exemple, on suppOse que le produit recherch se trouve dans la fraction A. La fraction A doit normalement imprativement Atre concentre car le produit purifid est en gndral utilisA souG une forme sche et donc ddLarraGs du solvat. Le produit ou leG produits Ge trouvant dans la fraction Gont Goit dAtruits, soit recyclAs (par exemple apr@s une iGomriGation). I1 est souhaitable de concentrer la fraction B pour minimiser le volume deG rejets et pour pouvoir recycler le solvant. e procd Gelon l'art antrieur, dans lequel on concentre la fraction A pour rcuprer produit A et solvant, et dans lequel on spare la fraction pour rcup6rer le solvant (et ventuellement le produit 8), comporte leG {lments essentiels suivants. Les 1ines par exemple d'extrait et de raffinat Gont les ligneG 1A et 1B, pour les fractionG A et B. respectivement. Ces ligneG alimentent des 19062-21/02/02-4/15 2836396 évaporateurs 2A et 2B, respectivement, qui sont chauffés par des fluides caloporteurs dans des conduites 3A et 3B, respectivement; les fluides caloporteurs quittent les évaporateurs 2A et 2B, par des conduites 4A et 4B, respectivement. Les fractions sous forme d'un mélange liquide+vapeur quittent les évaporateurs 2A et 2B, par des conduites 5A et 5B, respectivement. Ces conduites alimentent des séparateurs 6A et 6B, dans lesquels les produits A et B sont réaupérés en pied (identifiés sur la figure par les lettres A et B entourées) tandis que les vapeurs de solvant sont collectées en tête dans les conduites 7A et 7B, respectivement. Ces conduites 7A et 7B sont reliées à des échangeurs de chaleur 8A et 8B, respectivement. Ces échangeurs 8A et 8B sont refroidis par un fluide de refroidissement de façon classique afin de condenser les solvants. On récupère alors les solvants issus des fractions A et B par les conduites 9A et 9B, respectivement, qui sont ensuite éventuellement combinés pour être recyclés. En référence à la figure 2, et à titre d'exemple, on suppose encore que le produit recherché se trouve dans la fraction A. Le procédé selon un premier mode de réalisation comporte les éléments suivants. Les éléments identiques par rapport à la figure 1 ont les mêmes références et ne sont pas décrits à nouveau. La conduite 7A, à la différence de l'art antérieur représenté à la figure 1, n'est pas reliée à un échangeur de chaleur mais à la conduite 3B de l'évaporateur 2B; le solvant de la ligne 7A est utilisé comme fluide caloporteur dans l'évaporateur 2B. La conduite 4B qui quitte l'évaporateur 2B est relice à l'échangeur de chaleur 8A. La ligne 7B est reliée classiquement à l'échangeur de chaleur 8B. On réaupère alors comme dans l'art antérieur les solvants issus des fractions A et B par les conduites 9A et 9B, respectivement, qui sont ensuite éventuellement combinces pour être recyclées. 19062 -21/02/02 -5/15 6 2836396 En rdt@rence la figure 3, on uLilise un dispoiLif similaire celui de la figure 2. [eG {lments identiques ont les mmes rAf@rences et ne sonL pas dcrits nouveau. Selon le mode de rdalisation de la tigure 3, la ligne 7E de Golvant est utilise pour prAchauffer la ligne 1A de la fraction A dans un changeur 10. La ligne B' de solvant iSGU de la fraction B quiLLe cet changeur pour tre combind dentuellement avec le Golvant de la ligne 9A ou Atre envoye vers 1' classique (seconde variante reprdente Gur la figure 3). En rf@rence la figure 4, on uLilise un diGpositif similaire celui de la figure 2. [es lAments identiques onL les mmes rf6rences et ne sonL pas dAcrits nouveau. Selon le mode de rdalisation de la figure 4, la ligne 4B de solvant est partiellement recycle (par la ligne en pointills 1BA) et mAlangde la ligne 1A alimentanL l'@vaporateur 2A. Le taux de recyclage est fonction des quantits de chaleur de chaque ligne (par exemple de 10 50t, et notamment environ 301). Cette mise en euvre convient lorsque l'on souhaiLe vaporer la fraction B 1' aide des vapeurs de la fracLion A, eL lorsque le dbiL de vapeur proenanL de la fracLion A n'esL pas suffisant pour permetLre l'AvaporaLion complAte de la fraction B. Ce mode de rdalisaLion se subLituerait celui plus simple qui consiste inverser les lignes A et B (c' est--dire selon un schAma inversA par rapport aux modes de rdalisation des figures 2 et 3). Selon le mode de rdalisation de la figure 4, il est possible d'uLiliGer l'6vaporaLeur 2A seul, ce qui peuL Lre utile en priode de dmarrage (en particulier si la fraction noble esL conLenue dans la fracLion B. et que l'on dsire utiliser la fraction B uniquement une foiG le sysL6me correctement rgl pour Aviter les risques de pollution). I1 esL aussi avantageux d'apliquer au dispositif de la figure 4 (troisiAme mode de raliGaLion) le principe du prchauffage de la figure 3. Dans ce cas, la ligne 7E 19062-21/02/02-6/1s 7 2836396 de solvant est utilisée pour préchauffer la ligne 1A de la fraction A dans un échangeur 10A (disposé entre le point de raccordement des lignes lBA/lA et l'évaporateur 2A ou avant ledit point de raccordement). Les évaporateurs utilisés dans l'invention sont des évaporateurs classlques, qui peuvent être à film mince ou à film tombant. Les évaporateurs peuvent être à simple effet ou à multiple effets, certains effets étant alimentés par un fluide caloporteur tandis que d'autres sont alimentés par les vapeurs de l'autre ligne. Ce type d'échangeur est utile lorsque la quantité de chaleur apportée par les vapeurs de solvant n'est pas suffisante pour complètement évaporer le solvant de l'autre fraction. Les échangeurs (condenseurs) peuvent être regroupés en une seule unité, le cas échéant. Une recirculation forcée des fluides à traiter peut être mise en _uvre pour augmenter encore les coefficients de transfert thermique au niveau de l'évaporateur. Il est clair que la taille respective des deux lignes peut varier en fonction des débits à traiter, des facteurs de concentrations recherchés ou de contraintes thermiques sur le produit de la fraction recherché. L'invention trouve à s'appliquer aux procédés et di spos it i fs de séparat ion par chromatographie à contre courant au sens large, et notamment du type SMB précité ou du type VARICOL. Pour mémoire, on rappellera que ce dernier dispositif (et procédé associé) est décrit notamment dans le document WO-A-0025885. Ce document décrit un procédé de séparation d'au moins un composant d'un mélange le contenant, dans un dispositif présentant un ensemble de colonnes chromatographiques ou tronçons de colonnes chromatographiques contenant un adsorbant, montés en série et en boucle, la boucle comportant au moins un point d'une injection de charge, un point d'un soutirage de raffinat, un point d'une injection d'un éluant et un point d'un soutirage d'extrait, dans lequel 19062 -21/02/02 - 7/15 8 2836396 on d6Lermine eLre un poinL d'ingecLion et un poinL de souLirage ou vicevera une zone cbomaLographique, le procAd LanL caracL6risA en ce qu'au bouL d'une pAriode de Lemps donn, 1' ensemble des poinLs d'ijecLion eL de souLirage se LouvenL dAcalG d'u mme ombre de colonnes ou Longons de colonne, avaLageusemenL d'une colonne ou Longon de colonne, dans une direcLion donne dfiie par rapporL celle de l'AcoulemenL d'un fluide rincipal ciculanL LaverG la boucle eL e ce que, au COurs de ladiLe p@riode, on effecLue le dcalage des diff6renLs poinLs d'injecLion eL de GouLirage des Lemps diffrenLs de mani@re que la longueur des zoneG dfinies par 1eGdiLs diffrenLG poinLG soiL variable. eG exemples GuivanLs illuGLrenL la prdsenLe invenLion sanG LouLefois en limiLer la porL6e. Exemple 1. Un syGL@me chromaLographique de Lype LiL Mobile Simul (8ME) esL uLilisA pour effecLuer la sAparaLion de deux isom@res. Les deux 1ignes de sorLie GonL disponibles C eL onL leG caracL6risLiqueG GuivanLes: - ligne A (ligne d'exLraiL): 3200 1/h d'un mlange hepLane/6Lhanol 60/40 conLenanL un produiL 4 9/1. - ligne (ligne de raffinaL): 2200 1/h d'un mlange hapLane/4Lhanol 60/40 conLenanL un produiL 6 g/1. En vue de concenLrer ces soluLionG de fagon ce que leG produiLs Ge reLouvenL une concenLaLion de 150 9/1, on a uLiliG LoiG disposiLifG, savoir le diGpoGiLif classique reprAsenL par la figure 1, un disposiLif selon 1'ienLion n01 eL un dispoGiLif selon l'invenLion n 2, correspondanL aux disposiLifs des figureG 2 eL 3, reGpecLivemenL. Les consommaLions d'6nergies 4ceGGaires ces opraLions sonL indiques dans le Lableau GuivanL. 19062-21/02/02-8/lS 9 2836396 Résultats obtenus en fonction du dispositif utilisé en termes de consommation énergétique (kW) Energie pour Energie pour Total évaporer la évaporer la ligne B ligne A Dispositif classique 335 515 850 Dispositif selon 0 515 515 l'invention n l Dispositif selon 0 440 440 l'invention n 2 On constate donc que la quantité d'énergie disponible dans les vapeurs de la ligne A étant supérieure à la quantité nécessaire à l'évaporation de la ligne B. le dispositif selon l' invention n l permet de supprimer le besoin en fluide caloporteur pour l'évaporation de la ligne B. On constate également que le préchanffage du fluide de la ligne A à l'aide des condensats de la ligne B utilisé dans le dispositif selon l'invention n 2 permet encore d'améliorer les résultats en diminuant la quantité d'énergie nécessaire à l'évaporation de la ligne A. Exemple 2. Les conditions décrites à l'exemple 1 sont reprises, mais les deux lignes de sortie ont maintenant les caractéristiques suivantes: - ligne A (ligne d'extrait): 2200 l/h d'un mélange heptane/éthanol 60/40 contenant un produit à 4 g/l. - ligne B (ligne de raffinat): 3200 l/h d'un mélange hoptane/éthanol 60/40 contenant un produit à 6 g/l. On a utilisé cette fois le dispositif selon l'invention n 3, correspondant au dispositif de la figure 19062 -21/02/02-9/15 2836396 4. Le taux de recyclage est de 30%. On a aussi utilisé le même dispositif intégrant le recyclage (application au dispositif n 3 du préchauffage selon le dispositif n 2). Les consommations d'énergies nécessaires à cette opération sont indiquées dans le tableau suivant. Résultats obtenus en fonction du dispositif utilisé en termes de consommation éne gétique (kW) Energie pour Energie pour Total évaporer la évaporer la ligne B ligne A Dispositif classique 515 335 850 Dispositif selon 0 515 515 L'invention n 3 Dispositif selon 0 440 440 L'invention n 3 avec préchanffage On constate donc que le recyclage partiel du fluide de la ligne 4B dans la ligne 1A permet de supprimer le besoin en fluide caloporteur pour l'évaporation de la ligne B. 19062-21/02/02 -10/15 11 2836396 REVENDICATIONS Procd de sAparation par chromatographie produisant au moins deux fractions, dans s lequel: (i) on dapore au moins parLiellement le solvaL desdites fracLions produiLes, (ii) on sApare les vapeurs de solvanL ainsi produiLes, caractAris en que l'ALape (i) du procAdA est mise e euvre, pour au moinG une desdiLeG fracLionG, au moins parLiellemenL avec les vapeurs de solvanL spardes proenanL d'une des auLres fracLions vapores. 2. ProcdA selon la revendicaLion 1, caracL4ri en ce que deux fracLions d'exLaiL eL de raffinaL GonL vapores. 3. ProcAdA Gelon la revendicaLion 1 ou 2, caracLrisA en ce que l'5Lape (i) eGL mise e euvre, pour une fracLion conside, LoLalemenL avec les vapeurs de solvanL spardes provenanL d'une des auLres tracLions vapordes. 4. Procd selon la revedicaLion 3, caracLAris en ce que une parLie des vapeurs de solvanL spardes provenanL de l'auLre fracLion vaporde esL parLiellemeL recycle, apr@G vaporaLion de la tracLion considrde, vers l'amonL de l'ALape (i) d'@vaporaLion de ladiLe auLre fracLion. 5. ProcdA selo l'une des revendicaLions 1 4, caracL6risA en ce que au moins une des fracLions esL prAchauffe avanL vaporaLion avec les vapeurs de solvanL spares provenanL d'une des auLres fracLions Avapordes. 19062-21/02/02-11/lS 12 2836396 6. ProcdA selon l'une des revendicaLions 1 5, caracL@ris en ce que le solvanL eL recycl6. 7. ProcAd selon l'une des revedicaLions 1 6, caracL6risA en ce que la sparaLion par chromaLographie esL du type SMB. 8. ProcdA selon l'une des revendicaLions 1 6, caracL6ris en ce gue la sparaLion par chromaLograhie esL du Lype VARICOE. 9. DisposiLif de chromaLographie comprenanL: (i) une uniLd cenLrale de sAparaLion sur un liL chromaLographique, (ii) au moins deux lignes de tracLions (1A, 1B) en d4rivanL, (iii) au moins deux AvaporaLeurs (2A, 2B) relis auxdiLes 1ignes de tracLion, (iV) deG lignes de tluide caloporLeur (3A, 1B) ALanL relies au moins deux vaporaLeurs (2A, 2B) respecLivemenL, (v) des lignes de GouLirage (SA, SB) recucillanL en aval deGdiLs vaporaLeurs (2A, 2B) la tracLion vaporde au moins parLiellemenL sous torme d'un mlange liquide+vapeur, (vi) des sparaLeurs (6A, 6B) reliAs auxdiLes lignes de GouLirage (SA, SB) pour recueillir le GolvanL dans une lige (7A, 7B), caracL@ris en que la ligne (7A) esL relie la ligne (3B) en LanL que ligne de tluide caloporLeur. 10. CisposiLit selon la revendicaLion 9, caracLAris en ce que les lignes (1) eL (1B) 19062 -21/02/02-12/15 13 2836396 correspondent à des fractions d'extrait et de raffinat, respectivement. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un échangeur de chaleur (10) disposé sur la ligne (1A) et relié par ailleurs à la ligne (7B) en tant que fluide caloporteur. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une ligne (4B) de solvant et fluide caloporteur quittant l'évaporateur (2B) et une ligne (1BA) reliant ladite ligne (4B) à la ligne (1A) alimentant l'évaporateur (2A), pour un recyclage partiel. 13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les évaporateurs sont à simple effet. 14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les évaporateurs sont à multiple effets. 15. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de recyclage du solvant. 16. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que l'unité centrale de séparation sur un lit chromatographique est du type SMB. 17. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que l'unité centrale de séparation sur un lit chromatographique est du type VARICOL. 19062-21/02/02 -13/15 14 2836396 18. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 17, pour la mise en _uvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8.