Υπολογιστική διερεύνηση της υποβοηθούμενης με επιβολή θερμοκρασιακών κύκλων απορακεμοποίησης

Ροϊνός, Ηλίας

dc.contributor.author	Ροϊνός, Ηλίας	el
dc.date.accessioned	2020-12-06T08:16:55Z
dc.date.available	2020-12-06T08:16:55Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52305
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20003
dc.rights	Default License
dc.subject	Απορακεμοποίηση	el
dc.subject	Θερμοκρασιακοί κύκλοι	el
dc.subject	Εναντιομέρεια	el
dc.subject	Κρυστάλλωση	el
dc.subject	Ισοζύγια πληθυσμών	el
dc.subject	Deracemization	en
dc.subject	Temperature cycles	en
dc.subject	Enantiomer	en
dc.subject	Crystallization	en
dc.subject	Population balance equations	en
dc.title	Υπολογιστική διερεύνηση της υποβοηθούμενης με επιβολή θερμοκρασιακών κύκλων απορακεμοποίησης	el
dc.contributor.department	Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-02
heal.abstract	Πολλά φαρμακευτικά προϊόντα διατίθενται προς πώληση υπό τη μορφή εναντιομερών, ενώ η φαρμακευτική δράση του προϊόντος εντοπίζεται συνήθως μόνο σε μία από τις δύο εναντιομερείς μορφές. Ένα σημαντικό ζήτημα που απασχολεί επομένως την επιστημονική κοινότητα είναι ο διαχωρισμός και η απομόνωση της επιθυμητής ουσίας, ειδικότερα όταν το δεύτερο εναντιομερές μπορεί να εμφανίσει επιζήμια δράση στον οργανισμό. Δεδομένου όμως ότι τα δύο εναντιομερή έχουν τις ίδιες φυσικές ιδιότητες, ο διαχωρισμός αυτός καθίσταται ιδιαίτερα δύσκολος για τη βιομηχανία. Για την επίτευξή του χρησιμοποιούνται εν γένει δύο κατηγορίες μεθόδων· η πρώτη έγκειται στη φυσική απομόνωση του επιθυμητού εναντιομερούς από ένα ισομοριακό (ρακεμικό) μίγμα αυτών ενώ στη δεύτερη κατηγορία μεθόδων το μη επιθυμητό εναντιομερές μετατρέπεται στη συμπληρωματική του μορφή μέσω μιας αντίδρασης που ονομάζεται απορακεμοποίηση, με τελικό αποτέλεσμα την παραλαβή ενός εναντιοκαθαρού προϊόντος. Η απορακεμοποίηση αποτελεί μηχανισμό ενός ευρύτερου φαινομένου, της κρυστάλλωσης, η οποία αποτελεί επίσης μία οικονομική και αξιόπιστη μέθοδο διαχωρισμού εναντιομερών. Η κρυστάλλωση είναι μια σύνθετη διεργασία που απαρτίζεται από αλληλοεξαρτώμενους μηχανισμούς· ειδικότερα αποτελείται από την ανάπτυξη, διαλυτοποίηση, διάσπαση, πυρήνωση και συσσωμάτωση. Στην ειδική περίπτωση που η κρυστάλλωση εφαρμόζεται για το διαχωρισμό εναντιομερών ενώσεων λαμβάνεται υπόψη και ο μηχανισμός της απορακεμοποίησης. Συνεπώς είναι απαραίτητη η ποσοτικοποίηση αυτής της αλληλοεξάρτησης των μηχανισμών, με σκοπό τη βελτιστοποίηση της όλης διεργασίας. Επιπρόσθετα, έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι η επιβολή ενός θερμοκρασιακού προφίλ επιταχύνει σημαντικά την επίτευξη εναντιοκαθαρότητας. Για την κατανόηση και περαιτέρω μελέτη των μηχανισμών της κρυστάλλωσης και της συμπεριφοράς τους υπό την επιβολή ενός θερμοκρασιακού προφίλ, και αποσκοπώντας παράλληλα στην αριστοποίηση των λειτουργικών παραμέτρων, είναι απαραίτητη η εφαρμογή μιας μεθοδολογίας που θα λαμβάνει υπόψη τους επιμέρους μηχανισμούς αλλά και η έκφραση και επίλυση των θεωρητικών αριθμητικών εκφράσεων σε υπολογιστικό περιβάλλον. Η μοντελοποίηση των εξισώσεων πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο των ισοζυγίων πληθυσμών (PBEs) ενώ η αριθμητική επίλυσή τους στο εμπορικό πακέτο Comsol, εφαρμόζοντας τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Τα βασικά ευρήματα της παρούσας εργασίας συνοψίζονται στην υπεροχή του μη ισοθερμοκρασιακού μοντέλου έναντι του ισοθερμοκρασιακού και στη διαπίστωση ότι η χρονική αύξηση του σταδίου της ψύξης (συγκριτικά με τα υπόλοιπα στάδια) συμβάλλει στη γρηγορότερη επίτευξη εναντιοκαθαρότητας.	el
heal.abstract	Many pharmaceutical products come as enantiomers, whilst the pharmacological action of the product lies usually in only one of the two enantiomeric compounds. Therefore, a significant issue which interests the scientific community is the separation and isolation of the desirable compound, especially when the second enantiomer can have a harmful effect on the human organism. Provided though that the two enantiomers have the same physical properties, this separation is proven challenging for the industry. In order to accomplish that, two different categories of methods are employed; the first focuses on the physical separation of the desirable enantiomer from an equimolar (racemic) mixture of those whereas in the second category of methods the undesirable enantiomer is converted to the desirable one by a chemical reaction known as deracemization, with the final result being an enantiopure product. Deracemization is a mechanism of a wider phenomenon named crystallization, which is also an affordable and reliable method of separating enantiomers. Crystallization is a complex process comprised of codependent mechanisms; namely growth, dissolution, breakage, nucleation and agglomeration. In the special case where crystallization is implemented to separate enantiomeric compounds, deracemization must be taken into account as well. Consequently, it is essential to quantify this codependence of mechanisms in order to optimize the process as a whole. In addition, it has been shown experimentally that the imposition of a temperature profile accelerates significantly the attainment of an enantiopure mixture. In order to comprehend and delve further into the mechanisms of crystallization and the behavior of those under the effect of a temperature profile, whilst at the same time aiming at optimizing the operational parameters, it is necessary to implement a methodology which will take into account the individual mechanisms and to express and solve computationally the theoretical numerical expressions. The modeling of the equations was realized in the framework of the population balance equations (PBEs), while the numerical solving of the equations was accomplished in the software Comsol with the method of finite elements (FEM). The main findings of this thesis are: the illustrastion (through simulations) of the non-isothermal process' "superiority" over the isothermal one and the ascertainment that an increase in the duration of the cooling stage (relatively to the other stages) contributes to the quicker attainment of enantiopurity.	el
heal.advisorName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Στεφανίδης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	70 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false