Dans l'industrie alimentaire, les procédés de production sont souvent mis au point de manière empirique, selon des règles de bonnes pratiques. Ces méthodes présentent des lacunes, notamment au niveau de la régularité de la production. Pour modéliser et optimiser ces procédés, il est nécessaire de déterminer les propriétés physico-chimiques du produit. Nous cherchons à optimiser l'étape de tempérage du chocolat. À cette fin nous étudions la rhéologie et la cristallisation du chocolat.<p>Nous réalisons des mesures de rhéologie du chocolat suivant la méthode standard. Les résultats de ces mesures nous permettent de caractériser le comportement rhéofluidifiant de notre chocolat. Pour évaluer l'effet de différents paramètres opératoires sur la rhéologie du chocolat, nous faisons des mesures à différentes températures et pour différentes quantités de beurre de cacao. Suite à une analyse statistique des résultats, nous avons déterminé les paramètres d'une loi en puissance décrivant le<p>comportement rhéologique du chocolat. Pour approfondir la compréhension des phénomènes régissant la rhéologie du chocolat, nous avons également évalué l'influence de chaque ingrédient du chocolat sur la rhéologie du beurre de cacao. Nous montrons qu'il existe des interactions entre les particules de sucres qui sont probablement responsables du comportement rhéofluidifiant du chocolat. Nous montrons également que la présence de l'émulsifiant est indispensable pour que le chocolat puisse s'écouler.<p>La cristallisation du chocolat est analysée par calorimétrie différentielle. Nous développons un modèle de cristallisation en considérant le transfert de chaleur comme phénomène limitant. Ce modèle nous permet de déterminer les différentes formes cristallines présentes dans un échantillon de chocolat. A l'aide du modèle nous obtenons également une évaluation de la vitesse de cristallisation des différentes formes cristallines considérées. C'est un paramètre essentiel pour le dimensionnement de procédé.<p>L'étude couplée de la rhéologie et de la cristallisation nous montre que les formes cristallines les plus stables sont générées par les contraintes de cisaillement les plus élevées.<p>Enfin, dans le cadre d'applications industrielles, nous avons étudié le phénomène<p>de blanchiment du chocolat. Nous constatons que les variations de température accélèrent le phénomène de transformations polymorphiques solide-solide. Nous avons également étudié le procédé de production de la ganache. Nous avons mis en évidence que le transfert de chaleur est le phénomène déterminant de ce procédé. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le travail présenté s'intéresse au développement d'une méthodologie d'étude et d'optimisation des opérations de cristallisation en solution, par refroidissement en cuve agitée, de substances d'intérêt pharmaceutique présentant un polymorphisme cristallin. L'opération de cristallisation de référence, servant de support dans le cadre de ce travail, est l'opération de cristallisation de purification de l'Étiracetam crude. Il s'agit du step 3 dans la chaîne de production du Lévétiracetam, principe actif du Keppra, médicament commercialisé par la Société UCB. L'opération de cristallisation de référence se découpe en deux étapes. La première d'entre elles, l'étape de refroidissement, se caractérise par l'apparition de cristaux, dits de morphe II. La deuxième étape, l'étape de maturation, se caractérise par la transition polymorphe, dans des conditions isothermes, des cristaux de morphe II en des cristaux, dits de morphe I, correspondant à la forme cristallographique d'intérêt pharmaceutique.<p><p>Cette étude est abordée via une approche multi-échelle et en suivant les lignes conductrices et méthodologies proposées par la Food and Drug Administration (FDA).<p><p>Ainsi, dans un premier temps, nous nous intéressons à la caractérisation des deux formes cristallographiques, de leur milieu environnant et des interactions entre eux. Nous déterminons ainsi que les cristaux des deux formes cristallographiques sont des composés racémiques. Nous mettons également en évidence la nature énantiotrope du système polymorphe et déterminons la température de transition solide-solide séparant le domaine de stabilité thermique des deux morphes. Enfin, les courbes de solubilité, tant thermodynamiques que métastables, de ces derniers, dans du méthanol, sont déterminées.<p><p>Toute cette étude se base sur l'analyse de résultats obtenus au moyen de nombreuses techniques analytiques et méthodes expérimentales de mesure aussi diversifiées les unes que les autres. Nous développons, par ailleurs, trois méthodes de caractérisation des substances cristallines, lesquelles permettent la détermination précise de l'enthalpie fusion via l'analyse des courbes DSC expérimentales, la détermination de la température de transition solide-solide via des essais de stabilité thermique des cristaux en suspension et enfin la détermination de la solubilité d'un morphe métastable via l'utilisation de la relation thermodynamique établie, sur base de la connaissance de la solubilité thermodynamique du morphe stable.<p><p>Dans un deuxième temps, l'objectif est de comprendre les phénomènes physico-chimiques sous-jacents à l'opération de cristallisation, tant lors de l'étape de refroidissement que lors de celle de maturation. Cette étude s'effectue via le couplage entre des études fondamentales, des méthodes expérimentales et un modèle mathématique. L'originalité des expériences réalisées se trouve dans l'utilisation simultanée de quatre sondes de mesure afin de suivre l'évolution temporelle de divers paramètres-clés de l'opération de cristallisation :la température, la concentration de la solution, la distribution granulométrique ainsi que la forme cristallographique des cristaux en suspension. Le modèle mathématique développé, traduisant le comportement de la suspension, lors de l'étape de maturation et, plus particulièrement, au cours de la transition polymorphe, repose sur le couplage entre des équations de bilan de population pour les deux morphes et un bilan de matière pour le soluté.<p><p>Cette étude nous permet essentiellement de proposer un mécanisme détaillé pour la transition polymorphe, laquelle, médiée par la solution, s'effectue par dissolution-recristallisation. Cette étude met, par ailleurs, en évidence l'importance considérable que joue la germination primaire sur la limitation des cinétiques des mécanismes sous-jacents à l'opération de cristallisation, que ce soit lors de l'étape de refroidissement au cours de laquelle apparaissent les premiers cristaux de morphe II, ou lors de l'étape de maturation au cours de laquelle se déroule la transition polymorphe entre les cristaux de morphe II, qui se dissolvent, en les cristaux de morphe I, qui croissent. Nous montrons également qu'une surface suffisante, dite critique, est nécessaire pour amorcer l'emballement des phénomènes.<p><p><p>Enfin, dans un troisième temps, nous nous focalisons sur l'étude de l'influence des paramètres opératoires sur les temps caractéristiques des phénomènes physico-chimiques, et dès lors sur les distributions granulométriques des cristaux produits, et ce, en vue d'optimiser l'opération de cristallisation. Cette optimisation sous-entend essentiellement la diminution de la durée de l'opération de cristallisation tout en contrôlant la distribution granulométrique des tailles des cristaux de morphe I récupérés à l'issue de l'opération de cristallisation. Cette étude s'effectue via la réalisation d'un nombre limité d'expériences, dont les points expérimentaux sont définis par un plan d'expériences.<p><p>Les résultats expérimentaux montrent, entre autres, qu'il existe de réelles compétitions, d'une part, entres les phénomènes physico-chimiques, la germination et la croissance, et d'autre part, entres les facteurs cinétiques et thermodynamiques. <p><p>Ce travail s'intéresse également à deux études annexes.<p><p>L'objectif de la première d'entre elles est de caractériser l'écoulement et le mélange générés par les trois systèmes d'agitation au sein desquels se déroule l'opération de cristallisation. Ceci s'effectue en comparant et discutant des résultats obtenus via deux approches complémentaires :des essais expérimentaux et des simulations numériques de mécanique des fluides. Ces résultats montrent que tant l'écoulement que les mécanismes de mélange qu'il conditionne sont très similaires d'un système d'agitation à l'autre. Par ailleurs, nous mettons en évidence, expérimentalement, que l'opération de cristallisation est peu dépendante des trois systèmes d'agitation utilisés, et, en particulier, de l'intensité de l'agitation.<p><p>La deuxième étude se focalise sur le développement d'une méthode expérimentale originale permettant le suivi en-ligne de l'évolution temporelle, au cours d'opérations du Génie des Procédés, de la viscosité apparente des suspensions, telle qu'elle est définie par Metzner et Otto. L'idée est utiliser, comme lien univoque entre la puissance dissipée mesurée et la viscosité apparente, la relation Np-Re-Fr du système d'agitation utilisé. Cette méthode, appliquée à l'opération de cristallisation de référence, met en évidence l'intérêt du suivi en-ligne de la viscosité apparente de la suspension comme outil de contrôle.<p><p>**************************************************<p><p>The work presented concerns a methodological development and optimization of batch cooling crystallizations in solution of pharmaceutical active ingredients showing a polymorphic behavior. The crystallization process that served as a reference in the context of our work, is the crystallization performed for the purification of crude Etiracetam. This crystallization is performed as a third step in the Leviteracetam production process. The latter is the active compound of Keppra, a drug developed and commercialized by UCB.<p>The reference crystallization can be divided in two distinct steps. At first, a solution of solvent and compound is cooled until a maturation temperature is reached. This step is characterized by the appearance of morphe II crystals. In turn, the second step, the maturation, is characterized by a polymorphic transition under isothermal conditions, with morph II crystals transforming into morph I crystals, morphe I being the compound of pharmaceutical interest.<p><p>The study presented is performed using a multi-level approach and following the guidelines and methods as suggested by the Food and Drug Administration (FDA).<p><p>Firstly, we start by characterizing the two crystallographic forms, their environment, as well as their interactions. The results show that both crystallographic forms are racemic compounds that are enantiotropically related. The solid-solid transition temperature, separating the stability range of the two forms, is determined using various techniques. Finally, we describe both the thermodynamic, as well as meta-stable, solubility curves of both forms in methanol.<p><p>A wide range of known analytical techniques and experimental methods has been used to perform the study presented here. We have furthermore developed three characterization methods for crystalline substances, that allow for a precise determination of the fusion enthalpy through analysis of experimental DSC curves, for a determination of the solid-solid transition temperature through thermal stability testing of different crystal suspensions, and finally for the determination of the solubility of the meta-stable morph through a thermodynamic relation, linking this solubility to that of the stable morph.<p><p>In a second step, the objective was to understand the physico-chemical phenomena underlying the crystallization, both during cooling, as well as the final maturation. This goal is achieved by coupling fundamental studies, experimental work, and a mathematical model. The originality of the presented work is underlined by a simultaneous use of four online probes, allowing an instantaneous follow-up of the key parameters influencing the crystallization process: temperature, solution concentration, particle size distribution, as well as crystallographic form. The mathematical model developed is based on the coupling of population equations for both morphs with the mass balance equations. The final model translates the behavior of the suspension during the maturation step, and more particularly during the polymorphic transition. <p><p>A detailed mechanism is presented, explaining the solution mediated polymorphic transformation, occurring through a dissolution-recrystallization process. The importance of the primary nucleation, and more specifically the limitation of the crystallization kinetics due to this nucleation, is highlighted. Both the appearance of morph II crystals during the cooling profile, as well as the polymorphic transformation during the maturation are limited by nucleation. We show that a critical, minimal surface is required for an observable acceleration of the underlying processes to occur.<p><p>Finally, a third part of the study focuses on the study of the influence of operating parameters on the time needed for the different physico-chemical phenomena to occur, and hence on the particle size distribution of the obtained end product, with the ultimate goal of optimizing these operating conditions. The optimization mainly concerns the reduction of the total operating time, while keeping the particle size distribution of morph I crystals under control. This part of the study is performed through a limited number of experiments that are chosen using a well-defined experimental design.<p><p>The experimental results show the competition between the physico-chemical nucleation and growth phenomena, as well as between kinetic and thermodynamic factors.<p><p>In this work, we also discuss two annex studies. <p><p>The goal of the first of these studies is to characterize the flow and the mixture created using three different stirring systems for the crystallization. We achieve this goal by comparing and discussing results from two complementary sources: experimental trials and numerical fluid mechanics simulations. These results show both the flow and mixture mechanisms to be comparable for the different stirring types studied. We, furthermore, confirm through experimental results that the crystallization process shows almost no dependence on the stirring device used, or on the stirring intensity.<p><p>The second annex study focalizes on the development of an original experimental design allowing an online follow-up of the apparent viscosity of a suspension, as defined by Metzner and Otto. Central in the idea developed, is the use of the Np-Re-Fr relation as unique link between the dissipated power and the apparent viscosity. Applied to the reference crystallization, this method highlights the significance of an online follow-up of the suspension viscosity to control the crystallization.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第15720号 / 工博第3334号 / 新制||工||1504(附属図書館) / 28265 / 京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻 / (主査)教授 津野 洋, 教授 田中 宏明, 教授 清水 芳久 / 学位規則第4条第1項該当

Abstract Heat exchangers are used in industrial processes to transfer energy from one source to another. Heat exchangers improve the energy efficiency of processes and therefore increase the profitability and decrease the environmental impact of production. Effectiveness of heat exchangers may be diminished by fouling, in which unwanted material deposits on the heat transfer surface reducing the heat transfer and increasing the pressure drop of the system. Due to fouling, the energy demand, and the operation and maintenance costs of industrial processes increase significantly. In addition, fouling causes considerable environmental effects due to the increased energy demand and the use of additives and cleaning chemicals. In this thesis, the crystallization fouling of calcium carbonate on heat transfer surfaces was studied using experimental and modeling methods with the aim to reduce fouling by increasing the understanding of the crystallization fouling phenomenon and providing a validated model for studying crystallization fouling on heat transfer surfaces. The fouling experiments were conducted in a laboratory scale set-up to study the crystallization fouling mechanism under controlled conditions. Based on the knowledge and data gained from the experiments, a crystallization fouling model was developed, and validated in various conditions. As a result, the most important parameters affecting crystallization fouling were identified, and the governing sub-processes were determined. The developed model was used to optimize the surface temperature of a heat exchanger to provide the maximum heat transfer rate when the heat exchanger is subject to fouling at various cleaning intervals. In addition, the used methods were applied in the study of the abatement of fouling by surface modifications. Based on the results, the studied crystallization process is governed by the surface integration sub-process. In addition, the residence time of the fluid at the wall affects the mass deposition. The results showed that the surface temperature and the shear stress are the most important parameters affecting fouling in the studied conditions, and therefore, they should be defined accurately. For this purpose, CFD was found to provide a useful tool. The developed models were found to predict reliably the experimental conditions. Therefore, the thesis shows that the developed model facilitates the design of heat exchangers, but also assists in minimizing the fouling of heat exchangers. / Tiivistelmä Lämmönvaihtimia käytetään teollisissa prosesseissa siirtämään energiaa kohteesta toiseen. Lämmönvaihtimet parantavat prosessien energiatehokuutta ja siten lisäävät tuotannon kannattavuutta ja vähentävät ympäristövaikutuksia. Lämmönvaihdinten energiatehokkuutta heikentää kuitenkin likaantuminen, jossa lämmönsiirtopinnalle muodostuu kerrostuma, joka heikentää lämmönsiirtoa ja aiheuttaa virtausvastusta. Likaantuminen lisää lämmönvaihdinten energiankulutusta ja käyttökustannuksia sekä aiheuttaa merkittäviä ympäristöpäästöjä kasvaneen energiantarpeen sekä lisä- ja puhdistusaineiden käytön vuoksi. Tässä työssä tutkittiin kalsium karbonaatin aiheuttamaa lämmönsiirtopintojen kiteytyvää likaantumista käyttäen sekä kokeellisia että mallinnusmenetelmiä. Työn tavoitteena oli lisätä tietoa kiteytyvästä likaantumisesta sekä kehittää validoitu laskentamalli, jolla voidaan tutkia lämmönsiirtopintojen kiteytyvää likaantumista. Likaantumiskokeet tehtiin laboratoriomittakaavan koelaitteessa, jolla voidaan tutkia likaantumismekanismia hallituissa olosuhteissa. Kokeista saadun tiedon ja aineiston perusteella kehitettiin kiteytyvää likaantumista kuvaava malli, joka validoitiin eri olosuhteissa. Tulosten perusteella identifioitiin tärkeimmät kiteytyvään likaantumiseen vaikuttavat parametrit sekä määritettiin rajoittavat osa-prosessit. Kehitettyä mallia käytettiin lämmönsiirtoprosessin optimoinnissa. Lisäksi käytettyjä metodeja sovellettiin tutkimukseen, jossa likaantumista pyrittiin vähentämään pintamodifikaatioiden avulla. Tulosten perusteella tutkittu kiteytymisprosessi on pinta-integraation rajoittama. Lisäksi havaittiin, että fluidin viipymäaika lämmönsiirtopinnalla vaikuttaa likaantumisnopeuteen. Tulokset osoittivat, että pintalämpötila ja leikkausjännitys ovat tärkeimmät kiteytyvään likaantumiseen vaikuttavat tekijät tutkituissa olosuhteissa. Näin ollen niiden tarkka määrittely on erittäin tärkeää likaantumisnopeuden mallintamiseksi luotettavasti. Virtauslaskenta (CFD) osoittautui hyödylliseksi työkaluksi näiden parametrien määrittämisessä. Tulosten perusteella kehitetty malli ennustaa luotettavasti kokeellisia olosuhteita. Näin ollen tämä työ osoittaa, että kehitettyä mallia voidaan käyttää apuna paitsi lämmönvaihtimien suunnittelussa myös lämmönsiirtopintojen kiteytyvän likaantumisen vähentämisessä.

La cristallisation est influencée par plusieurs paramètres tels que la sursaturation, la température, le milieu et l’hydrodynamique. Pour cela le criblage rapide des conditions de cristallisation est souvent exigé lors de l’étude de la cristallisation d’une molécule. Cependant lorsqu’une faible quantité de matière est disponible, un outil expérimental adapté est indispensable.Dans notre cas, le système microfluidique dédié à la cristallisation est basé sur la génération des gouttes de volume nanométrique dans lesquels la cristallisation peut avoir lieu de façon indépendante. Des gouttes monodispersées en taille et en conditions expérimentales nous permettent de réaliser des études statistiques pour répondre à la stochasticité du phénomène de nucléation, ceci tout en consommant peu de matière.Le but de cette thèse est de créer un montage microfluidique universel, qui soit compatible à tout solvant et toute molécule. Pour cela, nous utilisons des jonctions et des capillaires microfluidiques simples résistants à de nombreux solvants. Nous cherchons d'abord à contrôler les écoulements microfluidiques et à réduire les volumes mis en jeu. Nous avons étudié les régimes de génération des gouttes et la loi d'échelle de la taille des gouttes. Dans le cadre de l’étude de la cristallisation, nous montrons la faisabilité de notre dispositif pour l’étude de la cristallisation en variant la viscosité avec l’exemple de l’urate oxydase recombinante ou rasburicase que nous avons cristallisée dans une solution aqueuse de PEG. Pour finir, nous avons intégré un module de caractérisation en ligne dans notre système microfluidique afin d'analyser la composition chimique de chaque goutte. / Crystallization is influenced by several parameters such as supersaturation, temperature, environment, and hydrodynamics. Thus, a rapid screening of crystallization conditions is often required during the study of the crystallization of a molecule. But when a small amount of material is available, a suitable experimental tool is essential. In our case, the microfluidic system dedicated to crystallization is based on the generation of nanoliter droplets in which crystallization can occur independently. Forming hundreds of droplets with monodisperse sizes and experimental conditions, we can make a large number of experiments per condition for statistical studies to meet the stochasticity of the phenomenon of nucleation while consuming little material. Our goal is to create a universal microfluidic assembly which is compatible with all solvents and molecules. Thus, we are interested in simple microfluidic junctions and tubings which is resistant to many solvents. From such systems, we have first characterized the hydrodynamic properties of the set-up: we sought to control microfluidic flow and reduce the volumes put-in. We studied the droplet generation regimes and the scaling law of drop size and frequency. For crystallization study of biomolecule, we have validated our microfluidic set-up for crystallization studies in a viscous media, on the recombinant urate oxidase or the rasburicase in an aqueous solution of PEG. Finally, we integrated a module for on-line characterization of each droplet’s chemical composition.

>Magister Scientiae - MSc / Efavirenz is a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor used as an anti-retroviral for the treatment of human immunodeficiency virus (HIV) type I. It is classified as a class IΙ drug under the Biopharmaceutical Classification System (BCS) and exhibits a low solubility (aqueous solubility of 9.0 μg/ml) and high permeability (variable oral bioavailability). This study aims to choose a pre-formulation protocol with the best efavirenz derivative in literature between co-crystals and CD inclusion complexes. Upon selection of the efavirenz derivative, the complications of both small scale and large scale laboratory pre-formulation production is highlighted for formulation of a tablet dosage form. Numerous variables were selected for the pre-formulation protocol. Physical, chemical, pharmacological, pharmaceutical and economical variables were investigated. Citric acid monohydrate (CTRC) was chosen as the best co-former for a co-crystal while hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (HP-β-CD) was selected as a host for an inclusion complex. Pharmaceutically, the angle of repose, Carr’s index, Hausner’s ratio, moisture content, disintegration time, hardness/resistance to crush, manufacturing process problems and particle size of the CTRC and HP-β-CD were all evaluated. The CTRC was ultimately selected for formulation of a tablet. The preparation of small laboratory scale of EFA/CTRC co-crystal was successfully achieved after several attempts. The large laboratory scale of EFA/CTRC was prepared under various environmental seasons which were indicated as batches 1-6 for purposes of this study. Characterization of the large laboratory scale EFA/CTRC co-crystals was performed by scanning electron microscopy (SEM), hot-stage microscopy (HSM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and by physical inspection (i.e. season, texture, colour, shape and particle size) of the EFA/CTRC product. Batch 1 and 2 were prepared during the summer season. The SEM analysis showed that the particles were needle-like shaped. The thermal analysis values of batch 1 by HSM, DSC and TGA results were 123 °C, 119 °C and 1.68 % of mass loss, respectively. In batch 2, morphology results by SEM revealed spikes of irregular and agglomerated particles. Batch 2 melted at 123 °C and a small unmelted quantity was observed at 143 °C. The DSC and TGA (mass loss) analysis were 118 °C and 0.75 % respectively. The hardness test of EFA/CTRC tablet prepared in batch 2 was extremely hard hence failed the disintegration test. The EFA/CTRC prepared in batches 3, 4 and 5 was during the winter season which is associated with high humidity and wet weather conditions. The SEM, DSC, TGA results were significantly different from the previous batches. The SEM morphology was highly irregular particles for batch 3, clustered and randomly size particle for batch 4 and irregular, needle-like, spikes and spherical shaped particles for batch 5, respectively. The thermal results HSM, DSC and TGA confirmed the presence of moisture in the prepared EFA/CTRC products. The HSM melting point results of batches 3, 4 and 5 were 123 °C, 115 °C and 121 °C, respectively. The DSC results of 110 °C, 105 °C and 118 °C were observed for batches 3, 4 and 5 respectively. The mass loss i.e. TGA results for batches 3, 4 and 5 were 1.178%, 1.5 % and 2.235 % respectively. In batch 6, EFA/CTRC was prepared using a different commercial batch of EFA and CTRC. The SEM results indicated the formation of needle-like and clustered particles. The values obtained from HSM, DSC and TGA results were 124 °C, 114 °C and 0.54 % in mass loss. The physical appearance of EFA/CTRC prepared from batch 1 and 2 were white in colour while batch 3, 4, 5 and 6 of the prepared EFA/CTRC was pink in colour. The physical appearance of the individual batches differed but the identity of the sample remained intact implying the same pharmacological effects with differing pharmaceutical properties impacting the dosage form preparation.

Iron is often present in leach liquors produced in chemical and hydrometallurgical processes. It is known that voluminous iron precipitates with high impurity values are formed if the conditions during its formation are not controlled well. These products are also often difficult to treat in downstream processes. This study therefore focused on the determination of product quality parameters for the production of good quality iron precipitates from zinc-rich solutions. Special attention was given to the quality of metastable phases such as ferrihydrite and schwertmannite formed at elevated temperatures and in the pH range 1.5 to 3.5 in a continuous crystallizer. These phases are produced over a range of supersaturation levels with the best quality products formed at lower supersaturation. It was shown that most industrial processes are operated well above the metastability limit at relatively high supersaturation. However, stagewise precipitation of iron, even above the metastability limit, yielded better quality products. It was also shown that localized supersaturation levels could be controlled through changes in the micro and macromixing environments. The three-zone model approach was used to improve the quality of ferrihydrite and schwertmannite precipitates. Changes in the reactor design and the position of reagent feed points also impacted on the quality of the precipitates. Control over the localized supersaturation not only ensures the production of good quality nuclei, but also impacts on particle growth, which is required to make downstream processing of precipitates possible. In precipitation processes, growth mainly takes place through agglomeration as the rate of molecular growth is generally low. The final quality of iron precipitates is greatly influenced by the quality of the agglomerates formed during iron precipitation. A Hadamard matrix was used to indicate the relative importance of the most relevant operating parameters for the formation of good quality iron precipitates. / Thesis (PhD (Metallugical Engineering))--University of Pretoria, 2007. / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted

Récemment, il y a une demande accrue pour des cristaux de bicarbonate de sodium de propriétés d'usage spécifiques. Dans l'étude présentée, la réaction de cristallisation du bicarbonate de sodium est abordée et s'effectue dans un milieu triphasique dans lequel interviennent de nombreux phénomènes tels que le transfert de matière, la nucléation et la croissance cristalline. L'objectif de ce travail est d'étudier l'impact des paramètres opératoires, des additifs et de la technologie du réacteur sur la cristallisation du bicarbonate de sodium afin d'obtenir des cristaux avec une taille importante et une masse volumique apparente non tassée élevée. Les essais réalisés dans un réacteur ouvert de type MSMPR (Mixed Suspension Mixed Product Removal) ont permis d'optimiser les conditions opératoires du procédé et ont montré que l'ajout de calcium par le biais d'une solution de chlorure de calcium dans le milieu réactionnel améliore sensiblement la morphologie des cristaux, réduit la vitesse de nucléation tout en influençant légèrement la vitesse de croissance cristalline. Lorsque du polystyrène sulfonate de sodium (NaPSS) est ajouté au chlorure de calcium, sont obtenus des cristaux encore plus compacts avec des surfaces plus lisses et des arêtes marquées. A contrario, l'utilisation d'additifs chelatant le calcium comme le citrate de calcium dégrade la qualité des cristaux de bicarbonate de sodium et est donc proscrite pour une utilisation industrielle car les étapes de filtration et de séchage sont plus difficiles. Enfin, le passage d'un réacteur MSMPR à un réacteur à lit fluidisé a conduit, dans des conditions opératoires identiques, à une amélioration notable de la qualité du produit fini en produisant des cristaux avec une morphologie relativement sphérique et une taille importante / Recently, there is an increased demand for sodium bicarbonate crystals with specific properties. In the present study, the crystallization reaction of sodium bicarbonate is performed in a three-phase medium in which many phenomena such as mass transfer, nucleation and crystal growth occurred. The objective of this work is to study the impact of operating parameters, additives and reactor technology on the crystallization of sodium bicarbonate in order to obtain crystals with important size and high bulk density. The experiments carried out in a MSMPR (Mixed Suspension Mixed Product Removal) reactor have shown that the addition of calcium through a calcium chloride solution in the reaction mixture improves the crystal morphology, reduces the nucleation rate and weakly influences the crystal growth rate. When a mixture of sodium polystyrene sulfonate (NaPSS) and calcium chloride is used, more compact crystals with smoother surfaces and marked edges are obtained. Conversely, the use of calcium chelating additives such as calcium citrate affects the quality of sodium bicarbonate crystals and thus is prohibited for industrial use because the filtration and drying steps are much more difficult. Finally, the transposition from a MSMPR reactor to a fluidized bed reactor allows, under the same operating conditions, a significant improvement of the solid quality by producing big spheroidal particles

Tissue response to PNIPAM and HPC nanoparticles has been studied by implantation method. The results suggest that both PNIAPM and HPC nanoparticles possess good biocompatibility and they may serve as a good carrier for the applications of controlled delivery. Rheological properties of dispersions of IPN microgels composed of PNIPAM and PAAc have been studied. It is found that the IPN microgel dispersion can undergo a sol-gel transition at temperature above 33°C. In vivo drug release experiments suggest that the gelation procedure creates a diffusion barrier and thus leads to slow release. An emulsion method has been used to grow columnar crystals by mixing PNIPAM microgel dispersions with organic solvents. Effect of both temperature and microgel concentration on formation of columnar crystals has been studied. PNIPAM-co-NMA microgels have been used for the fabrication of crystalline hydrogel films by self-crosslinking microgels. The hydrogel film exhibits an iridescent. The thermally responsive properties and mechanical properties of this film have been studied. Melting temperature (Tm) of colloidal crystals self-assembled with PNIPAM-co-AAc microgels has been investigated as a function of pH, salt concentration and microgel concentration. It is revealed that Tm increases as pH value increases; Tm decreases with increase of salt concentration; Tm increases as microgel concentration increases. Phase behavior of PNIPAM-co-HEAc microgel dispersions has been investigated. It is observed that these microgel dispersions exhibit liquid, crystal, and glass phase. As microgel size increases, crystal phase shifts to low concentration range. As temperature increases, crystal phase shifts to high concentration ranges. These colloidal crystals can be stabilized by NaOH-induced gelation. Effect of NaOH concentration on formation of physical gelation has been investigated.

Malaria is the cause of over one million deaths per year, primarily in African children. The parasite responsible for the most virulent form of malaria, is Plasmodium falciparum. Protein structure plays a pivotal role in elucidating mechanisms of parasite functioning and resistance to anti-malarial drugs. Protein structure furthermore aids the determination of protein function, which can together with the structure be used to identify novel drug targets in the parasite. However, various structural features in P. falciparum proteins complicate the experimental determination of protein three dimensional structures. Furthermore, the presence of parasite-specific inserts results in reduced similarity of these proteins to orthologous proteins with experimentally determined structures. The lack of solved structures in the malaria parasite, together with limited similarities to proteins in the Protein Data Bank, necessitate genome-scale structural annotation of P. falciparum proteins. Additionally, the annotation of a range of structural features facilitates the identification of suitable targets for structural studies. An integrated structural annotation system was constructed and applied to all the predicted proteins in P. falciparum, Plasmodium vivax and Plasmodium yoelii. Similarity searches against the PDB, Pfam, Superfamily, PROSITE and PRINTS were included. In addition, the following predictions were made for the P. falciparum proteins: secondary structure, transmembrane helices, protein disorder, low complexity, coiled-coils and small molecule interactions. P. falciparum protein-protein interactions and proteins exported to the RBC were annotated from literature. Finally, a selection of proteins were threaded through a library of SCOP folds. All the results are stored in a relational PostgreSQL database and can be viewed through a web interface (http://deepthought.bi.up.ac.za:8080/Annotation). In order to select groups of proteins which fulfill certain criteria with regard to structural and functional features, a query tool was constructed. Using this tool, criteria regarding the presence or absence of all the predicted features can be specified. Analysis of the results obtained revealed that P. falciparum protein-interacting proteins contain a higher percentage of predicted disordered residues than non-interacting proteins. Proteins interacting with 10 or more proteins have a disordered content concentrated in the range of 60-100%, while the disorder distribution for proteins having only one interacting partner, was more evenly spread. Comparisons of structural and sequence features between the three species, revealed that P. falciparum proteins tend to be longer and vary more in length than the other two species. P. falciparum proteins also contained more predicted low complexity and disorder content than proteins from P. yoelii and P. vivax. P. falciparumprotein targets for experimental structure determination, comparative modeling and in silico docking studies were putatively identified based on structural features. For experimental structure determination, 178 targets were identi_ed. These targets contain limited contents of predicted transmembrane helix, disorder, coiled-coils, low complexity and signal peptide, as these features may complicate steps in the experimental structure determination procedure. In addition, the targets display low similarity to proteins in the PDB. Comparisons of the targets to proteins with crystal structures, revealed that the structures and predicted targets had similar sequence properties and predicted structural features. A group of 373 proteins which displayed high levels of similarity to proteins in the PDB, were identified as targets for comparitive modeling studies. Finally, 197 targets for in silico docking were identified based on predicted small molecule interactions and the availability of a 3D structure. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2008. / Biochemistry / unrestricted