مزايا مجفف نوتش المرشح المخروطي الشكل والمحرك (جهاز "ثلاثي في ​​واحد") من شركة ووشي تشانغهوا للمعدات الصيدلانية

ملخص: انطلاقاً من البنية الأساسية ومبدأ عمل مجفف الترشيح المخروطي الشكل ذي المحرك من نوع نوتش (معدات "ثلاثة في واحد") من شركة ووشي تشانغهوا للمعدات الصيدلانية، وبأخذ المنتج النظيف كمثال، تتم مناقشة مزايا المعدات في إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة من أربعة جوانب: نقاء المنتج، وقابلية التكيف مع العملية، والأتمتة والمراقبة في الوقت الحقيقي، والتنظيف متعدد الاتجاهات في المكان.

الكلمات المفتاحية: مجفف مرشح نوتش مخروطي الشكل مزود بمحرك تقليب (معدات "ثلاثية في واحد")؛ إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة؛ المزايا؛ ممارسات التصنيع الجيدة الجديدة

0 مقدمة

في عملية إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة، ولتقليل فقد المواد وتجنب التلوث البيئي الناتج عن نقلها بعد التبلور، تُجرى عمليات الترشيح والغسل والتجفيف اللاحقة عادةً في جهاز واحد يُسمى "جهاز ثلاثي الوظائف". أكثر أنواع "الأجهزة ثلاثية الوظائف" شيوعًا في إنتاج الأدوية هو الجهاز ذو القاع المسطح، ولا شك في مزاياه في إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة المعقمة، إلا أنه يعاني من بعض العيوب، منها صغر مساحة الترشيح في القاع الدائري المسطح، ووجود بقايا مواد في الخارج، وضعف كفاءة التجفيف، وقلة حركة المواد أثناء التجفيف، وانخفاض كفاءة نقل الحرارة، بالإضافة إلى محدودية إمكانيات التجفيف.

بدأ تطوير النموذج الأولي لمجفف مرشح نوتش المخروطي الشكل (يشار إليه فيما يلي باسم "المخروطي الشكل "ثلاثي في ​​واحد") حوالي عام 1993. وعلى أساس التحليل الشامل لمزايا وعيوب معدات "ثلاثي في ​​واحد" المحلية، وبعد خمسة أجيال، تم تطويره إلى النموذج الحالي ذي الدرجة النظيفة، والذي يستخدم بنجاح في إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة لأكثر من 10 سنوات.

مع تزايد الوعي البيئي وارتفاع معايير جودة إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة في الصين، يتميز جهاز "ثلاثي الوظائف" المخروطي الشكل بمزايا هامة. وباعتبار جهاز "ثلاثي الوظائف" المخروطي عالي الجودة من شركة ووشي تشانغهوا للمعدات الصيدلانية مثالاً، سنقدم هنا شرحاً موجزاً لبنيته الأساسية ومبدأ عمله، مع التركيز على مزاياه في إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة.

1- البنية الأساسية ومبدأ عمل جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل من شركة ووشي تشانغهوا للمعدات الصيدلانية

يمكن للجهاز المخروطي الشكل "ثلاثي في ​​واحد" إكمال سلسلة من العمليات في قطعة واحدة من المعدات، بما في ذلك فصل المواد الصلبة عن السائلة والترشيح، وغسل كعكة الترشيح وعمليات تجفيف المواد.

1.1 الهيكل الأساسي

بأخذ جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل ذي الجودة النظيفة لإنتاج المواد الصيدلانية الفعالة كمثال، يظهر هيكله الرئيسي في الشكل

الشكل 1: بنية مخروطية الشكل من الدرجة النظيفة "ثلاثية في واحد"

أ- آلية مقاومة للغبار ب- آلية نقل مقاومة للانفجار

ج - آلية الرف د - آلية الرش

هـ - عمود رئيسي للتقليب ونظام تبادل حراري مدمج

و - الجسم الرئيسي ز - آلية الصيانة المساعدة

ح - آلية الترشيح ط - صمام تصريف التمدد السفلي التلقائي

مزيد من التفاصيل:

أ هي آلية مقاومة الغبار، والتي تلبي متطلبات المنطقة النظيفة وتساعد على تجنب تلوث الغبار الناتج عن أجزاء النقل.

ب هي آلية نقل الحركة المقاومة للانفجار، والتي تشمل محركًا رئيسيًا مقاومًا للانفجار ومخفض سرعة. يعمل مخفض السرعة المقوى على تعزيز قدرة نقل الحركة وضمان التشغيل المستقر للمعدات.

ج هي آلية الرف، مع مانع تسرب ميكانيكي عالي الجودة للعمود الرئيسي وتصميم متعدد الدعامات.

د هي آلية الرش، بما في ذلك مكونات غسل المواد والتنظيف في المكان (CIP).

e هو العمود الرئيسي للتقليب ونظام التبادل الحراري المدمج، باستخدام آلية تقليب معلقة من نوع الشريط (بدون نقطة ارتكاز في الأسفل).

يمثل الجزء f الهيكل الرئيسي للمعدات، بما في ذلك غلاف التبادل الحراري ومكونات العزل الخارجية.

g هي آلية الصيانة المساعدة، والتي تستخدم لمساعدة أجزاء المخروط على الصعود والهبوط، مما يسهل عملية التفكيك والصيانة.

h هي آلية الترشيح، بما في ذلك مكونات وسيط الترشيح و Reverse CIP (RCIP).

صمام i هو صمام تصريف أوتوماتيكي للتمدد السفلي، يتميز بتشغيل أوتوماتيكي كامل. يستخدم غطاء صمام ذو قاعدة مسطحة، بدون زوايا مسدودة لتراكم المواد، ويمكن تنظيفه بالكامل في مكانه.

1.2 مبدأ العمل

يتم تطبيق تدفق عملية متقطع على جهاز "ثلاثة في واحد" المخروطي الشكل من شركة Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment، والذي تتمثل عملية تشغيله النموذجية في "التغذية - الترشيح - الغسيل - التجفيف - التفريغ - التنظيف في المكان"، كما هو موضح في الشكل 2.

1.2.1 التصفية

تعتمد المعدات عمومًا إما على الترشيح بالضغط أو الترشيح بالتفريغ، وهناك فرق كبير بين هاتين الطريقتين وفقًا لخصائص المواد وكعكات الترشيح، وهو ما يحتاج إلى تأكيد من خلال اختبارات صغيرة.

1.2.2 التجفيف

أثناء عملية التجفيف بالتفريغ، يحتوي الجهاز على نظام تدوير مدمج للوسط الحراري. عند إضافة الوسط الحراري، وبالتزامن مع ضخ التفريغ، تدور آلية التقليب الشريطية للأمام لرفع المادة وتقليبها في جميع الاتجاهات لتحقيق التبادل الحراري الكامل، ويمكن مراقبة حالة تجفيف المواد بواسطة جهاز أخذ عينات يعمل بالتفريغ.

1.2.3 الخروج

بعد اكتمال عملية التجفيف وعودة البيئة الداخلية للمعدات إلى الضغط الطبيعي، يتم فتح صمام التفريغ، وتدور آلية التحريك للأمام لتفريغ معظم المواد، ويتم دفع الكمية الصغيرة المتبقية من البقايا للخارج بواسطة آلية التحريك في الاتجاه المعاكس.

1.2.4 التنظيف

بعد اكتمال عملية التفريغ، يتم تنظيف المعدات في اتجاهات متعددة: سيقوم نظام الغسيل بتنظيف الجزء الداخلي وآلية التقليب من النوع الشريطي؛ وسيقوم نظام RCIP بتنظيف الطبقة المتبقية ووسط الترشيح والصمام؛ وسيقوم نظام CIP بتنظيف غطاء الصمام وفوهة التوصيل.

الشكل 2: مخطط تدفق تشغيل "ثلاثة في واحد" على شكل مخروط

ميزتان لمعدات ووشي تشانغهوا الصيدلانية المخروطية الشكل "ثلاثية في واحد" في إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة

يفرض الإصدار الجديد من ممارسات التصنيع الجيدة (GMP) متطلبات أعلى لإنتاج المواد الصيدلانية الفعالة (APIs) والمعدات ذات الصلة. ومن البديهي أن المعدات هي المفتاح لضمان جودة المواد الصيدلانية الفعالة واستقرار إنتاجها. فيما يلي شرح لمزايا جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل في إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة، وذلك بالاقتران مع المتطلبات ذات الصلة في ممارسات التصنيع الجيدة الجديدة.

2.1 نقاء المنتج العالي

2.1.1 لا يُسمح بخلط الشوائب في المادة

بعد دخول المادة، تشمل الأجزاء المعرضة لها مباشرةً في الجهاز: الفوهة الوظيفية، والجدار الداخلي، وآلية التقليب، وآلية الترشيح، وقناة الترشيح، ومكون الترشيح، وآلية صمام التفريغ. جميع هذه الأجزاء ثابتة باستثناء آلية التقليب. وبفضل استخدام المواد المناسبة وعملية التصنيع السليمة، لن تُدخل هذه الأجزاء أي مواد غريبة إلى العملية. أما آلية التقليب فهي متحركة. لذا، فهي تحتاج إلى استخدام مانع تسرب ميكانيكي عالي الجودة للمحور الرئيسي لضمان أداء إحكام ممتاز. يحتوي مانع التسرب الميكانيكي على تجويف عازل لمنع دخول أي شوائب، سواءً كانت ناتجة عن البيئة أو عن مانع التسرب نفسه، إلى الجهاز. ثانيًا، نظرًا لعدم وجود نقطة ارتكاز دوارة في أسفل آلية التقليب المخروطية الشكل "ثلاثية في واحد"، المصممة بنظام التعليق، فإن ذلك يمنع تمامًا احتمالية التلوث بالشوائب.

2.1.2 ضمان بيئة آمنة ونظيفة

الجهاز مُحكم الإغلاق تمامًا، مما يضمن نظافة المنتج أثناء العملية، ويحمي بيئة الإنتاج أيضًا. وخاصةً في حالات استخدام محاليل متطايرة أو خطرة، يضمن الجهاز سلامة البيئة والعاملين.

تستخدم آلية التحريك من النوع الشريطي هيكلًا ثابتًا محوريًا لا يتحرك لأعلى ولأسفل، ويحافظ على مسافة آمنة مستقرة من المعدات، مما يضمن سلامة الإنتاج دون الحاجة إلى صيانة دورية.

2.2 مزايا القدرة على التكيف

2.2.1 كفاءة ترشيح عالية

(1) مساحة ترشيح كبيرة: وسيط الترشيح في "ثلاثة في واحد" مخروطي الشكل، مثبت على جدار الخزان، كما هو موضح في الشكل 3. على سبيل المثال، إذا أخذنا حجم الجهاز بقطر داخلي يبلغ حوالي 1 متر، فإن مساحة الترشيح المخروطية القياسية تبلغ حوالي 1.6 متر مربع، ومساحة الترشيح الفعالة تبلغ حوالي ثلاثة أضعاف مساحة الترشيح في "ثلاثة في واحد" بنفس القطر ولكن بقاع مسطح.

الشكل 3: بنية وسط الترشيح المخروطي الشكل "ثلاثي في ​​واحد"

(2) سُمك صغير لطبقة الترشيح: توجد العديد من الدراسات حول نظرية الترشيح. ونظرًا للاختلاف الكبير في خصائص جزيئات المادة، توجد عوامل عديدة تؤثر على معدل الترشيح. يُبين نموذج شبه تجريبي قائم على قانون دارسي ومعادلة بوازوي أن سُمك طبقة الترشيح أحد هذه العوامل، وهو يتناسب عكسيًا مع معدل الترشيح [1]: مع الاختيار الصحيح لوسط الترشيح، تتشكل طبقة الترشيح وتؤدي دورًا جسريًا مستقرًا خلال فترة زمنية معقولة لتحسين أداء الترشيح. كلما كانت طبقة الترشيح أرق، زادت سرعة الترشيح.

(3) في جهاز الترشيح المخروطي "ثلاثي في ​​واحد"، تكون المسافة بين وسط الترشيح وآلية التقليب مساويةً للسمك الاسمي لكعكة الترشيح. تعمل آلية التقليب الشريطية على تغيير الكعكة الداخلية باستمرار، حيث تُشكّل الطبقة الرقيقة المتبقية من كعكة الترشيح على سطح وسط الترشيح طبقةً مُقوّيةً ومستقرة. في الوقت نفسه، تُسهم عملية التغيير في سد الفجوات في كعكة الترشيح، مما يُؤدي إلى خلق فرق ضغط مستقر، وبالتالي الحصول على كعكة ترشيح ذات محتوى رطوبة أقل.

2.2.2 الغسيل الفعال

تتيح آلية التقليب الداخلية الشريطية في جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل إعادة تدوير المادة بسرعة بعد إضافة كمية مناسبة من سائل الغسيل. ويؤدي التلامس التام بين كعكة الترشيح وسائل الغسيل إلى تحسين كفاءة الغسيل والاستبدال بشكل كبير. وبالمقارنة مع آليات التقليب التقليدية ذات الشفرات أو المرساة، يتميز الجهاز الشريطي بأداء أفضل في إعادة التدوير.

2.2.3 مساحة نقل حرارة كبيرة وتجفيف فعال

يتميز جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل بمساحة نقل حرارة واسعة، تشمل مساحة نقل الحرارة في الجسم الرئيسي (المجهز بغلاف نقل حرارة عالي الكفاءة) ومساحة نقل الحرارة الداخلية الكلية للتقليب. لا تضمن مساحة التبادل الحراري الكبيرة أداء التجفيف فحسب، بل والأهم من ذلك، أنها تستغل مساحة التبادل الحراري بكفاءة عالية. ويُعد التلامس بين المادة وأجزاء التبادل الحراري العامل الأكثر أهمية.

تتميز آلية التقليب الشريطية في جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل بأداء أفضل في خلط المواد: إذ تدور هذه الآلية من الأسفل إلى الأعلى لرفع المادة، ثم تعود إلى الأسفل، قاطعةً مسافة طويلة. يوضح الشكل 4 محاكاة أداء خلط المواد في جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل. وقد استُخدم البرنامج لمحاكاة حركة المادة الفعلية، واختيرت الجسيمات فاتحة اللون كعينات للتتبع.

كمثال، عند تصميم آلية الخلط MX-F-II في جهاز "ثلاثي في ​​واحد" مخروطي الشكل بسعة 5 أمتار مكعبة، نجد أن معامل التغذية 40%، وسرعة الدوران 35 دورة في الدقيقة، ويتم تتبع العينات خلال فترة وجيزة، حيث لوحظ أنها تتحرك بانتظام وتتلامس مع سطح التبادل الحراري. تتوفر في قاعدة بيانات التصميم أنواع مختلفة من هذه الآلية، مع مراعاة أداء الخلط ومتطلبات الشكل البلوري، كما يُمكن تصميم معدات مخصصة حسب الطلب. في حالات خاصة، يُمكن تزويد آلية الخلط بآليات أخرى لتلبية المتطلبات، مثل جهاز التكتل القسري للمواد شديدة التكتل.

الشكل 4: محاكاة أداء خلط المواد في جهاز "ثلاثي في ​​واحد" مخروطي الشكل

2.3 الأتمتة والمراقبة في الوقت الفعلي

في عمليات الإنتاج الدوائي واسعة النطاق، إذا تم التحكم يدويًا في تشغيل جهاز واحد، فمن المحتم حدوث بعض الأخطاء. ولضمان اتساق المنتجات بين الدفعات من حيث سير العملية، يمكن التحكم في جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل تلقائيًا، وهو سهل التشغيل والدمج في نظام التحكم المركزي (PLC أو DCS، إلخ)، مما يقلل بشكل كبير من العمالة اللازمة لتشغيل المعدات، ويحسن كفاءة الإنتاج، ويضمن بفعالية جودة المنتجات واستقرارها.

بالإضافة إلى ذلك، من المهم جدًا مراقبة حالة المنتج داخل الجهاز للتحكم في سير العملية. يمكن لجهاز أخذ العينات المُجهز داخل الجهاز العمل مباشرةً في بيئة مفرغة من الهواء أثناء عملية التجفيف لضمان استمرارية الإنتاج ومراقبة أداء التجفيف بكفاءة.

2.4 التنظيف متعدد الاتجاهات

لإنتاج المواد الصيدلانية الفعالة (APIs) باستخدام جهاز "ثلاثي في ​​واحد" مخروطي الشكل، يتم صقل الجزء الداخلي الملامس للمادة مباشرةً، بحيث لا تتجاوز خشونة سطحه Ra 0.4 ميكرومتر. بعد الانتهاء من إنتاج دفعة من المنتجات، يتم تفريغها. ولأن قاعدة الجهاز مصممة بشكل مخروطي، فإن منفذ التفريغ يقع في أدنى موضع، مما يمنع تراكم المواد في أي زاوية. بعد فتح صمام التفريغ، يتم تفريغ معظم المواد الموجودة في آلية الخلط الدورانية الأمامية بسلاسة (ولتجنب التفريغ العشوائي للمواد بمجرد فتح الصمام، تعمل آلية الخلط كجسر، وبمجرد دوران المادة، يتم تفريغها تلقائيًا بفعل الجاذبية). في المرحلة اللاحقة من التفريغ، يساهم الدوران العكسي لآلية الخلط في دفع المواد، مما يؤدي إلى تفريغ معظم المواد المتبقية في الجهاز.

لحل مشكلة وجود عدد قليل من البقايا، يوجد برنامج تنظيف مساعد:

(1) يتميز نظام التنظيف الداخلي (CIP) للجهاز بحلقة رش مصممة خصيصًا تحتوي على فتحات في جميع الاتجاهات، مما يسمح بتنظيف الجدار الداخلي للجهاز وجزء الفوهة في مكانه. كما تتوفر زوايا إسقاط مختلفة لآلية التقليب الشريطية، وذلك حسب خصائص المواد. عند اكتمال العملية، يمكن تصريف معظم المواد، بينما يمكن تنظيف الكمية المتبقية بواسطة فوهة الرش.

(2) برنامج التنظيف العكسي الموضعي (RCIP) لوسيط الترشيح: لمعالجة مشكلة الرواسب، تستخدم معظم عمليات إنتاج المواد الصيدلانية الفعالة ألواحًا معدنية متعددة الطبقات مُلبدة كوسيط ترشيح. تتراكم الرواسب النهائية في الفجوة الآمنة بين الحافة الخارجية للشريط ووسيط الترشيح، وتختلف كميتها باختلاف خصائص المادة. تقع آلية التنظيف العكسي الموضعي (RCIP) بين وسيط الترشيح وقناة الرشاحة، كما هو موضح في الشكل 5. يُجرى التنظيف العكسي الموضعي (RCIP) ضمن مسافة قصيرة (عادةً 2-3 سم)، ويمكن أن يصل ضغط الشطف إلى 0.6 ميجا باسكال. تلتصق طبقة الرواسب عادةً كوحدة واحدة، ويمكن تفتيتها بفعل احتكاك آلية التحريك بعد غسلها جزئيًا. في الوقت نفسه، يُمكن للتنظيف الموضعي (CIP) غسل وسيط الترشيح بكفاءة والحفاظ على معدل ترشيح كل دفعة للمواد فائقة النعومة أو اللزجة. فيما يتعلق باستبدال وصيانة وسائط الترشيح، فإن "الثلاثة في واحد" المخروطي الشكل مزود بآلية صيانة مساعدة، بما في ذلك نظام الرفع ومكونات رفع المخروط، وما إلى ذلك، مما يجعله سهل التشغيل والصيانة.

الشكل 5 - وسط الترشيح المخروطي الشكل "ثلاثي في ​​واحد"

مخطط تخطيطي لعملية التنظيف العكسي في المكان (RCIP)

3. الخاتمة

تم ابتكار جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل لتلبية متطلبات السوق، وحصل على عدد من براءات الاختراع الوطنية. وقد تم تطويره وتطبيقه لأكثر من 20 عامًا، ووصلت النسخة المخروطية النظيفة منه، والمصممة خصيصًا لإنتاج المواد الصيدلانية الفعالة، إلى الجيل الخامس، وهي تلتزم التزامًا تامًا بالمتطلبات التنظيمية لصناعة الأدوية، بدءًا من التصميم الهيكلي وصولًا إلى التطبيق، وقد استُخدمت في شركات الأدوية لأكثر من 10 سنوات. مع تزايد الوعي البيئي وتوسع سوق المواد الصيدلانية الفعالة، بات من الضروري تحديث معدات صناعة الأدوية. سيساهم جهاز "ثلاثي في ​​واحد" المخروطي الشكل بشكل كبير في تحسين جودة المنتج، وحماية بيئة الإنتاج، وتحقيق فوائد جمة للشركات.