Vantagens do secador de filtro Nutsche agitado em formato de cone (equipamento "três em um") da Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equip

Resumo: Partindo da estrutura básica e do princípio de funcionamento do secador de filtro Nutsche agitado em formato de cone da Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment ("Equipamento Três em Um") e tomando como exemplo o produto de grau de pureza, as vantagens do equipamento na produção de IFA (Ingredientes Farmacêuticos Ativos) são discutidas sob quatro aspectos: pureza do produto, adaptabilidade do processo, automação e monitoramento em tempo real, e CIP multidirecional.

Palavras-chave: secador de filtro Nutsche agitado em formato de cone (equipamento “três em um”); produção de IFA (Ingrediente Farmacêutico Ativo); vantagens; novas BPF (Boas Práticas de Fabricação)

0 Introdução

No processo de produção de APIs (Ingredientes Farmacêuticos Ativos), para reduzir a perda de material e evitar a poluição ambiental que pode ser causada pela transferência do material após a cristalização, os processos subsequentes de filtração, lavagem e secagem do material são geralmente realizados em um único equipamento, denominado "Três em Um". O "Três em Um" mais comum utilizado na produção de medicamentos é o de fundo plano, que sem dúvida apresenta vantagens na produção de APIs estéreis. No entanto, também apresenta algumas desvantagens, incluindo pequena área de filtração no fundo plano circular, descarga lateral (sempre há resíduos de material), baixo desempenho de secagem, pouca movimentação do material durante o processo de secagem e baixa eficiência de transferência de calor, além de maiores limitações de secagem.

O desenvolvimento do protótipo do secador de filtro Nutsche agitado em formato de cone (doravante denominado "Três em Um em formato de cone") teve início por volta de 1993. Com base em uma análise abrangente das vantagens e desvantagens dos equipamentos "Três em Um" nacionais, após cinco gerações, foi desenvolvido o modelo atual de grau de limpeza, já utilizado com sucesso na produção de IFA (Ingredientes Farmacêuticos Ativos) há mais de 10 anos.

Com a crescente conscientização ambiental e os padrões de qualidade de produção mais elevados de IFA (Ingredientes Farmacêuticos Ativos) na China, o equipamento cônico "Três em Um" apresenta vantagens significativas. Tomando como exemplo o equipamento cônico "Três em Um" de grau de limpeza da Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment, apresentamos aqui brevemente sua estrutura básica e princípio de funcionamento, com foco em suas vantagens na produção de IFA.

1. Estrutura básica e princípio de funcionamento do "três em um" em formato de cone da Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment

O equipamento “Três em Um”, com formato cônico, pode realizar uma série de processos em uma única peça, incluindo separação e filtração sólido-líquido, lavagem da torta de filtração e secagem de materiais.

1.1 Estrutura Básica

Tomando como exemplo o dispositivo cônico de alta pureza "Três em Um" para a produção de APIs, sua estrutura principal é mostrada na Figura.

Figura 1. Estrutura do "três em um" em formato de cone de grau de limpeza.

a - Mecanismo à prova de poeira b - Mecanismo de transmissão à prova de explosão

c - Mecanismo de cremalheira d - Mecanismo de pulverização

e - Eixo principal para agitação e sistema de troca de calor integrado

f - Corpo principal g - Mecanismo auxiliar de manutenção

h - Mecanismo de filtragem i - Válvula de descarga automática por expansão descendente

Mais detalhes:

O mecanismo à prova de poeira atende aos requisitos de áreas limpas e ajuda a evitar a contaminação por poeira causada por peças de transmissão.

O item b é o mecanismo de transmissão à prova de explosão, incluindo um motor principal à prova de explosão e um redutor. Seu redutor de engrenagens reforçadas aumenta a capacidade de transmissão e garante a operação estável do equipamento.

c é o mecanismo de cremalheira, com vedação mecânica de grau limpo no eixo principal e layout de suporte múltiplo.

d é o mecanismo de pulverização, incluindo componentes para lavagem de materiais e CIP (limpeza no local).

O eixo principal de agitação e o sistema de troca de calor integrado utilizam um mecanismo de agitação suspenso do tipo fita (sem ponto de apoio na parte inferior).

f é o corpo principal do equipamento, incluindo a camisa de troca de calor e os componentes de isolamento externo.

g é o mecanismo auxiliar de manutenção, utilizado para auxiliar as partes cônicas a subirem e descerem, facilitando a desmontagem e a manutenção.

h é o mecanismo de filtragem, incluindo componentes para meio filtrante e CIP reverso (RCIP).

É uma válvula de descarga automática de expansão descendente, que permite operação totalmente automática. Possui uma tampa de válvula com fundo plano, sem cantos mortos para acúmulo de material, e pode ser completamente limpa no local.

1.2 Princípio de funcionamento

Um fluxo de processo intermitente é aplicado ao equipamento farmacêutico "Três em Um" em formato de cone da Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment, cujo processo de operação típico é "alimentação-filtragem-lavagem-secagem-descarga-CIP", conforme mostrado na Figura 2.

1.2.1 Filtragem

O equipamento geralmente adota filtração por pressão ou filtração a vácuo, e há uma grande diferença entre esses dois métodos de acordo com as características dos materiais e das tortas de filtração, o que precisa ser confirmado por meio de pequenos testes.

1.2.2 Secagem

Durante o processo de secagem a vácuo, o equipamento possui um sistema integrado de circulação de fluido térmico. Ao adicionar o fluido térmico, e simultaneamente à aplicação de vácuo, o mecanismo de agitação tipo fita gira para a frente, elevando o material e promovendo sua agitação em todas as direções para realizar a troca de calor completa. O estado de secagem do material pode ser monitorado por um amostrador de vácuo online.

1.2.3 Descarga

Após a conclusão do processo de secagem e o retorno da pressão interna do equipamento ao nível normal, a válvula de descarga é aberta e o mecanismo de agitação gira para a frente, expelindo a maior parte do material, enquanto a pequena quantidade de resíduos restantes é forçada a sair pelo mecanismo de agitação em sentido inverso.

1.2.4 Limpeza

Após a descarga ser concluída, o equipamento é limpo em múltiplas direções: o sistema de lavagem limpa a parte interna e o mecanismo de agitação tipo fita; o sistema RCIP limpa a camada residual, o meio filtrante e a válvula; o sistema CIP limpa a tampa da válvula e o bocal de conexão.

Figura 2 Fluxograma de operação do dispositivo "três em um" em formato de cone

2 Vantagens do equipamento farmacêutico Wuxi Zhanghua em formato de cone "três em um" na produção de APIs

A nova versão das Boas Práticas de Fabricação (BPF) impõe requisitos mais rigorosos para a produção de IFA (Ingredientes Farmacêuticos Ativos) e equipamentos relacionados. É evidente que os equipamentos são essenciais para garantir a qualidade dos IFA e a estabilidade da sua produção. A seguir, serão explicadas as vantagens do sistema cônico "Três em Um" na produção de IFA, em conjunto com os requisitos relevantes das novas BPF.

2.1 Alta Pureza do Produto

2.1.1 Não é permitida a mistura de impurezas no material.

Após a entrada do material, as partes do equipamento que ficam diretamente expostas a ele incluem o bocal funcional, a parede interna, o mecanismo de agitação, o mecanismo de filtragem, o canal de filtrado, o componente de filtragem e o mecanismo da válvula de descarga. Dentre elas, com exceção do mecanismo de agitação, todas as outras são estáticas. Fabricadas com os materiais corretos e seguindo um processo adequado, essas partes não introduzem nenhuma matéria estranha no processo. No entanto, o mecanismo de agitação é móvel. Primeiramente, é necessário utilizar uma vedação mecânica de grau de limpeza no eixo principal para garantir um bom desempenho de vedação. Uma cavidade de isolamento é inserida na vedação mecânica para impedir que impurezas geradas pelo ambiente ou pela própria vedação entrem no equipamento. Em segundo lugar, como não há um fulcro rotativo na base do mecanismo de agitação cônico "Três em Um", projetado com o conceito de suspensão, elimina-se fundamentalmente a possibilidade de contaminação por impurezas.

2.1.2 Garantir um ambiente seguro e limpo

O equipamento é totalmente selado, o que não só garante a limpeza do produto durante o processo, como também protege o ambiente de produção. Especialmente em casos que envolvem soluções voláteis ou perigosas, o equipamento assegura a segurança ambiental e dos operadores.

O mecanismo de agitação tipo fita utiliza uma estrutura axialmente fixa que não se move para cima e para baixo, mantendo uma distância segura, estável e constante do equipamento, garantindo a segurança da produção sem necessidade de manutenção rotineira.

2.2 Vantagens da Adaptabilidade

2.2.1 Alta Eficiência de Filtragem

(1) Grande área de filtragem: O meio filtrante do "Três em Um" tem formato cônico e é instalado na parede do tanque, conforme mostrado na Figura 3. Tomando como exemplo o tamanho do dispositivo com um diâmetro interno de cerca de 1 m, a área de filtragem cônica padrão é de cerca de 1,6 m², e a área de filtragem efetiva é cerca de três vezes maior que a do "Três em Um" com o mesmo diâmetro, mas fundo plano.

Figura 3. Estrutura do meio filtrante do filtro cônico "três em um".

(2) Espessura nominal reduzida da torta de filtração: Existem muitos estudos sobre a teoria da filtração. Devido à grande diferença nas propriedades das partículas do material, muitos fatores afetam a taxa de filtração. Um modelo semiempírico baseado na Lei de Darcy e na Equação de Poiseuille demonstra que a espessura da torta de filtração é um desses fatores, sendo inversamente proporcional à taxa de filtração [1]: com a seleção correta do meio filtrante, a camada da torta de filtração deve se formar e desempenhar um papel de ponte estável em um tempo razoável para melhorar o desempenho da filtração. Quanto mais fina for a camada da torta de filtração, maior será a velocidade de filtração.

(3) No sistema cônico "Três em Um", a distância entre o meio filtrante e o mecanismo de agitação corresponde à espessura nominal da torta de filtração. O mecanismo de agitação tipo fita renova continuamente a torta interna, e a fina camada de torta de filtração retida na superfície do meio filtrante forma uma camada de reforço estável para o filtro. Ao mesmo tempo, o processo de renovação também suaviza as lacunas na torta de filtração, criando uma diferença de pressão estável e, assim, obtendo-se uma torta de filtração com menor teor de umidade.

2.2.2 Lavagem Eficiente

O mecanismo de agitação interna em fita do "Três em Um" em formato de cone permite a rápida repolpação do material após a adição da quantidade adequada de líquido de lavagem. O contato completo entre a torta de filtração e o líquido de lavagem melhora significativamente a eficiência da lavagem e da substituição. Comparado aos mecanismos de agitação convencionais, como os de lâminas e âncoras, o mecanismo em fita apresenta um desempenho de repolpação visivelmente superior.

2.2.3 Grande área de transferência de calor e secagem eficiente

O modelo "Três em Um" em formato de cone possui uma grande área de transferência de calor, incluindo a área de transferência de calor do corpo principal (equipado com uma camisa de transferência de calor de alta eficiência) e a área interna de agitação. Essa área de troca de calor superdimensionada não só garante seu desempenho de secagem, como, mais importante, permite o uso eficaz do calor disponível. O contato entre o material e as partes de troca de calor é o fator mais crítico.

O mecanismo de agitação tipo fita no misturador cônico "Três em Um" apresenta melhor desempenho na mistura de materiais: o mecanismo de agitação tipo fita gira de baixo para cima para levantar o material e, em seguida, retorna à base, percorrendo um longo trajeto. A simulação do desempenho de mistura de materiais no misturador cônico "Três em Um" é mostrada na Figura 4. O software foi utilizado para simular o estado real de movimento do material, e as partículas de cor clara foram selecionadas como amostras de rastreamento.

Tomando como exemplo o projeto do mecanismo de mistura MX-F-II em um misturador cônico "Três em Um" de 5 m³, o coeficiente de alimentação é de 40%, a velocidade de rotação é de 35 rpm e as amostras são rastreadas em um curto período de tempo, constatando-se que elas se movem uniformemente e entram em contato com a superfície de troca de calor. Para diferentes materiais, considerando o desempenho da mistura e a necessidade de formato cristalino, existem diversos tipos de mecanismos disponíveis no banco de dados de projetos, e equipamentos personalizados também são opcionais. Em casos especiais, o mecanismo de agitação pode ser acoplado a mecanismos correspondentes para atender às necessidades, como, por exemplo, para materiais com forte aglomeração, um dispositivo de trituração forçada.

Figura 4 Simulação do desempenho de mistura de materiais do dispositivo "três em um" em formato de cone

2.3 Automação e monitoramento em tempo real

No processo de produção farmacêutica em larga escala, se o processo de operação de um único dispositivo for controlado manualmente, erros ocorrerão inevitavelmente. Para garantir a consistência dos produtos entre lotes em termos de fluxo de processo, o dispositivo cônico "Três em Um" pode ser controlado automaticamente, é fácil de operar e se integra ao sistema de controle central (PLC ou DCS, etc.), reduzindo significativamente a mão de obra para operação do equipamento, aumentando a eficiência da produção e garantindo efetivamente a alta qualidade e estabilidade dos produtos.

Além disso, é crucial monitorar o estado do produto dentro do equipamento para controlar o fluxo do processo. O amostrador interno pode operar online em vácuo durante o processo de secagem, garantindo a continuidade da produção e monitorando eficazmente o desempenho da secagem.

2.4 CIP multidirecional

Para a produção de APIs (Ingredientes Farmacêuticos Ativos) no sistema cônico "Três em Um", a parte interna em contato direto com o material é polida, apresentando uma rugosidade Ra ≤ 0,4 μm. Após a conclusão de um lote de produtos, a descarga é realizada. Como a base do equipamento é projetada em formato cônico, a porta de descarga é posicionada na parte mais baixa, sem pontos mortos para acúmulo de material. Após a abertura da válvula de descarga, a maior parte do material no mecanismo de mistura por rotação direta é descarregada suavemente (para evitar a descarga descontrolada de grandes quantidades de material após a abertura da válvula, o mecanismo de agitação atua como uma ponte, e uma vez que o material gira, ele é descarregado automaticamente por gravidade). Na etapa final da descarga, a rotação reversa do mecanismo de agitação impulsiona o material, o que permite a descarga de quase todo o material restante no equipamento.

Para solucionar o problema de uma pequena quantidade de resíduos, existe um programa de limpeza auxiliar:

(1) O sistema CIP interno do equipamento, com anel de pulverização personalizado que possui orifícios em todas as direções, permite a limpeza da parede interna do equipamento e da parte do bocal do cabeçote. Além disso, o mecanismo de agitação tipo fita oferece diferentes ângulos de gotejamento opcionais, de acordo com as características dos materiais. Ao término do processo, a maior parte dos materiais é descartada, restando apenas uma pequena quantidade de resíduos que podem ser removidos pelo bocal de pulverização.

(2) Programa de Limpeza In Situ Reversa (RCIP) para meio filtrante: Para o problema de resíduos, a maioria dos processos de produção de IFA (Ingrediente Farmacêutico Ativo) utiliza placas metálicas sinterizadas multicamadas como meio filtrante. O espaço de segurança entre a borda externa da fita e o meio filtrante é onde se acumulam os resíduos finais, cuja quantidade varia de acordo com as características do material. O mecanismo RCIP está localizado entre o meio filtrante e o canal de filtrado, conforme mostrado na Figura 5. O RCIP é realizado em uma curta distância (geralmente de 2 a 3 cm), e a pressão de lavagem pode atingir 0,6 MPa. A camada residual geralmente adere como um todo e pode ser quebrada pelo atrito do mecanismo de agitação após uma lavagem parcial. Ao mesmo tempo, o CIP pode lavar o meio filtrante de forma eficaz e manter a taxa de filtração de cada lote para materiais extremamente finos ou viscosos. Em relação à substituição e manutenção do meio filtrante, o sistema cônico "Três em Um" é equipado com um mecanismo auxiliar de manutenção, incluindo sistema de elevação, componentes de elevação do cone, etc., que é fácil de operar e manter.

Figura 5 - Meio filtrante do tipo "três em um" em formato de cone

Diagrama esquemático da limpeza reversa no local (RCIP)

3 Conclusão

O sistema cônico "Três em Um" foi desenvolvido para atender à demanda do mercado e obteve diversas patentes nacionais. Desenvolvido e aplicado há mais de 20 anos, a versão cônica de grau de limpeza, em conformidade com as normas de produção de IFA (Ingrediente Farmacêutico Ativo), já está em sua quinta geração. Essa versão segue rigorosamente os requisitos regulatórios da indústria farmacêutica, desde o projeto estrutural até a aplicação, e vem sendo utilizada em empresas farmacêuticas há mais de 10 anos. Com a crescente conscientização ambiental e a expansão do mercado de IFA, a modernização dos equipamentos farmacêuticos torna-se essencial. O sistema cônico "Três em Um" aprimora significativamente a qualidade do produto, protege o ambiente de produção e traz benefícios consideráveis ​​para as empresas.