Avantajele filtrului-uscător Nutsche agitat în formă de con (echipament „trei într-unul”) de la Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equip

Rezumat: Pornind de la structura de bază și principiul de funcționare al uscătorului cu filtru Nutsche agitat în formă de con (echipament „Trei-în-Unu”) de la Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment și luând ca exemplu produsul de calitate superioară, avantajele echipamentului în producția de API-uri sunt discutate din patru aspecte: puritatea produsului, adaptabilitatea procesului, automatizarea și monitorizarea în timp real și CIP multidirecțional.

Cuvinte cheie: uscător cu filtru Nutsche agitat în formă de con (echipament „Trei într-unul”); producție API; avantaje; noi GMP-uri

0 Introducere

În procesul de producție a AIP-urilor, pentru a reduce pierderile de material și a evita poluarea mediului care poate fi cauzată de transferul de material după cristalizare, procesele ulterioare de filtrare, spălare și uscare a materialului sunt de obicei efectuate într-un singur echipament, numit pe scurt „Trei-în-Unu”. Cel mai comun „Trei-în-Unu” utilizat în producția de medicamente este cel cu fund plat și nu există nicio îndoială că are avantaje în producția de API-uri sterile, însă există anumite defecte și pe cealaltă parte, inclusiv suprafața mică a filtrului în fundul plat circular, descărcarea laterală (întotdeauna rămâne material), performanța slabă de uscare, mișcarea redusă a materialului în timpul procesului de uscare și transferul de căldură cu eficiență scăzută, limite mai mari de uscare etc.

Dezvoltarea prototipului de uscător cu filtru Nutsche agitat în formă de con (denumit în continuare „conic «Trei-în-Unu»”) a început în jurul anului 1993. Pe baza unei analize cuprinzătoare a avantajelor și dezavantajelor echipamentelor domestice „Trei-în-Unu”, după cinci generații, acesta s-a dezvoltat în modelul actual de calitate superioară, deja utilizat cu succes în producția de API-uri de mai bine de 10 ani.

Odată cu creșterea gradului de conștientizare a mediului și cu standardele mai ridicate de calitate a producției de API-uri în China, sistemul „Trei-în-unu” în formă de con are avantaje semnificative. Luând ca exemplu sistemul „Trei-în-unu” în formă de con de calitate superioară de la Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment, vom prezenta pe scurt structura sa de bază și principiul de funcționare și ne vom concentra pe avantajele sale în producția de API-uri.

1 Structura de bază și principiul de funcționare al echipamentului farmaceutic Wuxi Zhanghua, în formă de con, „Trei-în-unu”

Echipamentul „Trei-în-Unu” în formă de con poate finaliza o serie de procese într-un singur echipament, inclusiv separarea și filtrarea solid-lichid, spălarea turtei de filtrare și procesele de uscare a materialelor.

1.1 Structura de bază

Luând ca exemplu sistemul „Trei-în-Unu” de calitate superioară, în formă de con, pentru producerea de API-uri, structura sa principală este prezentată în Figura

Figura 1 Structura unui dispozitiv „Trei-în-Unu” în formă de con de calitate curată

a - Mecanism antipraf b - Mecanism de transmisie antiexplozie

c - Mecanismul suportului d - Mecanismul de pulverizare

e - Arborele principal pentru amestecare și sistemul de schimb de căldură încorporat

f - Corp principal g - Mecanism auxiliar de întreținere

h - Mecanism de filtrare i - Supapă automată de deversare cu expansiune descendentă

Mai multe detalii:

a este mecanismul anti-praf, care îndeplinește cerințele zonei curate și ajută la evitarea poluării cu praf cauzate de piesele transmisiei.

b este mecanismul de transmisie antiexplozie, care include un motor principal antiexplozie și un reductor. Reductorul său cu angrenaje călite poate consolida capacitatea de transmisie și poate asigura funcționarea stabilă a echipamentului.

c este mecanismul cremalierei, cu etanșare mecanică de calitate superioară a arborelui principal și dispunere cu suporturi multiple.

d este mecanismul de pulverizare, inclusiv componentele pentru spălarea materialelor și CIP.

e este arborele principal pentru amestecare și sistemul de schimb de căldură încorporat, folosind un mecanism de amestecare suspendat de tip panglică (fără punct de sprijin în partea de jos).

f este corpul principal al echipamentului, inclusiv mantaua de schimb de căldură și componentele izolației exterioare.

g este mecanismul auxiliar de întreținere, care este utilizat pentru a ajuta piesele conului să urce și să coboare, facilitând dezasamblarea și întreținerea.

h este mecanismul de filtrare, inclusiv componentele pentru mediul de filtrare și CIP invers (RCIP).

i este o supapă de descărcare cu expansiune descendentă automată, care poate realiza o funcționare complet automată. Folosește un capac de supapă cu fund plat, fără colț mort pentru materialul acumulat și poate fi curățată complet la locul său.

1.2 Principiul de funcționare

Un flux de proces intermitent este aplicat sistemului „Trei-în-Unu” în formă de con al Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment, al cărui proces de operare tipic este „alimentare-filtrare-spălare-uscare-descărcare-CIP”, așa cum se arată în Figura 2.

1.2.1 Filtrare

Echipamentul adoptă, în general, fie filtrare sub presiune, fie filtrare în vid, existând o diferență enormă între aceste două metode în funcție de caracteristicile materialelor și ale turtelor de filtrare, ceea ce trebuie confirmat prin teste mici.

1.2.2 Uscare

În timpul procesului de uscare în vid, echipamentul are un sistem încorporat de circulație a mediului termic. Când se adaugă mediul termic, în același timp cu pomparea în vid, mecanismul de agitare tip panglică se rotește înainte pentru a ridica materialul și a-l răsturna în toate direcțiile pentru a realiza schimbul complet de căldură, iar starea de uscare a materialelor poate fi monitorizată de un eșantionator online în vid.

1.2.3 Descărcarea

După finalizarea procesului de uscare și revenirea la presiunea normală a mediului intern al echipamentului, se deschide supapa de refulare, iar mecanismul de agitare se rotește înainte pentru a evacua majoritatea materialelor, iar restul de reziduuri sunt forțate să iasă de mecanismul de agitare în sens invers.

1.2.4 Curățare

După finalizarea descărcării, echipamentul este curățat în mai multe direcții: sistemul de spălare va curăța partea interioară și mecanismul de agitare tip panglică; sistemul RCIP va curăța stratul rezidual, mediul filtrant și supapa; sistemul CIP va curăța capacul supapei și duza de conectare.

Figura 2 Fluxul de funcționare al sistemului „Trei-în-Unu” în formă de con

2 Avantajele sistemului „Trei-în-Unu” în formă de con al echipamentelor farmaceutice Wuxi Zhanghua în producția de API-uri

Noua versiune a GMP impune cerințe mai ridicate pentru producția de API-uri și echipamente aferente. Este evident că echipamentul este cheia asigurării calității API-urilor și a stabilității producției acestora. În continuare, vor fi explicate avantajele sistemului „Trei-în-Unu” în formă de con în producția de API, în combinație cu cerințele relevante din noul GMP.

2.1 Puritate ridicată a produsului

2.1.1 Nu este permisă amestecarea impurităților în material

După ce materialul intră, componentele echipamentului care sunt expuse direct materialului includ duza funcțională, peretele interior, mecanismul de agitare, mecanismul de filtrare, canalul de filtrare, componenta de filtrare și mecanismul supapei de refulare. Printre acestea, cu excepția mecanismului de agitare, celelalte sunt toate statice. Echipate cu materialele corecte și cu un proces de fabricație adecvat, aceste componente nu vor aduce corpuri străine în proces. Cu toate acestea, mecanismul de agitare este în mișcare. În primul rând, este necesară o etanșare mecanică de calitate superioară a arborelui principal pentru a obține o bună performanță de etanșare. O cavitate de izolare este amplasată în etanșarea mecanică pentru a preveni pătrunderea în echipament a oricăror impurități care pot fi generate de mediu sau de etanșarea mecanică în sine. În al doilea rând, deoarece nu există un punct de sprijin rotativ în partea de jos a mecanismului de agitare „Trei-în-Unu” în formă de con, care este proiectat cu conceptul de suspensie, acesta elimină fundamental posibilitatea contaminării cu impurități.

2.1.2 Asigurarea unui mediu sigur și curat

Echipamentul este complet etanș, ceea ce nu numai că asigură curățenia produsului în timpul procesului, dar protejează și mediul de producție. În special pentru cazurile în care există soluții volatile sau periculoase în proces, echipamentul poate asigura siguranța mediului și a operatorilor.

Mecanismul de agitare de tip panglică utilizează o structură fixă ​​axial care nu se mișcă în sus și în jos și menține o distanță sigură stabilă și stabilă față de echipament, asigurând siguranța producției fără întreținere de rutină.

2.2 Avantajele adaptabilității

2.2.1 Eficiență ridicată de filtrare

(1) Suprafață mare de filtrare: Mediul filtrant al dispozitivului „Trei-în-Unu” este în formă de con, montat pe peretele rezervorului, așa cum se arată în Figura 3. Luând ca exemplu dimensiunea dispozitivului cu un diametru interior de aproximativ 1 m, suprafața standard a filtrului conic este de aproximativ 1,6 m², iar suprafața efectivă a filtrului este de aproximativ trei ori mai mare decât cea a dispozitivului „Trei-în-Unu” cu același diametru, dar cu fund plat.

Figura 3 Structura mediului filtrant în formă de con „Trei-în-Unu”

(2) Grosimea nominală mică a turtei de filtrare: Există numeroase studii privind teoria filtrării. Datorită diferențelor mari în proprietățile particulelor de material, există mulți factori care afectează rata de filtrare. Un model semi-empiric bazat pe Legea lui Darcy și ecuația Poiseuille arată că grosimea turtei de filtrare este unul dintre factorii care este invers proporțional cu rata de filtrare [1]: odată cu selectarea corectă a mediului filtrant, stratul turtei de filtrare ar trebui să se formeze și să joace un rol stabil de punte într-un timp rezonabil pentru a îmbunătăți performanța de filtrare. Cu cât stratul turtei de filtrare este mai subțire, cu atât viteza de filtrare este mai mare.

(3) În metoda „Trei-în-Unu” în formă de con, distanța dintre mediul filtrant și mecanismul de agitare este grosimea nominală a turtei de filtrare. Mecanismul de agitare de tip panglică schimbă continuu grosimea interioară a turtei de filtrare, iar stratul subțire de turtă de filtrare reținut la suprafața mediului filtrant va forma un strat stabil de întărire a filtrului. În același timp, procesul de înlocuire poate, de asemenea, netezi golurile din turta de filtrare, creând o diferență de presiune stabilă, obținându-se astfel o turtă de filtrare cu un conținut de umiditate mai scăzut.

2.2.2 Spălare eficientă

Mecanismul intern de agitare de tip panglică al sistemului „Trei-în-Unu” în formă de con poate refolosi rapid materialul după adăugarea unei cantități adecvate de lichid de spălare. Contactul complet dintre turta de filtrare și lichidul de spălare va îmbunătăți considerabil eficiența spălării și a înlocuirii. Comparativ cu mecanismul general de agitare de tip lamă și ancoră, cel de tip panglică are în mod evident performanțe de refolosire mai bune.

2.2.3 Suprafață mare de transfer termic și uscare eficientă

„Trei-în-Unu” în formă de con are o suprafață mare de transfer de căldură, incluzând zona de transfer de căldură a corpului principal (echipat cu o manta de transfer de căldură de înaltă eficiență) și zona internă generală de transfer de căldură prin agitare. Suprafața foarte mare de schimb de căldură nu numai că asigură performanța de uscare, dar, mai important, utilizează eficient zona de schimb de căldură. Contactul de schimb dintre material și piesele de schimb de căldură este factorul cel mai critic.

Mecanismul de agitare de tip panglică din „Trei-în-Unu” în formă de con are performanțe mai bune în amestecarea materialelor: mecanismul de agitare de tip panglică se rotește de jos în sus pentru a ridica materialul, apoi cade înapoi în jos, cu o cursă lungă. Simularea performanței de amestecare a materialelor în „Trei-în-Unu” în formă de con este prezentată în Figura 4. Software-ul este utilizat pentru a simula starea reală de mișcare a materialului, iar particulele de culoare deschisă sunt selectate ca mostre de urmărire.

Luând ca exemplu mecanismul de amestecare MX-F-II într-un model „Trei în Unu” în formă de con de 5 m3, coeficientul de alimentare este de 40%, viteza de rotație este de 35 r/min, iar probele sunt urmărite într-un timp scurt, constatându-se că se pot mișca uniform și pot intra în contact cu suprafața de schimb de căldură. Pentru diferite materiale, combinate cu performanța de amestecare și necesitatea formei cristaline, există o varietate de tipuri în baza de date de proiectare, iar echipamentele personalizate sunt, de asemenea, opționale. În circumstanțe speciale, mecanismul de amestecare poate fi, de asemenea, atașat cu mecanisme corespunzătoare pentru a îndeplini cerințele, cum ar fi pentru materiale cu aglomerare puternică, se poate echipa un dispozitiv de concasare forțată.

Figura 4 Simularea performanței de amestecare a materialelor în cazul unui sistem „Trei-în-Unu” în formă de con

2.3 Automatizare și monitorizare în timp real

În procesul de producție farmaceutică la scară largă, dacă procesul de operare al unui singur dispozitiv este controlat manual, inevitabil vor apărea unele erori. Pentru a asigura consecvența produselor între loturi în ceea ce privește fluxul de proces, sistemul „Trei-în-Unu” în formă de con poate fi controlat automat, ușor de utilizat și integrat în sistemul central de control (PLC sau DCS etc.), ceea ce reduce considerabil munca necesară pentru operarea echipamentelor, îmbunătățește eficiența producției și garantează eficient calitatea și stabilitatea ridicată a produselor.

În plus, este foarte important să se monitorizeze starea produsului din interiorul echipamentului pentru controlul fluxului procesului. Aparatul de prelevare din interior poate funcționa online în vid în timpul procesului de uscare pentru a asigura continuitatea producției și a monitoriza eficient performanța de uscare.

2.4 CIP multidirecțional

Pentru ca echipamentul „Trei-în-Unu” în formă de con, destinat producerii de API-uri, partea internă în contact direct cu materialul este lustruită, iar rugozitatea acesteia este Ra≤0,4 μm. După finalizarea unui lot de produse, se va efectua descărcarea. Deoarece partea inferioară a echipamentului este proiectată conic, orificiul de descărcare este setat în poziția cea mai joasă, fără colț mort pentru materialul acumulat. După deschiderea supapei de descărcare, majoritatea materialelor din mecanismul de amestecare cu rotație înainte vor fi descărcate lin (pentru a evita descărcarea necontrolată a masei de materiale odată ce supapa este deschisă, mecanismul de agitare joacă un anumit rol de punte, iar odată ce materialul este rotit, acesta va fi descărcat automat prin gravitație); În etapa ulterioară a descărcării, rotația inversă a mecanismului de agitare joacă un rol suplimentar în împingerea materialului, ceea ce poate descărca aproape complet materialul rămas în echipament.

Pentru a rezolva problema unui număr mic de reziduuri, există un program auxiliar de curățare:

(1) CIP-ul intern al echipamentului, inelul de pulverizare personalizat are găuri în toate direcțiile, iar peretele interior al echipamentului și partea duzei capului pot fi, de asemenea, curățate la locul lor. Între timp, există diferite unghiuri de cădere opționale pentru mecanismul de agitare tip panglică, în funcție de caracteristicile materialelor. După finalizarea procesului, majoritatea materialelor pot fi evacuate, iar un număr mic de reziduuri pot fi curățate de duza de duș.

(2) Programul de curățare inversă la locul depunerii (RCIP) pentru mediul filtrant: Pentru problema reziduurilor, majoritatea proceselor de producție API utilizează plăci sinterizate multistrat metalice ca mediu filtrant. Spațiul de siguranță dintre marginea exterioară a panglicii și mediul filtrant este locul unde se află reziduurile finale, a căror cantitate variază în funcție de caracteristicile materialului. Mecanismul RCIP este situat între mediul filtrant și canalul de filtrat, așa cum se arată în Figura 5. RCIP se efectuează la o distanță scurtă (în general 2~3 cm), presiunea de spălare putând ajunge la 0,6 MPa. Stratul rezidual este în general lipit ca un întreg și poate fi zdrobit de frecarea mecanismului de agitare după ce a fost spălat parțial. În același timp, CIP poate spăla eficient mediul filtrant și poate menține rata de filtrare a fiecărui lot pentru materiale extrem de fine sau vâscoase. În ceea ce privește înlocuirea și întreținerea mediului filtrant, sistemul „Trei-în-Unu” în formă de con este echipat cu un mecanism auxiliar de întreținere, inclusiv sistem de ridicare, componente de ridicare a conului etc., care este ușor de utilizat și întreținut.

Figura 5 -- Mediu filtrant de tip „Trei-în-Unu” în formă de con

Schema de funcționare a curățării inverse la fața locului (RCIP)

3 Concluzie

„Trei-în-Unu” în formă de con a fost creat pentru a satisface cererea pieței și a obținut o serie de brevete naționale. A fost dezvoltat și aplicat de mai bine de 20 de ani, iar versiunea în formă de con, de calitate superioară, pentru conformitatea producției de API, este deja la a cincea generație, respectând îndeaproape cerințele de reglementare corespunzătoare ale industriei farmaceutice, de la proiectarea structurală până la aplicare, și fiind utilizată în companiile farmaceutice de mai bine de 10 ani. Având în vedere creșterea gradului de conștientizare a mediului și extinderea pieței API, este esențială modernizarea echipamentelor farmaceutice. „Trei-în-Unu” în formă de con va îmbunătăți semnificativ calitatea produsului, va proteja mediul de producție și va aduce beneficii considerabile întreprinderilor.