Преимущества конусообразного мешального фильтр-сушилки с фильтром Нутше («оборудование «три в одном») компании Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment

Аннотация: Исходя из базовой структуры и принципа работы конусообразного мешального фильтр-сушилки типа «три в одном» компании Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment и на примере чистого продукта, рассматриваются преимущества оборудования в производстве АФИ с четырех точек зрения: чистота продукта, адаптивность процесса, автоматизация и мониторинг в реальном времени, а также многонаправленная CIP-очистка.

Ключевые слова: конусообразный мешалка-фильтр-сушилка типа «три в одном»; производство АФИ; преимущества; новые стандарты GMP.

0 Введение

В процессе производства АИП (активированных фармацевтических ингредиентов) для уменьшения потерь материала и предотвращения загрязнения окружающей среды, которое может быть вызвано перемещением материала после кристаллизации, последующие процессы фильтрации, промывки и сушки материала обычно выполняются в одном устройстве, которое сокращенно называется «три в одном». Наиболее распространенный «три в одном», используемый в производстве лекарственных препаратов, имеет плоское дно, и, несомненно, он имеет преимущества при производстве стерильных АИП, однако у него есть и определенные недостатки, в том числе малая площадь фильтра в круглом плоском дне, боковой вынос (всегда остается материал), низкая эффективность сушки, незначительное перемещение материала в процессе сушки, низкая эффективность теплопередачи, большие пределы сушки и т. д.

Разработка прототипа конусообразной мешалочной фильтр-сушилки с фильтром (далее именуемой «конусообразная „Три в одном“») началась примерно в 1993 году. На основе всестороннего анализа преимуществ и недостатков отечественного оборудования «Три в одном», после пяти поколений, была разработана современная модель чистого класса, которая уже более 10 лет успешно используется в производстве АФИ.

В условиях растущей экологической осведомленности и повышения стандартов качества производства АФИ в Китае конусообразный «три в одном» обладает значительными преимуществами. На примере чистого конусообразного «три в одном» от компании Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment мы кратко опишем его базовую структуру и принцип работы, а также сосредоточимся на его преимуществах в производстве АФИ.

1. Базовая структура и принцип работы конусообразного устройства «три в одном» фармацевтического оборудования компании Wuxi Zhanghua.

Конусообразная установка «Три в одном» позволяет выполнять ряд процессов в одном устройстве, включая разделение и фильтрацию твердых и жидких фаз, промывку фильтрационного осадка и сушку материала.

1.1 Базовая структура

В качестве примера рассмотрим конусообразный фильтр «Три в одном» для производства активных фармацевтических ингредиентов, основная структура которого показана на рисунке.

Рисунок 1. Конструкция конусообразного устройства «три в одном» для очистки сточных вод.

а) Пылезащитный механизм б) Взрывозащищенный механизм передачи

c - Реечный механизм d - Распылительный механизм

e - Главный вал для перемешивания и встроенная система теплообмена

f - Основной корпус g - Вспомогательный механизм технического обслуживания

h – Фильтрационный механизм i – Автоматический клапан сброса расширительного хладагента вниз

Более подробная информация:

a) — это пылезащитный механизм, отвечающий требованиям чистоты помещения и помогающий избежать загрязнения пылью, вызванного деталями трансмиссии.

b) представляет собой взрывозащищенный передаточный механизм, включающий взрывозащищенный главный двигатель и редуктор. Его закаленный редуктор повышает передаточную способность и обеспечивает стабильную работу оборудования.

c — это зубчатый механизм с механическим уплотнением главного вала высокого качества и многоопорной конструкцией.

d — это механизм распыления, включающий компоненты для промывки материала и CIP-мойки.

e — это главный вал для перемешивания и встроенная система теплообмена, использующая подвесной механизм перемешивания ленточного типа (без точки опоры внизу).

f — это основной корпус оборудования, включающий теплообменную рубашку и наружные изоляционные элементы.

g — это вспомогательный механизм для обслуживания, который используется для облегчения подъема и опускания конусных частей, что облегчает разборку и техническое обслуживание.

h — это механизм фильтрации, включающий компоненты для фильтрующей среды и обратного CIP (RCIP).

i — это автоматический расширительный клапан, обеспечивающий полностью автоматическую работу. Он имеет крышку с плоским дном, исключающую образование застойных зон для скопления материала, и может быть полностью очищен на месте.

1.2 Принцип работы

В конусообразной установке «Три в одном» компании Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment применяется прерывистый технологический процесс, типичный этап работы которой включает в себя «подачу-фильтрацию-промывку-сушку-выгрузку-очистку на месте», как показано на рисунке 2.

1.2.1 Фильтрация

В оборудовании обычно используется либо фильтрация под давлением, либо вакуумная фильтрация, и между этими двумя методами существует огромная разница в зависимости от характеристик материалов и фильтрующих частиц, что требует подтверждения в ходе небольших экспериментов.

1.2.2 Сушка

В процессе вакуумной сушки оборудование оснащено встроенной системой циркуляции теплоносителя. При добавлении теплоносителя, одновременно с вакуумной откачкой, ленточный перемешивающий механизм вращается вперед, поднимая материал и переворачивая его во всех направлениях для обеспечения полного теплообмена, а состояние сушки материалов можно контролировать с помощью вакуумного пробоотборника в режиме онлайн.

1.2.3 Разряд

После завершения процесса сушки и возвращения внутреннего давления оборудования к нормальному уровню, открывается выпускной клапан, и перемешивающий механизм вращается вперед, выгружая большую часть материала, а оставшееся небольшое количество остатков вытесняется перемешивающим механизмом в обратном направлении.

1.2.4 Очистка

После завершения разгрузки оборудование очищается в нескольких направлениях: система промывки очищает внутреннюю часть и ленточный перемешивающий механизм; система RCIP очищает остаточный слой, фильтрующий материал и клапан; система CIP очищает крышку клапана и соединительный патрубок.

Рисунок 2. Схема работы конусообразного устройства «три в одном».

2 преимущества конусообразного устройства «три в одном» от компании Wuxi Zhanghua Pharmaceutical Equipment в производстве АФИ

Новая редакция GMP предъявляет более высокие требования к производству АФИ и сопутствующего оборудования. Очевидно, что оборудование является ключом к обеспечению качества АФИ и стабильности их производства. Далее будут рассмотрены преимущества конусообразной системы «три в одном» при производстве АФИ в сочетании с соответствующими требованиями новой версии GMP.

2.1 Высокая чистота продукта

2.1.1. В материале не допускается примесь каких-либо примесей.

После попадания материала в оборудование, к деталям, непосредственно контактирующим с ним, относятся функциональное сопло, внутренняя стенка, механизм перемешивания, фильтрующий механизм, фильтрующий канал, фильтрующий элемент и механизм выпускного клапана. За исключением механизма перемешивания, все остальные детали неподвижны. При использовании соответствующих материалов и правильного технологического процесса эти детали не будут попадать в технологический процесс посторонними частицами. Однако механизм перемешивания является подвижным. Во-первых, для обеспечения хорошей герметизации необходимо использовать механическое уплотнение главного вала из высококачественного материала. В механическом уплотнении предусмотрена изоляционная полость для предотвращения попадания в оборудование любых примесей, которые могут образовываться в окружающей среде или из самого механического уплотнения. Во-вторых, поскольку в нижней части конусообразного механизма перемешивания «три в одном», разработанного по принципу подвески, отсутствует вращающаяся точка опоры, это принципиально исключает возможность загрязнения примесями.

2.1.2 Обеспечение безопасной и чистой окружающей среды

Оборудование полностью герметично, что не только обеспечивает чистоту продукта в процессе производства, но и защищает производственную среду. Особенно в случаях работы с летучими или опасными растворами, оборудование обеспечивает безопасность окружающей среды и операторов.

Ленточный перемешивающий механизм использует осевую неподвижную конструкцию, которая не перемещается вверх и вниз и поддерживает стабильное безопасное расстояние от оборудования, обеспечивая безопасность производства без необходимости планового технического обслуживания.

2.2 Преимущества адаптивности

2.2.1 Высокая эффективность фильтрации

(1) Большая площадь фильтрации: Фильтрующий материал "Три в одном" имеет конусообразную форму и установлен на стенке резервуара, как показано на рисунке 3. В качестве примера возьмем устройство с внутренним диаметром около 1 м. Стандартная площадь фильтрации конической формы составляет около 1,6 м², а эффективная площадь фильтрации примерно в три раза больше, чем у "Три в одном" с тем же диаметром, но плоским дном.

Рисунок 3. Структура фильтрующего материала конусообразной формы «три в одном».

(2) Малая номинальная толщина фильтрационного осадка: Существует множество исследований по теории фильтрации. Из-за больших различий в свойствах частиц материала существует множество факторов, влияющих на скорость фильтрации. Полуэмпирическая модель, основанная на законе Дарси и уравнении Пуазейля, показывает, что толщина фильтрационного осадка является одним из факторов, обратно пропорциональных скорости фильтрации [1]: при правильном выборе фильтрующего материала слой фильтрационного осадка должен сформироваться и играть стабильную связующую роль в течение разумного времени для улучшения эффективности фильтрации. Чем тоньше слой фильтрационного осадка, тем выше скорость фильтрации.

(3) В конусообразной конструкции «Три в одном» расстояние между фильтрующим материалом и механизмом перемешивания равно номинальной толщине фильтрационного осадка. Ленточный механизм перемешивания непрерывно изменяет внутренний осадок, тонкий слой фильтрационного осадка, удерживаемый на поверхности фильтрующего материала, образует стабильный слой, укрепляющий фильтр. В то же время процесс замены также сглаживает зазоры в фильтрационном осадке, создавая стабильную разницу давлений, тем самым получая фильтрационный осадок с более низким содержанием влаги.

2.2.2 Эффективная стирка

Внутренний ленточный механизм перемешивания конусообразной конструкции «Три в одном» позволяет быстро повторно измельчать материал после добавления соответствующего количества промывочной жидкости. Тщательный контакт между фильтрационным осадком и промывочной жидкостью значительно повышает эффективность промывки и замены. По сравнению с обычными лопастными и якорными механизмами перемешивания, ленточный механизм обладает явно лучшими характеристиками повторного измельчения.

2.2.3 Большая площадь теплопередачи и эффективная сушка

Конусообразная конструкция «Три в одном» имеет большую площадь теплообмена, включая площадь теплообмена основного корпуса (оснащенного высокоэффективной теплообменной рубашкой) и внутреннюю площадь теплообмена, отвечающую за перемешивание. Сверхбольшая площадь теплообмена не только обеспечивает эффективность сушки, но, что более важно, позволяет эффективно использовать площадь теплообмена. Наиболее важным фактором является контакт между материалом и теплообменными элементами.

Ленточный механизм перемешивания в конусообразной установке «Три в одном» демонстрирует лучшие характеристики при перемешивании материалов: он вращается снизу вверх, поднимая материал, а затем опускается обратно на дно, совершая длинный ход. Моделирование эффективности перемешивания материалов в конусообразной установке «Три в одном» показано на рисунке 4. Для моделирования фактического состояния движения материала использовалось программное обеспечение, а в качестве отслеживаемых образцов были выбраны светлые частицы.

Рассмотрим в качестве примера конструкцию смесительного механизма MX-F-II в конусообразном устройстве «Три в одном» объемом 5 м³. Коэффициент подачи составляет 40%, скорость вращения — 35 об/мин, образцы перемещаются за короткое время, равномерно распределяясь и контактируя с поверхностью теплообмена. Для различных материалов, в зависимости от характеристик перемешивания и требуемой формы кристаллов, в базе данных представлен широкий выбор вариантов, а также возможно изготовление оборудования на заказ. В особых случаях к смесительному механизму могут быть присоединены соответствующие механизмы для удовлетворения требований, например, для материалов с сильной агломерацией может быть установлено устройство принудительного измельчения.

Рисунок 4. Моделирование эффективности смешивания материалов в конусообразном устройстве «три в одном».

2.3 Автоматизация и мониторинг в реальном времени

В процессе крупномасштабного фармацевтического производства, если управление отдельным устройством осуществляется вручную, неизбежно возникают ошибки. Для обеспечения стабильности качества продукции между партиями в рамках технологического процесса, конусообразный «три в одном» может управляться автоматически, прост в эксплуатации и интегрирован в центральную систему управления (ПЛК или АСУ ТП и т. д.), что значительно сокращает трудозатраты на эксплуатацию оборудования, повышает эффективность производства и эффективно гарантирует высокое качество и стабильность продукции.

Кроме того, для контроля технологического процесса крайне важно отслеживать состояние продукта внутри оборудования. Встроенный пробоотборник может работать в режиме онлайн в вакууме во время процесса сушки, обеспечивая непрерывность производства и эффективно контролируя эффективность сушки.

2.4 Многонаправленная CIP

Для производства активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) в конусообразной конструкции «Три в одном» внутренняя часть, непосредственно контактирующая с материалом, полируется, а ее шероховатость составляет Ra≤0,4 мкм. После завершения обработки партии продукции производится выгрузка. Поскольку дно оборудования имеет коническую форму, разгрузочное отверстие расположено в самом нижнем положении, что исключает наличие застойных зон для скопления материала. После открытия разгрузочного клапана большая часть материала в механизме перемешивания с прямым вращением плавно выгружается (для предотвращения неконтролируемого массового выгрузки материала после открытия клапана механизм перемешивания выполняет определенную функцию перекрытия, и после вращения материала он автоматически выгружается под действием силы тяжести); на более позднем этапе выгрузки обратное вращение механизма перемешивания дополнительно способствует проталкиванию материала, что позволяет практически полностью выгрузить оставшийся материал из оборудования.

Для решения проблемы небольшого количества остатков предусмотрена вспомогательная программа очистки:

(1) Внутренняя система CIP оборудования, изготовленное на заказ распылительное кольцо имеет отверстия во всех направлениях, а также позволяет очищать на месте внутреннюю стенку оборудования и часть сопла головки. Кроме того, в зависимости от характеристик обрабатываемых материалов, для ленточного перемешивающего механизма предусмотрены различные углы распыления. После завершения процесса большая часть материалов удаляется, а небольшое количество остатков удаляется с помощью душевой форсунки.

(2) Программа обратной очистки на месте (RCIP) для фильтрующего материала: Для решения проблемы остатков в большинстве процессов производства АФИ в качестве фильтрующего материала используются многослойные спеченные металлические пластины. Зазор между внешним краем ленты и фильтрующим материалом является местом скопления конечных остатков, количество которых варьируется в зависимости от характеристик материала. Механизм RCIP расположен между фильтрующим материалом и фильтрационным каналом, как показано на рисунке 5. RCIP осуществляется на небольшом расстоянии (обычно 2–3 см), давление промывки может достигать 0,6 МПа. Остаточный слой, как правило, слипается целиком и может быть частично раздавлен трением перемешивающего механизма после промывки. В то же время CIP позволяет эффективно промывать фильтрующий материал и поддерживать скорость фильтрации каждой партии для чрезвычайно мелких или вязких материалов. Что касается замены и обслуживания фильтрующего материала, конусообразная конструкция «Три в одном» оснащена вспомогательным механизмом обслуживания, включающим подъемную систему, компоненты для подъема конуса и т. д., что упрощает эксплуатацию и техническое обслуживание.

Рисунок 5 — Фильтрующий элемент конусообразной формы «три в одном».

Схема обратной очистки на месте (RCIP)

3. Заключение

Конусообразная конструкция «Три в одном» была разработана для удовлетворения рыночного спроса и получила ряд национальных патентов. Она разрабатывалась и применялась более 20 лет, а версия конусообразной формы, соответствующая требованиям чистоты при производстве АФИ, уже является пятым поколением, строго отвечающим соответствующим нормативным требованиям фармацевтической промышленности, от конструкции до применения, и используется в фармацевтических компаниях более 10 лет. В условиях растущей экологической осведомленности и расширения рынка АФИ модернизация фармацевтического оборудования становится крайне важной. Конусообразная конструкция «Три в одном» значительно улучшит качество продукции, защитит производственную среду и принесет предприятиям существенные выгоды.