Od „wsadów” przez „Chemię Przepływową” do „Inżynierii Przepływu”

Kategoria: Produkcja i maszyny
4 min. czytania

Przeniesienie ciepła i masy komplikuje się w warstwie granicznej układów wielofazowych. Jeśli zrozumiemy
zjawisko transportu w warstwie granicznej, będziemy mogli zaprojektować przepływ w taki sposób, aby zarządzać etapem kontrolującym prędkość w celu intensyfikacji procesu. Istnieje szereg w pełni zautomatyzowanych rozwiązań procesowych dla procesów jednofazowych oraz wielofazowych prowadzonych w ciągłym trybie pracy. Są to często rozwiązania "pod klucz" w dziedzinie reakcji, neutralizacji / chłodzenia, ekstrakcji / rozpuszczania, krystalizacji, filtracji i suszenia. Specjalistyczna wiedza w zakresie obsługi wielu faz w przepływie z dokładnym rozkładem czasu przebywania zapewnia spójną jakość produktu.

Ciągła przeciwna ekstrakcja stała–ciecz i ciecz–ciecz

Ekstrakcja rozpuszczalnikiem i wyługowanie rozpuszczalnika to kolejny atrakcyjny proces oczyszczania, szczególnie gdy produkt jest wrażliwy na temperaturę, ma niską lotność i jest dostępny w postaci rozcieńczonej. Kolumna ekstrakcyjna / ługująca z przeciwnym prądem i wysokim mieszaniem przeciwnym prądem wykazuje ogromne korzyści pod względem minimalnego czasu przetwarzania, mniejszego zapotrzebowania na rozpuszczalnik na jednostkę materiału wejściowego, a przy tym wymaga niewielkiej powierzchni zabudowy.

Nowoczesna technologia reakcji i krystalizacji

Nowoczesna technologia reaktora ma możliwość obsługi szerokiego zakresu substancji stałych dzięki dużym średnicom kanału. Obejmuje to pojedyncze zbiorniki wsadowe lub zbiorniki reakcyjne mieszane w ciągłym procesie, reaktory z oscylującymi przegrodami (OBR) do reakcji stała–ciecz lub gaz–ciecz–stała. Ta innowacyjna technologia może obsługiwać do 40% substancji stałych o jednorodnym rozkładzie i niskim zużyciu energii na jednostkę objętości. Reaktory rurowe mogą działać pod ciśnieniem do 50 barów i w temperaturach do 200 °C. Typowe dwufazowe reakcje ciecz–ciecz lub reakcje neutralizacji są kontrolowane transferem masy i wymagają dużej powierzchni transferu ciepła na jednostkę objętości. Istnieją urządzenia do kontaktu ciecz–ciecz, które mają nawet 20-krotnie większą zdolność do transferu masy i ciepła.

Jeśli chodzi o procesy krystalizacji, zdarza się, że krystalizatory są idealne do chłodzenia, odparowywania oraz procesów antyrozpuszczalnikowych. Niskie mieszanie ścinające prowadzi do minimalnej erozji cząstek, co pozwala na precyzyjną kontrolę nad rozkładem wielkości cząstek oraz ich morfologią. Ta elastyczność obejmuje również różne tryby pracy, w tym wsadowe, półciągłe oraz w pełni ciągłe procesy.

Dodatkowo, niektóre, istniejące na rynku systemy charakteryzują się bardzo efektywnym transferem ciepła i mieszaniem, co zapewnia optymalne rozwiązania procesowe, a reaktory i krystalizatory pozwalają na doskonałą kontrolę nad wielkością i morfologią kryształów, co umożliwia precyzyjne dostosowanie produktu do wymagań.

Bywa, że takie urządzenia dostępne są w różnych rozmiarach – od jednostek laboratoryjnych do skali produkcyjnej. Dostępne są także przewody transferowe sterowane temperaturą, zapobiegające niepożądanym procesom krystalizacji lub reakcjom ubocznym. Adaptory do sond można dostosować tak, aby sprostać większości potrzeb związanych z technologią analityczną procesu (PAT).

Ciągła filtracja i suszenie

Systemy ciągłej filtracji i suszenia niejednokrotnie są obecnie uosobieniem najnowszej technologii w dziedzinie chemii. Ciągła filtracja to rewolucyjne podejście do procesu filtrowania, mycia, suszenia i wydzielania substancji stałych w sposób ciągły. Jej wszechstronność umożliwia efektywną obróbkę zarówno mniejszych ilości czynnych składników farmaceutycznych (API) w zaledwie kilka minut, jak i większych ilości do produkcji na skalę przemysłową. Ponadto, ciągła filtracja zapewnia bezpieczny i wysoce kontrolowany proces przetwarzania niebezpiecznych lub cennych składników, takich jak wyjątkowo silne aktywne składniki farmaceutyczne (HPAPI).

Zdarza się, że protokoły stosowane w systemach ciągłej filtracji i suszenia posiadają liczne zalety. Brak mechanicznego mieszania zapobiega uszkodzeniom lub rozerwaniu kryształów, zapewniając ich integralność w procesie filtracji. Wynikowa filtracja ciasta jest niezawodna i spójna, a zdolność dokładnego powtarzania parametrów mycia poprawia efektywność. Dysze atomizacyjne rozprowadzają rozpuszczalnik myjący, nie naruszając ciasta, co sprzyja skutecznemu czyszczeniu. Ponadto, technologia cieńszej warstwy ciasta, zwykle wynoszącej od 10 mm do 30 mm, poprawia ogólną wydajność.

Niektóre, obecne na rynku Systemy ciągłej filtracji posiadają na przykład lokalny interfejs człowiek–maszyna (HMI) lub rozproszony system kontroli (DCS) zapewniający bezpieczną obsługę. Zintegrowane systemy alarmowe dodatkowo zwiększają automatyzację i ciągłą pracę.

Niski ślad i skrócony czas produkcji

Dostępne są systemy ciągłej filtracji obejmujące mniejszą powierzchnię w porównaniu do tradycyjnych zakładów produkcyjnych w trybie wsadowym, wyjątkową powtarzalność i spójność, zmniejszone zużycie rozpuszczalników, oszczędność energii oraz redukcję odpadów. Ciągła filtracja może osiągać znacznie niższe straty produktu, przy czym ilość pozostała w systemie – tzw. pieta – jest zredukowana do 0,1 mm. Czas cyklu od wejścia do wyjścia jest drastycznie skrócony, a proces filtracji, mycia i suszenia jest zakończony po zaledwie kilku krótkich przebiegach. Zdarza się, że suszenie do wilgotności poniżej 1% osiągane jest w ciągu kilku minut, co świadczy o dużej wydajności systemu. Typowe wydajności wynoszą od 1 kg na godzinę do 24 kg na godzinę suszonego produktu, zapewniając wystarczającą pojemność dla różnych potrzeb produkcyjnych.

Niektóre technologia systemów ciągłej filtracji uzyskały potwierdzenie poprzez udane przemysłowe próby produktowe w renomowanych brytyjskich firmach farmaceutycznych i chemicznych. W takich przypadkach proces suszenia jest rygorystycznie weryfikowany przy użyciu modeli kinetyki suszenia, co dodatkowo wzmacnia wiarygodność stosowanej technologii.

Rozwiązania End-to-End

Technologia chemii przepływowej i rozwiązania inżynieryjne do przepływu stanowią składnik oferty niektórych firm, W skład takiej oferty nierzadko wchodzą zarządzanie surowcami, zarówno suchymi, jak i mokrymi, transport, a także podstawowe procesy, takie jak reakcja, ekstrakcja / rozkładanie, krystalizacja, filtracja i suszenie. W operacjach przetwarzania wtórnego, takich jak mieszanie, redukcja wielkości cząstek i wtórne suszenie, aż do gotowego produktu pakowanego. Rozwiązania te obejmują kompletną ścieżkę produkcyjną od początku do końca – End-to-End – zapewniając wysokiej jakości produkty końcowe.