Hvad er forskellen mellem dampkompression og multipel effekt-destillation?
Vand til injektion (WFI) er afgørende for parenteral lægemiddeladministration, da dette ekstremt rene vand gør det muligt at fortynde farmaceutiske stoffer til injektion eller intravenøs anvendelse. Man kan skabe det renest mulige vand til dette formål ved hjælp af to almindelige metoder - dampkompression (VC) og multipel effektdestillation (MED).
Før vandet gennemgår en af disse processer, skal det passere gennem en række indledende rensningsforanstaltninger, der potentielt omfatter diklorering, blødgøring, deionisering, UV-desinfektion eller omvendt osmose. Først derefter er det klar til VC- eller MED-behandling, der bringer det op på det renhedsniveau, der kræves til brug som vand til injektion.
At sammenligne dampkompression med multipleffektdestillation kræver en forståelse af de to processer, og hvordan de adskiller sig i deres tilgange.
Hvad er dampkompressionsdestillationscyklussen, og hvordan virker den
Oprindeligt designet til afsaltningsformål, er Vapor Compression (VC)-konceptet er en destillationsproces, der består af en enkelt fordamper, hvor fødevandet koger og omdannes til damp, som derefter kondenseres for at danne Vand til indsprøjtning (WFI). Dampen gennemgår en indledende opvarmningscyklus med forvarmning og dekarbonisering før den kommer ind i en kompressor, der fjerner CO2, ilt og andre opløste gasser fra fødevandet, før det kommer ind i dampfordamperen, hvilket hjælper med at reducere korrosion og sænke ledningsevnen i det endelige WFI-produkt. Dette system hæver dampens tryk til ca. 3 ½ psi og leder det til ydersiden af rørene i fordamperen. Den termiske økonomi eller effektivitet i VC-processen skyldes genbrug af latent varme, hvilket eliminerer behovet for en separat kondensator, der bruger kølevand.
Når vandet bliver til damp, opfanges det af rør og føres til en demister for at fjerne faste dråber. Den resterende rene damp kondensat akkumuleres på fordamperrørenes yderside som destillat, hvorefter det samles i bunden af rørpladen og trækkes ud af en destillatpumpe, der udleder det gennem en eller flere skal-og-rør-varmevekslere. I VC-systemer forvarmes fødevandet gennem varmevekslere og føres ind i dampfordamperen for at koge ved ca. 1 psi.
Derfra fører en destillationspumpe den gennem en køler, hvorefter den bliver til WFI. Dampkompressionsdestillation kan producere WFI ved både varme og omgivende temperaturer uden behov for kølevand ved at tilføje et par ekstra destillatkølere.
Hvad er multieffektdestillation?
De mange effekter, der har givet MED-processen sit navn, skyldes, at vandet passerer gennem flere forskellige "effekter" eller celler for at nå målet om rensning, typisk mellem 3 og 8. Anlægsdamp tilføres den første effekt for at opvarme vandet og skabe ren damp. Hver effekt er en trykbeholder, der ligner en skal- og rørvarmeveksler med et forlænget hoved til dampudkobling. Processen involverer naturlig cirkulation eller stigende filmdesign, hvor fødevand strømmer op gennem rørene, og anlægsdamp indføres på skalsiden.
Den første effekt fungerer ved et tryk på 60-80 psi, hvor dampen kondenserer på ydersiden af rørene og overfører varme til vandet indeni for at producere mere ren damp. Dampen fra den sidste effekt ledes til en fødevandskondensator, der bruger fødevandet til at kondensere, afkøle og opvarme det. MED-systemer kræver separate kondensatorer, der bruger kølevand, hvor ren damp fra den sidste effekt kondenseres, og eventuel resterende damp underkøles til den ønskede temperatur.
MED arbejder ved højere temperaturer og tryk end VC-systemer, hvilket kræver bedre fødevandskvalitet. Hver effekt bidrager til en del af det samlede WFI-output og sikrer, at vandet opfylder kvalitetskravene, samtidig med at kalkdannelsen minimeres gennem en nedblæsningsproces. Den resterende damp udsættes for den hidtil koldeste temperatur, hvilket får den til at kondensere på varmeveksleren og blive til destillat. Dette destillat, nu WFI, udvindes derefter via en pumpe.
Fordelene ved dampkompression og multipel effekt-destillation
Selvom begge er effektive rensningssystemer ved hjælp aflignende principper. lignende principper, har MED og VC adskillige forskellige fordele. Destillation med flere effekter har længe været den mest almindelige metode til vandrensning, men dampkompression har vundet indpas som et alternativ på grund af nogle af de attraktive fordele.
Begge systemer producerer renset vand og det mere strengt regulerede vand til indsprøjtning (WFI), der sikrer 100 % mikrobielt drab ved at arbejde ved selvrensende temperaturer. De kan begge opfylde farmakopeiske monografier med korrekt forbehandling. VC er enestående i stand til at producere WFI til omgivelserne uden kølevand, mens MED kan levere ren damp til overflader. Hvad der er bedst til en given anvendelse, afhænger af den nødvendige vandmængde og driftens art.
Fordelene ved dampkompression
Enhver destillationsproces kræver en vis grad af forbehandling af fødevandet. Det er dog ikke tilfældet, Dampkompressionssystemer arbejder ved en lavere temperatur end Multi Effect-systemer, hvilket giver dem en større tolerance over for tilstedeværelsen af klorid og silica, komponenter, der kan forårsage ophobning og korrosion, når de udsættes for ekstrem varme. De kan derfor acceptere fødevand efter en blødgøringsbehandling, mens MED-udstyr kræver, at det først gennemgår omvendt osmose og deklorering.
Fordelene ved dampkompression (VC) omfatter lavere krav til damp og kølevand i anlægget på grund af den termiske effektivitet, da processen genbruger latent varme, hvilket reducerer behovet for en separat kondensator. VC-systemer kan producere både varm og omgivende WFI uden behov for kølevand, hvilket muliggør produktion ved ca. 25 grader over den indgående fødevandstemperatur ved at tilføje et par ekstra destillatkølere. Denne fleksibilitet gør det muligt for VC-stills at imødekomme forskellige temperaturkrav i WFI-produktionen.
Af de to, er dampkompressionssystemer mere effektive generelt. De genbruger løbende den varme, de genererer, og de rensede medrevne dråber, der fjernes før destillation, vender simpelthen tilbage til fødevandet for at blive behandlet igen. Dette fører til generelt lavere driftsomkostninger på grund af deres termiske effektivitet og minimale krav til forbehandling. Muligheden for at bruge blødgjort, afkloreret vand direkte uden omfattende forbehandling fremhæver yderligere VC-systemernes omkostningseffektivitet. Dampkompression har også den fordel, at den kan producere både varmt og omgivende WFI på grund af sine behandlingsmetoder.
Desuden har VC-systemer en tendens til at have et mindre fodaftryk sammenlignet med Multiple Effect Distillation-systemer, hvilket potentielt kan spare betydelig plads og tilhørende ejendomsomkostninger i et anlæg.
MECO's GII-kompressor
Kompressoren, som MECO har designet og producerer internt til vores VC, hedder stadig GII Centurbo™ Kompressor. Det er en kompressor med direkte drev, hvor pumpehjulet er fastgjort direkte til motorakslen, hvilket eliminerer behovet for flexkoblinger, skiver og gearkasser. GII Centurbo™-kompressoren er monteret direkte på dampfordamperen, hvilket eliminerer arbejdet med at vedligeholde kanalerne.
Der er flere fordele ved vores patenterede GII Centurbo™ Kompressor. Det kompakte design betyder, at den kan installeres på 1-2 timer og er lettere at få adgang til i forbindelse med vedligeholdelse. Pumpehjulet og sugeklokken er støbt af Inconel og 316 rustfrit stål og derefter bearbejdet for at give en glat og homogen overfladefinish på mindre end 25Ra.GII Centurbo™-kompressoren har mindre end 10% af delene fra andre industrielle kompressorer til VC-stillbilleder.
For en typisk GII-kompressor vil en reduktion af kompressorhastigheden med 25 % reducere elforbruget med 50 %. Desuden vil en reduktion af kompressorhastigheden med 50 % reducere elforbruget med 80 %. Bemærk, at kompressorhastigheden hænger direkte og proportionalt sammen med destillatproduktionen. Så en MEKA VC kan producere halvdelen af den navngivne flowrate og en femtedel af det elektriske forbrug. Det skyldes, at vi bruger en VFD (Variable Frequency Drive, undertiden kendt som Variable Speed Drive (VSD)) til at udnytte effektloven og køre kompressoren effektivt.
Måske vigtigst er GII-kompressorens indvirkning på dampenergiforbruget. GII-teknologien muliggør en variabel produktion af din destilleri inden for en given maksimal kapacitet. I stedet for at starte og stoppe for at producere en fast ydelse, har MECO GII dampkompressionsvanddestillere en variabel ydelse for at imødekomme reducerede eller stigende behov for produktion. Som du kan se fra diagrammet, svarer en reduktion på 25 % i produktionskapaciteten til en reduktion på 40 % i kompressoreffekten. ,
At køre med turndown kan ikke kun spare penge, men hvis stedet har WFI-tankens kapacitet og et fleksibelt produktionsforbrug, holder kørsel med lavere flowrater systemerne i gang og varme i længere tid, hvilket har mekaniske fordele (reducerer start og stop, hvilket reducerer slitage) og reducerer risikoen for produktkvaliteten, fordi systemet holdes under meget hygiejniske forhold i længere tid.
Få mere at vide om vores fremskridt inden for dampkompressionsteknologi her.
Fordelene ved multipel effekt-destillation
Multiple Effect Distillation (MED) er særligt velegnet til mindre WFI-systemer, da den muliggør samtidig produktion af WFI og ren damp ved hjælp af anlægsdamp. Denne dobbelte kapacitet kan være en fordel for anlæg, der har brug for både ren damp og WFI på et givet tidspunkt.
Selv om det måske ikke er helt så effektivt som et VC-system på nogle måder, har MED-udstyr sine egne fordele. Det har stadig en række bevægelige dele, men MED bruger faktisk mindre strøm, fordi det ikke har et kompressordrev. Derudover giver det noget modulære design med flere effekter anlæggene mulighed for at vælge størrelsen på systemet ud fra deres behov, hvor mindre enheder som systemer med tre effekter repræsenterer en betydeligt lavere investering på forhånd.
En unik fordel ved destillation med flere effekter er muligheden for at udnytte den første effekt til renset damp. Nogle af MED-designs fra MEKA udnytter denne mulighed og giver brugeren mulighed for at producere WFI og ren damp på samme tid. Nogle tillader endda frigivelse af renset damp fra flere effekter. MED-systemer sikrer robust vandkvalitet, mens deres mange fordampereffekter forbedrer effektiviteten ved at reducere forbruget, når der tilføjes flere effekter.
Selv om MED-systemer kræver separate kondensatorer med kølevand til effektiv kondensering og underkøling, kræver de mindre strøm og har lavere vedligeholdelsesbehov på grund af færre bevægelige dele. Mens deres tyngdekraftsbaserede fødesystem kan kræve mere frihøjdegør disse funktioner MED til et effektivt valg for anlæg med specifikke krav til dampgenerering og kvalitetssikring.
Sammenligning af VC vs. MED til operationelle behov
Når man sammenligner Vapor Compression og Multiple Effect Distillation i forhold til driftsbehov, er der flere faktorer, der spiller ind, herunder fødevandskvalitet, kapacitetskrav, forsyningsomkostninger og infrastruktur. Generelt vil VC-systemer koste mere på forhånd, men give lavere driftsomkostninger, især når de bruges til at producere kold WFI. Forskellen mindskes dog betydeligt, når man sammenligner MED-enheder med et højere antal effekter og større krav til output.
For et anlæg, der kun har brug for lidt renset vand og prioriterer gulvplads, kan stigningen i omkostninger pr. liter WFI være umagen værd for et MED-system, der passer bedre til driftskravene.
Et andet vigtigt punkt i afvejningen mellem VC og MED er kvaliteten og sammensætningen af det tilgængelige fødevand, da det har stor indflydelse på kravene til forbehandling for hvert system. VC-systemer, som er mere økonomiske til mellemstore og store anlæg, kræver mindre forbehandling og har et mindre fodaftryk, hvilket sparer plads og omkostninger. I modsætning hertil er MED-systemer ideelle til mindre WFI-behov og tilbyder samtidig produktion af WFI og ren damp. Valget mellem VC og MED bør tage højde for faktorer som fødevandskvalitet, systemkapacitet, forsyningsomkostninger og tilgængelig infrastruktur.
Driftsomkostninger, herunder kapital-, forsynings- og vedligeholdelsesudgifter, er også afgørende faktorer, der skal overvejes. I sidste ende opfylder begge teknologier WFI's kvalitetskrav, og beslutningen bør baseres på en analyse af de samlede ejeromkostninger og stedsspecifikke begrænsninger.
Krav til forbehandling og overvejelser
Effektiv forbehandling er afgørende for både Vapor Compression (VC) og Multiple Effect Distillation (MED) systemer for at sikre produktion af vand til indsprøjtning (WFI) af høj kvalitet. VC-systemer nyder godt af en enklere og mere omkostningseffektiv forbehandlingsproces, da de ofte kan bruge blødgjort, afkloreret vand uden behov for omvendt osmose (RO), fordi der ikke er nogen grænse for totalopløste faste stoffer (TDS) i fødevandet.
På den anden side arbejder MED-systemer ved højere temperaturer og kræver typisk single-pass RO for at overholde grænserne for ledningsevne og håndtere hårdheds- og silica-niveauer effektivt. Forbehandlingsprocessen for begge systemer omfatter generelt multimediefiltre, blødgørere til fjernelse af hårdhed og kulfiltre til eliminering af klor og kloramin.
Det er afgørende at opretholde den rette fødevandskvalitet for at minimere kalkdannelsen i destillationsanlægget. Hårdhedskalk fjernes normalt kemisk, mens silikakalk kan kræve mekanisk fjernelse. Indstilling af passende nedblæsningshastigheder baseret på forbehandlingskvaliteten er afgørende for effektiv drift og forebyggelse af aflejringer. For at tage højde for årstidsvariationer og opretholde optimal ydeevne anbefales regelmæssige analyser af fødevandskvaliteten.
Omkostningsanalyse og økonomiske overvejelser
Når man skal vælge mellem Vapor Compression (VC) og Multiple Effect Distillation (MED), er det vigtigt med en grundig omkostningsanalyse, der omfatter både kapital- og driftsudgifter. VC-systemer er generelt mere effektive og omkostningseffektive, især med blødgjort fødevand, på grund af deres lave behov for anlægsdamp og kølevand, hvilket giver lavere driftsomkostninger.
I modsætning hertil kan tilføjelse af effekter til et MED-system sænke forbruget, men det øger ikke WFI-outputtet, hvilket kræver en detaljeret undersøgelse af forsyningsomkostningerne og de samlede ejeromkostninger. Beslutningen skal tage højde for stedsspecifikke faktorer som forsyningsomkostninger, fødevandskvalitet og forbehandlingsbehov.
Detaljerede omkostningssammenligninger, herunder kapitaludgifter (CapEx) og driftsudgifter, er afgørende for at bestemme tilbagebetalingsperioden og den økonomiske levedygtighed for hver teknologi. I sidste ende skal valget baseres på en omfattende evaluering af alle tilknyttede omkostninger og sikre overensstemmelse med anlæggets driftsmæssige og økonomiske mål.
Overvejelser om fodaftryk og infrastruktur
Pladsbehov og infrastruktur er kritiske faktorer, når man skal vælge mellem dampkompressionssystemer (VC) og MED-systemer (Multiple Effect Distillation). VC-systemer har typisk et mindre fodaftryk end MED-systemer, hvilket giver potentielle besparelser i plads- og ejendomsomkostninger. For eksempel er et VC-system med 20 GPM generelt mere kompakt end et MED-system med op til 5 eller 6 effekter.
Men det er også vigtigt at overveje forbehandlingsinfrastrukturen. MED-systemer kræver ofte omfattende infrastruktur, herunder skids til omvendt osmose (RO) og elektrodeionisering (EDI) sammen med blødgørere, multimediefiltre og kulfiltre.
I modsætning hertil har VC-systemer, som kan fungere med blødgjort vand, normalt kun brug for multimediefiltre, blødgørere og et kulfilter, hvilket fører til en mere strømlinet opsætning. Beslutningen bør nøje overveje den tilgængelige plads, infrastrukturens kapacitet og eventuelle ændringer, der er nødvendige for at få plads til begge systemer, og sikre, at de opfylder facilitetens rumlige og driftsmæssige behov effektivt.
Kontakt MECO for vandrensningsprocesser og -løsninger
MEKA har over 95 års erfaring med at levere pålidelige vandrensningsløsninger, herunder innovativt udstyr til produktion af renset vand, ren damp og vand til indsprøjtning. MEKA-løsninger producerer over 25 millioner liter vand om dagen til bioteknologiske og farmaceutiske organisationer over hele verden.
Vores verdensomspændende omdømme er drevet af vores engagement i at sikre, at enhver virksomhed kan finde de nødvendige ressourcer til at generere vand med det rette renhedsniveau til sine specifikke anvendelser. MEKA-teamet leverer ekspertviden om produkter, brancheerfaring og en forståelse af videnskabelige principper for at hjælpe kunderne med at vælge deres ideelle vandrensningsløsning.
For mere om vores dampkompressionsvanddestillere eller multi-effekt destillationssystemer, kontakt vores team .