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Wasser für Injektionszwecke / Biopharmazie
Gepostet von: Natolie Herold

Herstellung von Wasser für Injektionszwecke durch Dampfkompressionsdestillation

Wasser für Injektionszwecke (WFI) ist ein entscheidendes Element in der biopharmazeutischen Industrie. Die Dampfkompressionsdestillation nutzt Wärme, um Wasser zu verdampfen und WFI herzustellen. Ein Verständnis der Dampfkompressionstechnologie für WFI ermöglicht es den Einrichtungen, die effizienteste und zuverlässigste Ausrüstung für die Aufgabe zu wählen.

 

Dieser Artikel befasst sich mit dem Einsatz von Vapor Compression Distillern zur Herstellung von Water for Injection. MECOs innovative VC-Destille verbessert die Effizienz und Zuverlässigkeit bei der Herstellung von hochwertigem WFI. Das Verständnis der Komponenten eines Wasserdampf-Kompressions-Destillationssystems, einschließlich unseres GII Centurbo™-Kompressors, kann Ihnen dabei helfen, bessere Entscheidungen für Ihr Unternehmen hinsichtlich der besten Art von WFI-Erzeugungssystem zu treffen.

 

Eine umfassende Kostenübersicht über vier Systemkonzepte für die Erzeugung von Water For Injection können Sie hier herunterladen .

 

Brüdenkompressionsdestillation für WFI

Bei der Dampfkompressionsdestillation wird ein Teil des Speisewassers verdampft, und der Dampf wird zum Kompressor geleitet. Hier wird der Dampf mit mechanischer Energie komprimiert, wodurch sich sein Druck und seine Temperatur erhöhen. Der Dampf wird dann kondensiert und bildet das Produktwasser, das so genannte Destillat. Die freigesetzte Wärme des kondensierten Dampfes wird zurückgewonnen und zur Verdampfung des Speisewassers verwendet.

Komponenten des Wasserdampf-Kompressions-Destillationssystems

Der Vapor Compressor (VC) Still enthält einen einzigen Verdampfer, in dem das Speisewasser kocht und in Dampf umgewandelt wird, der dann - nachdem er den Abscheider-Demister passiert hat - zu WFI kondensiert. Weitere Hauptkomponenten sind:

  1. Ein Direktantrieb
  2. Zentrifugalkompressor
  3. Dekarbonisator
  4. Wärmetauscher, einschließlich Vorwärmer, Abschlämmkühler, Destillatkühler und Destillatpumpe

MECO Dampf-Kompressions-Destilliergerät Design

MECOs Verdampfer ist ein Vertikalrohr-Naturumlaufsystem. Die vertikale Anordnung ermöglicht es, dass sich das Speisewasser auf der Innenseite der Rohre befindet, was zahlreiche Vorteile für Betrieb und Wartung mit sich bringt. Wenn das Speisewasser an der Innenseite der Rohre kocht, kann es das Rohr hinauffließen und zum Boden des Verdampfers zurückkehren. Diese Art von System wird als Naturumlaufverdampfer bezeichnet.

Die VC-Systeme, die mit einem horizontalen Rohrverdampfer arbeiten, müssen die Umwälzung mit Pumpen und Sprühdüsen erzwingen, was die Betriebs- und Wartungskosten erhöht. Das Speisewasser sollte angemessen vorbehandelt werden, entweder durch Entchlorung, Umkehrosmose-Entsalzung oder Enthärtung, um Kesselsteinbildung und Korrosion in jedem Verdampfungssystem zu verhindern. Es kann jedoch zu Störungen bei der Vorbehandlung kommen, und wenn dies der Fall ist, werden die Vorteile von NCE mit Speisewasser auf der Innenseite der Rohre deutlich:

  1. Keine Sprühdüsen: Es gibt keine Sprühdüsen, die verstopfen könnten. Daher wird der Kesselstein mit Reinigungslösungen gleichmäßig über die gesamte Rohroberfläche entfernt.
  2. Keine Blöcke: Der Spielraum für Ablagerungen am Innendurchmesser der Rohre ist wesentlich größer als der Spielraum für Ablagerungen zwischen den Außenflächen der Rohre in einem horizontalen Bündel. Die vertikale Konstruktion mit natürlicher Zirkulation funktioniert nicht bis zu dem Punkt, an dem Ablagerungen den Innendurchmesser des Verdampferrohrs blockieren.
  3. Keine chemischen Schäden: Sprühsysteme lagern Zunder in der Regel in isolierten Bereichen ab und legen andere Rohrbündelbereiche frei. Nachfolgende chemische Reinigungen greifen das blanke Metall an, während sie isolierte Ablagerungen entfernen. Verschmutzungen im Speisewasser im Rohr können aus einem Vertikalrohrverdampfer herausgebürstet werden. Im Gegensatz dazu ist es physikalisch unmöglich, Verunreinigungen von der Außenseite eines Rohres in einem horizontalen Rohrbündel mechanisch zu entfernen.
  4. Effizienter Platz: Die vertikale Bauweise ermöglicht eine wesentlich effizientere Raumnutzung und minimiert die Gesamtaufstellfläche des Systems. Ventile und Messgeräte sind bei normaler Arbeitshöhe leicht zugänglich.

Rohrböden

Der Verdampfungsteil der VC Still, der gemeinhin als Colandrea bezeichnet wird, besteht aus dem Rohrbündel-Downcomer, der Dampfkammer, dem Krümmer und dem Destillatbehälter. Das Speisewasser kocht am Innendurchmesser der Rohre auf und verwandelt es in Dampf. Das Wasser, das nicht verdampft, fließt in das Fallrohr zurück. Alle MECO VC-Destillierapparate verwenden eine Konstruktion mit geraden Rohren, für die zwei Rohrböden erforderlich sind, wobei die Rohre an beiden Enden gerollt und aufgeweitet sind. Dieses Verfahren ist zwar teurer, bietet aber mehrere Vorteile:

  1. Einfaches Auswechseln der Rohre, ohne benachbarte Rohre zu stören oder das gesamte Bündel zu verschrotten.
  2. Dank dieser Konstruktion kann MECO auf der Oberfläche, die mit dem Destillat in Berührung kommt, eine Oberflächengüte von 25 ra oder besser erzielen.
  3. Durch die Verwendung von zwei Rohrböden wird das Rohrbündel an beiden Enden fixiert, so dass keine Umlenkungen wie bei einem einzelnen U-Rohrbündel erforderlich sind. Umlenkungen können Risse, Oberflächenkratzer und Korrosionsprobleme verursachen.
  4. Durch das gerade Rohrdesign entfällt die Notwendigkeit, die Rohre zu biegen, wie es bei einem U-Rohr-Design der Fall ist. Ohne Wärmebehandlung führt das Biegen der Rohre zu Eigenspannungen, die das Bündel anfälliger für Korrosion machen und die Oberflächengüte an den Biegungen beeinträchtigen.

Speisewasser-Entkarbonisierer

Rostfreie Stähle sind anfällig für Spannungsrisskorrosion, und mehrere Faktoren können die Anfälligkeit eines Verdampfers beeinflussen. Diese Faktoren sind in der Regel eine Funktion der Betriebsumgebung, wie z. B. der Wasserqualität, der Betriebstemperatur sowie der Konstruktionsmaterialien und -techniken.

MECOs Verfahren im Verdampfer berücksichtigt die Auswirkungen der Betriebsumgebung. MECOs Destillationsanlagen verfügen über einen Entlüfter im Speisewasserstrom, um Sauerstoff, Kohlendioxid und andere nicht kondensierbare Gase zu entfernen, bevor ihre schädlichen Auswirkungen auf den Verdampfer einwirken können.

WFI-Erzeugungssystem mit Dampfkompression

Lassen Sie uns den Prozess der WFI-Generierung mit einem VC Still durchgehen:

  1. Das Speisewasser tritt in die Anlage ein und verteilt sich auf die Versorgung des Destillatkühlers und des Abschlämmkühlers.
  2. Diese beiden Wärmetauscher wärmen das Speisewasser vor und kühlen das WFI-Destillat und die Abschlämmung aus dem Verdampfer.
  3. Das Speisewasser rekombiniert dann und fließt in den Vorwärmer.
  4. Anlagendampf wird in den Speisewassererhitzer geleitet, um das Speisewasser auf die richtige Temperatur zu erhitzen, bevor es in den Entkarbonisierer gelangt.
  5. Der Entkarbonisierer entferntCO2,O2 und andere nicht kondensierbare Gase, bevor sie in den Verdampfer gelangen. Dies trägt zur Verringerung der Korrosion in der Einheit bei und führt zu einer geringeren Leitfähigkeit in den WFI-Produkten.
  6. Von dort aus verlässt das Speisewasser den Entkarbonisierer und fließt zum Boden des Verdampfers. Am unteren Ende des Verdampfers befindet sich eine Dampfschlange, die das Speisewasser bei der ersten Inbetriebnahme erwärmt. Außerdem hält sie das Gerät auf einer selbstreinigenden Temperatur - dem so genannten heißen Standby-Modus. Wenn der Still kein WFI erzeugt, ermöglicht die Dampfschlange eine fast sofortige WFI-Produktion, wenn der nachgeschaltete Speichertank Wasser anfordert.
  7. Von hier aus kocht das Speisewasser in den im Verdampferrohr erzeugten Dämpfen auf, die dann durch unseren Abscheider geleitet werden. Das Wasser, das nicht in Dampf umgewandelt wird, fließt durch ein Fallrohr zurück zum Boden des Verdampferkopfes.
  8. Dann wird ein Teil dieses Rücklaufs wieder aufgekocht, und ein Teil wird in die Abschlämmung geleitet. Von dort entnimmt der Verdichter den reinen Dampf. Die zugeführte Energie führt zu komprimiertem Dampf mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur.
  9. Der energiereichere Dampf wird dann an der Außenseite dieser Verdampferrohre wieder in den Verdampfer geleitet. Dort kondensiert der Dampf und gibt seine latente Wärme ab, die durch die Rohrwand auf das Speisewasser im Inneren der Rohre übertragen wird.
  10. Das reine Dampfkondensat an der Außenseite der Rohre sammelt sich am Boden und wird von der Destillatpumpe abgezogen. Es wird über einen oder mehrere Wärmetauscher abgeleitet.
  11. Anschließend überwacht ein Leitfähigkeitsmessgerät die Qualität des destillierten Wassers und leitet das Wasser in einen WFI-Speichertank oder in den Abfluss.

MECOs GII Centurbo™-Kompressor

MECO ist seit über 40 Jahren auf dem biopharmazeutischen Markt tätig. In dieser Zeit haben wir mehrere Dampfkompressionsdestillatoren an viele pharmazeutische Anlagen in der Branche geliefert. Die konventionellen Technologien dieser Kompressoren bestanden in der Regel aus einer speziellen Kompressoreinheit, die dann entweder mit einem Riemensystem oder einer Rückkopplung zu einer speziellen Energiequelle verbunden war. Wir waren in der Lage, viele der mechanischen Komponenten zu eliminieren, die zu Verschleiß oder Austausch führen würden.

Unser GII Centurbo™-Kompressor verwendet einen Ansatz mit hoher Energiedichte. Er ist flüssigkeitsgekühlt, sodass keine Wärme aus dem elektrischen Teil des Motors abgeleitet werden muss. Die gesamte Wärme wird durch ein spezielles Kühlsystem absorbiert. Auch die Lager werden von einem Luftstrom durchströmt, um sie zu kühlen.

Da es sich beim GII Centurbo™ um einen Hochenergiemotor handelt, sind sein Gewicht und seine Masse im Vergleich zu gleichwertigen Motoren mit derselben Leistung recht gering. Die Lagersysteme sind in der Regel für eine Lebensdauer von über 6 Jahren im Feld ausgelegt.

Der GII Centurbo™ verwendet ein Luft-Öl-System für die Schmierung - eine Spitzentechnologie, wenn es um Schmiersysteme für Lager geht. Das Öl, das den Lagern zugeführt wird, fließt in einen Auffangbehälter - es ist kein Filter- oder Kühlsystem für dieses Öl erforderlich. Der Öltank kann bis zu sechs Monate Betriebszeit überdauern. Da das Öl nicht mit hoher Geschwindigkeit versprüht wird, besteht keine Gefahr, dass das Öl in die aus dem Gerät austretende Luft gelangt. Es gibt keine Umwälzpumpen oder Sprühdüsen, keine Filter, keine Wärmetauscher und kein Pumpensystem, die gewartet werden müssen.

Einer der größten Vorteile des GII-Kompressors besteht darin, dass er von einem VFD gesteuert wird, d. h. der Kompressor selbst ist drehzahlvariabel.

Bestes Dampfkompressionssystem für WFI

Die VC Still von MECO bietet das Beste an Innovation und Leistung in der Branche. Verbessern Sie Ihre Dampfkompressionsdestillation für WFI mit diesen Vorteilen:

1. Leichtigkeit des Zugangs

Wie bei allen MECO-Produkten ist auch unser Dampfkompressionssystem so konzipiert, dass es so leicht wie möglich zugänglich ist. Der GII-Kompressor ist so platziert, dass er leicht ausgetauscht werden kann. Die Destillatpumpe und das Luft/Öl-System sind von der Kante des Skids aus leicht zugänglich. Sie sind nicht zwischen anderen Komponenten eingeklemmt und somit leicht zugänglich.

2. Leiserer Betrieb

Durch den Wegfall von Riemen und anderen mechanischen Komponenten ist der GII-Kompressor von MECO extrem leise. Der Betrieb liegt bei 72 bis 85 Dezibel und damit unter den OSHA-Anforderungen für Gehörschutz. Das Personal im Wasserraum braucht keinen Gehörschutz, was eine angenehmere Arbeitsumgebung schafft. Aus Sicht der Anlage gibt dies dem Betrieb die Freiheit, das Büropersonal näher am Wasserraum zu platzieren, ohne große Lärmschutzmaßnahmen zu installieren.

3. Ausbau des Verdichters

Der Kompressor ist so platziert, dass er leicht zugänglich ist und bei Bedarf entfernt werden kann. Der GII kann innerhalb von zwei Stunden komplett ausgetauscht werden, was eine minimale Betriebsunterbrechung gewährleistet. Darüber hinaus ist der Kompressor integral montiert, so dass keine übermäßigen Rohrleitungen und Dichtungen erforderlich sind.

4. Schnelles Starten Hot Standby

Die Vertikalrohr-VC-Verdampfer von MECO arbeiten mit einer Heizschlange im Inneren des Verdampfers und einem fortschrittlichen Regelsystem, das ein schnelles Aufheizen und einen heißen Standby-Betrieb ermöglicht. Aus dem kalten Zustand heraus können MECO-Anlagen innerhalb von 45 Minuten in Betrieb genommen werden. Außerdem lassen sie sich sofort und zuverlässig aus dem heißen Standby-Zustand starten. MECO bietet auch Plattenwärmetauscher anstelle von Heizschlangen an. Plattenwärmetauscher bieten niedrigere Betriebskosten und eine höhere Wärmeaustauschrate.

5. Erweiterte Automatisierungssteuerungen

MECO VC-Steuerungen sind weiterhin für Kunden anpassbar. Wir können kundenspezifische Tags für die speicherprogrammierbaren Steuerungen einbauen. Außerdem sind MECO VC-Anlagen vollautomatisch und selbstdiagnostisch. Unser Steuerungssystem ist außerdem 21 CFR Part 11-konform. Die Systeme können so konfiguriert werden, dass sie mit dem Datenerfassungssystem der jeweiligen Einrichtung zusammenarbeiten.

6. MECO smartANALYTICSTM

MECO hat nun Zugang zu den von Still generierten Wartungsdaten. Mit diesen Daten können wir ein Profil des Anlagenbetriebs erstellen. Sie erhalten Zugang zur vorausschauenden Wartung mit proaktiver Planung auf der Grundlage der Still-Daten. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie den Anwendern, den Betrieb zu optimieren und Kosteneinsparungen zu maximieren - eine frühzeitige Problemerkennung vermeidet Ausfallzeiten und teure Reparaturen.

Fortschrittliche WFI-Lösungen von MECO

MECOs Dampfkompressionsdestillierer sind auf Energieeffizienz ausgelegt, und unsere VC-Anlagen sind die energieeffizientesten in der Branche. MECOs Verdampfer mit großer Oberfläche verbrauchen weniger Strom, was zu den niedrigsten Kosten pro tausend produzierter Gallonen führt. Darüber hinaus bietet unser VC-Retrofit-Service Steuerungssystem-Upgrades und Modernisierungen an, um die Lebensdauer von Destillatoren und Wasseraufbereitungssystemen zu verlängern.

Mit dem MECO-Vor-Ort-Service erhalten Kunden Installationsdienste, Unterstützung bei der Inbetriebnahme, präventive Wartungsverträge und vieles mehr. Wenden Sie sich noch heute an MECO, um unsere maßgeschneiderten Lösungen für die WFI-Erzeugung kennenzulernen!

MECO Webinar Ein wesentlicher Überblick über die Dampfkompressions-Technologie für die WFI-Produktion from MECO Marketing on Vimeo.