Was ist der Unterschied zwischen Brüdenkompression und Mehrfacheffekt-Destillation?
Wasser für Injektionszwecke (WFI) ist für die parenterale Verabreichung von Arzneimitteln von entscheidender Bedeutung, da dieses extrem reine Wasser die Verdünnung von pharmazeutischen Substanzen für die Injektion oder intravenöse Anwendung ermöglicht. Die Herstellung von möglichst reinem Wasser für diesen Zweck kann durch zwei gängige Methoden erfolgen - Dampfkompression (VC) und Mehrfacheffektdestillation (MED).
Bevor das Wasser einem dieser Verfahren unterzogen wird, muss es eine Reihe von Vorreinigungsmaßnahmen durchlaufen, zu denen möglicherweise Dichlorierung, Enthärtung, Deionisierung, UV-Desinfektion oder Umkehrosmose gehören. Erst dann ist es bereit für die VC- oder MED-Verarbeitung, um den für die Verwendung als Wasser für Injektionszwecke erforderlichen Reinheitsgrad zu erreichen.
Der Vergleich zwischen Dampfkompression und Mehrfacheffekt-Destillation erfordert ein Verständnis der beiden Verfahren und ihrer unterschiedlichen Ansätze.
Was ist der Dampfkompressions-Destillationskreislauf und wie funktioniert er?
Ursprünglich konzipiert Ursprünglich für Entsalzungszwecke entwickelt, ist das Vapor Compression (VC)-Konzept ist ein Destillationsverfahren, das aus einem einzigen Verdampfer besteht, in dem das Speisewasser kocht und in Dampf umgewandelt wird, der dann kondensiert wird, um Wasser zur Injektion (WFI). Der Dampf durchläuft eine Vorwärm- und Entkohlungs-Vorwärmzyklus bevor er in einen Kompressor gelangt, der CO2, Sauerstoff und andere gelöste Gase aus dem Speisewasser entfernt, bevor es in den Dampfverdampfer gelangt, wodurch die Korrosion und die Leitfähigkeit des WFI-Endprodukts verringert werden. Dieses System erhöht den Druck des Dampfes auf etwa 3 ½ psi und leitet ihn an die Außenseite der Rohre im Verdampfer. Die Wärmewirtschaftlichkeit oder Effizienz des VC-Prozesses ergibt sich aus der Rückgewinnung latenter Wärme, wodurch ein separater Kondensator, der Kühlwasser verwendet, überflüssig wird.
Wenn das Wasser zu Dampf wird, wird es durch Rohre aufgefangen und in einen Demister geleitet, um mitgerissene Feststofftröpfchen zu entfernen. Der verbleibende reine Dampf Kondensat sammelt sich an der Außenseite der Verdampferrohre als Destillat, dann sammelt sich dann am Boden des Rohrbodens und wird von einer Destillatpumpe abgezogen, die es durch einen oder mehrere Rohrbündelwärmetauscher leitet. In VC-Systemen wird das Speisewasser über Wärmetauscher vorgewärmt und in den Dampfverdampfer eingeleitet, wo es bei etwa 1 psi siedet.
Von dort wird es mit einer Destillationspumpe durch einen Kühler geleitet, wo es zu WFI wird. Die Dampfkompressionsdestillation kann WFI sowohl bei heißen als auch bei Umgebungstemperaturen erzeugen, ohne dass Kühlwasser benötigt wird, indem einige zusätzliche Destillatkühler hinzugefügt werden.
Was ist Multieffekt-Destillation?
Die vielfältigen Wirkungen, die dem MED-Verfahren seinen Namen geben, ergeben sich daraus, dass das Wasser mehrere verschiedene "Wirkungen" oder Zellen durchläuft, um das Ziel der Reinigung zu erreichen, in der Regel zwischen 3 und 8. Anlagendampf wird dem ersten Effekt zugeführt, um das Wasser zu erhitzen und erzeugen reinen Dampf. Jeder Effekt ist ein Druckbehälter, der einem Rohrbündelwärmetauscher ähnelt, mit einem verlängerten Kopf für die Dampfauskopplung. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine Naturumlauf- oder Steigfilmkonstruktion, bei der das Speisewasser durch die Rohre nach oben fließt und der Anlagendampf auf der Mantelseite eingeleitet wird.
Der erste Effekt arbeitet mit einem Druck von 60-80 psi, wobei der Dampf an der Außenseite der Rohre kondensiert und Wärme an das Wasser im Inneren überträgt, um mehr reinen Dampf zu erzeugen. Der Dampf des letzten Effekts wird zu einem Speisewasserkondensator geleitet, der das Speisewasser zum Kondensieren, Kühlen und Heizen verwendet. MED-Systeme benötigen separate Kondensatoren mit Kühlwasser, in denen der Reindampf aus dem letzten Effekt kondensiert und der Restdampf auf die vorgesehene Temperatur unterkühlt wird.
MED arbeitet bei höheren Temperaturen und Drücken als VC-Systeme, was eine bessere Speisewasserqualität erfordert. Jeder Effekt trägt zu einem Teil des gesamten WFI-Ausstoßes bei und stellt sicher, dass das Wasser die Qualitätsanforderungen erfüllt, während die Kesselsteinbildung durch ein Abschlämmverfahren minimiert wird. Der verbleibende Dampf wird der bisher kältesten Temperatur ausgesetzt, wodurch er am Wärmetauscher kondensiert und zu Destillat wird. Dieses Destillat, jetzt WFI, wird dann über eine Pumpe abgezogen.
Die Vorteile der Brüdenkompression und der Mehrfacheffektdestillation
Obwohl beide wirksam sind Klärsysteme nutzening ähnliche Prinzipien nutzen, haben MED und VC zahlreiche unterschiedliche Vorteile. Während die Mehrfachdestillation seit langem die am häufigsten eingesetzte Methode zur Wasserreinigung ist, hat die Dampfkompression aufgrund einiger ihrer attraktiven Vorteile als Alternative an Bedeutung gewonnen.
Beide Systeme produzieren gereinigtes Wasser und das strenger regulierte Water for Injection (WFI) und gewährleisten eine 100%ige Abtötung von Mikroorganismen durch den Betrieb bei selbstreinigenden Temperaturen. Mit der richtigen Vorbehandlung können beide Systeme die Pharmakopöe-Monographien erfüllen. VC ist in der Lage, WFI bei Raumtemperatur ohne Kühlwasser zu produzieren, während MED reinen Dampf für Kopfstücke liefern kann. Welches Verfahren für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, hängt von der benötigten Wassermenge und der Art des Betriebs ab.
Die Vorteile der Vapor Compression
Jedes Destillationsverfahren erfordert ein gewisses Maß an Speisewasservorbehandlung. Allerdings, Dampfkompressionssysteme arbeiten jedoch bei einer niedrigeren Temperatur als Multieffektsysteme, was ihnen eine größere Toleranz gegenüber Chlorid und Siliziumdioxid verleiht, Komponenten, die bei extremer Hitze Ablagerungen und Korrosion verursachen können. Sie können daher Speisewasser nach einer Enthärtungsbehandlung annehmen, während bei MED-Anlagen zuerst eine Umkehrosmose und eine Entchlorung erfolgen muss.
Zu den Vorteilen der Vapor Compression (VC) gehört ein geringerer Dampf- und Kühlwasserbedarf der Anlage aufgrund ihrer thermischen Effizienz, da das Verfahren latente Wärme zurückgewinnt und somit einen separaten Kondensator überflüssig macht. VC-Systeme können sowohl heißes als auch kaltes WFI produzieren, ohne dass Kühlwasser benötigt wird. Durch Hinzufügen einiger zusätzlicher Destillatkühler ist eine Produktion bei einer Temperatur von etwa 25 Grad über der Temperatur des eingehenden Speisewassers möglich. Dank dieser Flexibilität können VC-Destillierapparate den verschiedenen Temperaturanforderungen bei der WFI-Produktion gerecht werden.
Von beidem, sind Dampfkompressionssysteme im Allgemeinen effizienter im Allgemeinen effizienter. Sie nutzen die erzeugte Wärme kontinuierlich wieder, und die gereinigten mitgerissenen Tropfen, die vor der Destillation entfernt werden, kehren einfach in das Speisewasser zurück, um erneut verarbeitet zu werden. Dies führt zu allgemein niedrigeren Betriebskosten aufgrund ihrer thermischen Effizienz und minimalen Vorbehandlungsanforderungen. Die Möglichkeit, enthärtetes, entchlortes Wasser direkt und ohne umfangreiche Vorbehandlung zu verwenden, unterstreicht die Kosteneffizienz von VC-Systemen zusätzlich. Die Dampfkompression bietet außerdem den Vorteil, dass aufgrund ihrer Verarbeitungsmethoden sowohl heißes als auch kaltes WFI erzeugt werden kann.
Darüber hinaus haben VC-Systeme im Vergleich zu Mehrfacheffekt-Destillationssystemen in der Regel eine geringere Stellfläche, was zu erheblichen Platzeinsparungen und damit verbundenen Immobilienkosten in einer Anlage führen kann.
MECOs GII-Kompressor
Der Kompressor, den MECO für unseren VC entwickelt hat und selbst herstellt, heißt GII Centurbo™-Kompressor. Es ist ein Direktantrieb Kompressor mit dem Laufrad direkt an der Motorwelle befestigt, wodurch die Notwendigkeit für flexible Kupplungen, Seilscheiben und Getriebe. Der GII Centurbo™ Verdichter wird direkt auf den Dampfverdampfer montiert, wodurch die Wartung der Rohrleitungen entfällt.
Unser patentiertes GII bietet mehrere Vorteile Centurbo™-Kompressor. Das kompakte Design bedeutet, dass es innerhalb von 1-2 Stunden installiert werden kann und für die Wartung leichter zugänglich ist. Das Laufrad und die Ansaugglocke werden aus Inconel und 316er Edelstahl gegossen und anschließend bearbeitet, um eine glatte und homogene Oberflächengüte von weniger als 25Ra zu erzielen.Der GII Centurbo™ Kompressor besteht aus weniger als 10% der Teile von anderen Industriekompressoren für VC-Brennereien.
Bei einem typischen GII-Kompressor führt eine Reduzierung der Kompressordrehzahl um 25 % zu einer Verringerung des Stromverbrauchs um 50 %. Eine weitere Reduzierung der Kompressordrehzahl um 50 % führt zu einer Verringerung des Stromverbrauchs um 80 %. Beachten Sie, dass die Kompressordrehzahl direkt und proportional mit der Destillatproduktion verbunden ist. Ein MECO VC kann also die Hälfte der angegebenen Durchflussmenge produzieren und ein Fünftel des Stromverbrauchs aufweisen. Das liegt daran, dass wir einen VFD (Variable Frequency Drive, manchmal auch als Variable Speed Drive (VSD) bezeichnet) einsetzen, um das Leistungsgesetz zu nutzen und den Kompressor effizient zu betreiben.
Am wichtigsten ist vielleicht der Einfluss des GII-Kompressors auf den Energieverbrauch des Dampfes. Die GII-Technologie ermöglicht eine variable Leistung Ihres Destilliergeräts innerhalb einer bestimmten maximalen Kapazität. Anstatt zu starten und zu stoppen, um einen festen Ausstoß zu produzieren, haben MECO GII Vaper-Kompressions-Wasserdestilliergeräte einen variablen Ausstoß, um verminderten oder steigenden Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Wie Sie aus dem Diagramm ersehen können, entspricht eine Reduzierung der Produktionskapazität um 25 % einer Reduzierung der Kompressorleistung um 40 %.
Wenn der Standort über die Kapazität des WFI-Tanks und einen flexiblen Produktionsverbrauch verfügt, kann der Betrieb mit niedrigeren Durchflussraten nicht nur Geld sparen, sondern die Systeme auch länger in Betrieb und heiß halten, was mechanische Vorteile mit sich bringt (weniger Starts und Stopps und damit weniger Verschleiß) und das Risiko für die Produktqualität verringert, da das System länger unter hochhygienischen Bedingungen betrieben wird.
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Die Vorteile der Mehrfacheffekt-Destillation
Die Mehrfacheffekt-Destillation (MED) eignet sich besonders für kleinere WFI-Anlagen, da sie die gleichzeitige Produktion von WFI und Reindampf mit Anlagendampf ermöglicht. Diese doppelte Fähigkeit kann für Anlagen von Vorteil sein, die zu einem bestimmten Zeitpunkt sowohl Reindampf als auch WFI benötigen.
Auch wenn es in mancher Hinsicht nicht ganz so effizient ist wie ein VC-System, hat das MED-System seine eigenen Vorteile. Es hat zwar immer noch eine Reihe beweglicher Teile, aber MED verbraucht tatsächlich weniger Strom, weil es keinen Kompressorantrieb hat. Darüber hinaus ermöglicht die modulare Bauweise des Mehrfacheffekts den Anlagen, die Größe des Systems entsprechend ihren Anforderungen zu wählen, wobei kleinere Einheiten wie Systeme mit drei Effekten eine deutlich geringere Anfangsinvestition darstellen.
Ein einzigartiger Vorteil der Destillation mit mehreren Effekten ist die Möglichkeit, den ersten Effekt für gereinigten Dampf zu nutzen. Einige MED-Konstruktionen von MECO machen sich diese Fähigkeit zunutze und ermöglichen es dem Benutzer, gleichzeitig WFI und Reindampf zu erzeugen. Einige erlauben sogar die Abgabe von gereinigtem Dampf aus mehreren Effekten. MED-Systeme gewährleisten eine robuste Wasserqualität, während ihre Mehrfachverdampfer-Effekte die Effizienz erhöhen, indem sie den Stromverbrauch senken, je mehr Effekte hinzugefügt werden.
Obwohl MED-Systeme für eine wirksame Kondensation und Unterkühlung separate Kondensatoren mit Kühlwasser benötigen, benötigen sie weniger Strom und haben einen geringeren Wartungsbedarf, da es weniger bewegliche Teile gibt. Während ihr auf Schwerkraft basierendes Einspeisesystem möglicherweise mehr Bauhöhe erfordertDiese Eigenschaften machen MED-Systeme zu einer guten Wahl für Anlagen mit besonderen Anforderungen an die Dampferzeugung und Qualitätssicherung.
Vergleich VC vs. MED für den operativen Bedarf
Beim Vergleich von Vapor Compression und Mehrfacheffekt-Destillation im Hinblick auf die betrieblichen Anforderungen spielen mehrere Faktoren eine Rolle, darunter die Qualität des Speisewassers, der Kapazitätsbedarf, die Betriebskosten und die Infrastruktur. Im Allgemeinen sind VC-Systeme im Vorfeld teurer, verursachen aber niedrigere Betriebskosten, insbesondere wenn sie zur Herstellung von kaltem WFI eingesetzt werden. Der Unterschied verringert sich jedoch erheblich, wenn man MED-Anlagen mit einer höheren Anzahl von Effekten und größeren Leistungsanforderungen vergleicht.
Für eine Einrichtung, die nur eine geringe Menge an gereinigtem Wasser benötigt und bei der der Platzbedarf im Vordergrund steht, können sich die höheren Kosten pro Gallone WFI für ein MED-System lohnen, das den betrieblichen Anforderungen besser entspricht.
Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Abwägung zwischen VC und MED ist die Qualität und Zusammensetzung des verfügbaren Speisewassers, da dies einen erheblichen Einfluss auf die Vorbehandlungsanforderungen für jedes System hat. VC-Systeme, die für Betriebe mit mittlerer bis großer Kapazität wirtschaftlicher sind, erfordern weniger Vorbehandlung und haben eine kleinere Stellfläche, was Platz und Kosten spart. Im Gegensatz dazu sind MED-Systeme ideal für kleinere WFI-Bedürfnisse, da sie gleichzeitig WFI und Reindampf erzeugen können. Bei der Wahl zwischen VC- und MED-Systemen sollten Faktoren wie Speisewasserqualität, Systemkapazität, Versorgungskosten und Verfügbarkeit der Infrastruktur berücksichtigt werden.
Betriebskosten, einschließlich Kapital-, Versorgungs- und Wartungskosten, sind ebenfalls wichtige Faktoren, die berücksichtigt werden müssen. Letztendlich erfüllen beide Technologien die WFI-Qualitätsanforderungen, und die Entscheidung sollte auf einer Analyse der Gesamtbetriebskosten und der standortspezifischen Einschränkungen beruhen.
Vorbehandlungsanforderungen und Überlegungen
Eine wirksame Vorbehandlung ist sowohl für Vapor Compression (VC)- als auch für Multiple Effect Distillation (MED)-Systeme unerlässlich, um eine qualitativ hochwertige Produktion von Water for Injection (WFI) zu gewährleisten. VC-Systeme profitieren von einem einfacheren und kostengünstigeren Vorbehandlungsprozess, da sie häufig enthärtetes, entchlortes Wasser verwenden können, ohne dass eine Umkehrosmose (RO) erforderlich ist, da es keinen Grenzwert für die Gesamtmenge der gelösten Feststoffe im Speisewasser gibt.
Andererseits arbeiten MED-Systeme bei höheren Temperaturen und erfordern in der Regel eine einstufige Umkehrosmose, um die Leitfähigkeitsgrenzwerte einzuhalten und den Härte- und Kieselsäuregehalt effektiv zu kontrollieren. Der Vorbehandlungsprozess für beide Systeme umfasst in der Regel Multimedia-Filter, Enthärter für die Entfernung von Härte und Kohlefilter für die Beseitigung von Chlor und Chloramin.
Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Speisewasserqualität ist von entscheidender Bedeutung, um die Kesselsteinbildung in den Destillierapparaten zu minimieren; Härtekesselstein wird in der Regel chemisch entfernt, während Kieselsäurekesselstein möglicherweise mechanisch entfernt werden muss. Die Einstellung geeigneter Abschlämmraten auf der Grundlage der Vorbehandlungsqualität ist für einen effizienten Betrieb und die Vermeidung von Ablagerungen von entscheidender Bedeutung. Um saisonale Schwankungen auszugleichen und eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten, werden regelmäßige Analysen der Speisewasserqualität dringend empfohlen.
Kostenanalyse und wirtschaftliche Erwägungen
Bei der Wahl zwischen Vapor Compression (VC)- und Multiple Effect Distillation (MED)-Systemen ist eine gründliche Kostenanalyse unerlässlich, die sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten umfasst. VC-Systeme sind im Allgemeinen effizienter und kostengünstiger, insbesondere bei enthärtetem Speisewasser, da sie weniger Dampf und Kühlwasser benötigen, was sich in geringeren Betriebskosten niederschlägt.
Im Gegensatz dazu kann die Hinzufügung von Effekten zu einem MED-System zwar den Energieverbrauch senken, aber nicht die WFI-Leistung erhöhen, was eine detaillierte Untersuchung der Versorgungskosten und der Gesamtbetriebskosten erforderlich macht. Bei der Entscheidung sollten standortspezifische Faktoren wie Versorgungskosten, Speisewasserqualität und Vorbehandlungsbedarf berücksichtigt werden.
Die Durchführung detaillierter Kostenvergleiche, einschließlich der Investitions- und Betriebskosten, ist entscheidend für die Bestimmung der Amortisationszeit und der wirtschaftlichen Tragfähigkeit jeder Technologie. Letztendlich sollte die Wahl auf einer umfassenden Bewertung aller damit verbundenen Kosten beruhen, um sicherzustellen, dass sie mit den betrieblichen und finanziellen Zielen der Einrichtung übereinstimmen.
Footprint und Infrastruktur Überlegungen
Platzbedarf und Infrastruktur sind entscheidende Faktoren bei der Wahl zwischen Vapor Compression (VC)- und Multiple Effect Distillation (MED)-Systemen. VC-Systeme haben in der Regel eine kleinere Grundfläche als MED-Systeme, was zu Einsparungen bei den Platz- und Immobilienkosten führen kann. So ist beispielsweise ein VC-System mit 20 GPM im Allgemeinen kompakter als ein MED-System mit bis zu 5 oder 6 Effekten.
Es ist jedoch wichtig, auch die Vorbehandlungsinfrastruktur zu berücksichtigen. MED-Systeme erfordern oft eine umfangreiche Infrastruktur, einschließlich Umkehrosmose (RO) und Elektrodeionisation (EDI), sowie Enthärter, Multimediafilter und Kohlefilter.
Im Gegensatz dazu benötigen VC-Systeme, die mit enthärtetem Wasser betrieben werden können, in der Regel nur Multimedia-Filter, Enthärter und einen Kohlefilter, was zu einer schlankeren Installation führt. Bei der Entscheidung sollten der verfügbare Platz, die Kapazität der Infrastruktur und etwaige Änderungen, die für beide Systeme erforderlich sind, sorgfältig berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass sie die räumlichen und betrieblichen Anforderungen der Einrichtung effektiv erfüllen.
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