Quelle est la différence entre la compression de vapeur et la distillation à effets multiples ?
L'eau pour injection (WFI) est essentielle pour l'administration de médicaments par voie parentérale, car cette eau extrêmement pure permet de diluer les substances pharmaceutiques pour l'injection ou l'application intraveineuse. La création de l'eau la plus pure possible à cette fin peut être réalisée à l'aide de deux méthodologies courantes : la compression de vapeur (VC) et la distillation à effets multiples (MED).
Avant d'être soumise à l'un de ces processus, l'eau doit passer par une série de mesures de purification initiales, notamment la dichlorination, l'adoucissement, la déionisation, la désinfection aux UV ou l'osmose inverse. Ce n'est qu'ensuite qu'elle est prête pour le traitement VC ou MED qui lui permet d'atteindre le niveau de pureté requis pour une utilisation en tant qu'eau pour préparations injectables ?
Pour comparer la compression de vapeur et la distillation à effets multiples, il faut comprendre les deux procédés et leurs différences d'approche.
Qu'est-ce que le cycle de distillation par compression de vapeur et comment fonctionne-t-il ?
À l'origine conçu à des fins de dessalement, le concept de compression de vapeur (VC) est un processus de distillation consistant en un évaporateur unique où l'eau d'alimentation bout, se transformant en vapeur, qui est ensuite condensée pour former de l'eau pour injection. eau pour injection (WFI). La vapeur subit un cycle de chauffage initial de préchauffage et de décarbonisation avant d'entrer dans un compresseur qui élimine le CO2, l'oxygène et d'autres gaz dissous de l'eau d'alimentation avant d'entrer dans l'évaporateur de vapeur, ce qui contribue à réduire la corrosion et la conductivité dans le produit WFI final. Ce système augmente la pression de la vapeur à environ 3 ½ psi, la dirigeant vers l'extérieur des tubes de l'évaporateur. L'économie thermique ou l'efficacité du processus VC résulte du recyclage de la chaleur latente, ce qui élimine le besoin d'un condenseur séparé qui utilise de l'eau de refroidissement.
Lorsque l'eau se transforme en vapeur, elle est captée par des tubes et acheminée vers un désembuage pour éliminer les gouttelettes solides entraînées. La vapeur pure restante condensat s'accumule à l'extérieur des tubes de l'évaporateur sous forme de distillat. Il s'accumule ensuite au fond de la plaque tubulaire et est prélevé par une pompe à distillat, qui l'évacue à travers un ou plusieurs échangeurs de chaleur à tubes et à calandre. Dans les systèmes VC, l'eau d'alimentation est préchauffée par des échangeurs de chaleur et introduite dans l'évaporateur de vapeur pour bouillir à environ 1 psi.
De là, une pompe de distillation le fait passer par un refroidisseur, après quoi il devient du WFI. La distillation par compression de vapeur peut produire du WFI à des températures chaudes ou ambiantes sans nécessiter d'eau de refroidissement en ajoutant quelques refroidisseurs de distillat supplémentaires.
Qu'est-ce que la distillation à effets multiples ?
Les effets multiples qui donnent son nom au procédé MED proviennent du fait que l'eau passe par plusieurs "effets" ou cellules différents pour atteindre l'objectif de purification, généralement compris entre 3 et 8. La vapeur de l'usine est acheminée vers le premier effet pour chauffer l'eau et l'air. créer de la vapeur pure. Chaque effet est un récipient sous pression qui ressemble à un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire, avec une tête prolongée pour le désengagement de la vapeur. Le processus implique une circulation naturelle, ou une conception à film ascendant, où l'eau d'alimentation circule vers le haut à travers les tubes, et la vapeur de l'usine est introduite du côté de l'enveloppe.
Le premier effet fonctionne à des pressions de 60-80 psi, la vapeur se condensant à l'extérieur des tubes, transférant la chaleur à l'eau à l'intérieur pour produire davantage de vapeur pure. La vapeur du dernier effet est dirigée vers un condenseur d'eau d'alimentation, utilisant l'eau d'alimentation pour la condenser, la refroidir et la chauffer. Les systèmes MED nécessitent des condenseurs séparés utilisant de l'eau de refroidissement, où la vapeur pure du dernier effet est condensée et toute vapeur restante est sous-refroidie à la température prévue.
MED fonctionne à des températures et des pressions plus élevées que les systèmes VC, ce qui nécessite une meilleure qualité de l'eau d'alimentation. Chaque effet contribue à une partie de la production totale de WFI, en veillant à ce que l'eau réponde aux exigences de qualité tout en minimisant la formation de tartre grâce à un processus de purge. La vapeur restante est exposée à la température la plus froide, ce qui provoque sa condensation sur l'échangeur de chaleur et la transforme en distillat. Ce distillat, devenu WFI, est ensuite extrait à l'aide d'une pompe.
Les avantages de la compression des vapeurs et de la distillation à effets multiples
Bien qu'ils soient tous deux efficaces les systèmes de purification l'utilisationprincipes principes similaires, MED et VC présentent de nombreux avantages distincts. Si la distillation à effets multiples est depuis longtemps la méthode la plus couramment utilisée pour la purification de l'eau, la compression de vapeur s'est imposée comme une alternative en raison de certains de ses avantages attrayants.
Les deux systèmes produisent de l'eau purifiée et de l'eau pour injection (WFI), plus strictement réglementée. (WFI), garantissant une élimination microbienne à 100 % en fonctionnant à des températures autonettoyantes. Ils peuvent tous deux répondre aux monographies pharmaceutiques avec un prétraitement approprié. Le VC est le seul à pouvoir produire de l'eau pour injection ambiante sans eau de refroidissement, tandis que le MED peut fournir de la vapeur pure pour les collecteurs. La meilleure solution pour une application donnée dépend du volume d'eau requis et de la nature de l'opération.
Les avantages de la compression de vapeur
Tout processus de distillation nécessite une certaine mesure de prétraitement de l'eau d'alimentation. Cependant, systèmes de compression de vapeur fonctionnent à une température plus basse que les systèmes à effets multiples, ce qui leur confère une plus grande tolérance à la présence de chlorure et de silice, des composants qui peuvent provoquer une accumulation et une corrosion lorsqu'ils sont exposés à une chaleur extrême. Ils peuvent donc accepter l'eau d'alimentation après un traitement d'adoucissement, alors que l'équipement MED exige qu'elle subisse d'abord une osmose inverse et une déchloration.
Les avantages de la compression de vapeur (VC) comprennent des besoins moindres en vapeur et en eau de refroidissement en raison de son efficacité thermique, car le processus recycle la chaleur latente, ce qui réduit la nécessité d'un condenseur séparé. Les systèmes VC peuvent produire de l'eau chaude et ambiante sans avoir besoin d'eau de refroidissement, ce qui permet de produire à environ 25 degrés au-dessus de la température de l'eau d'alimentation en ajoutant quelques refroidisseurs de distillat supplémentaires. Cette flexibilité permet aux alambics VC de répondre aux différentes exigences de température dans la production de WFI.
De ces deux types de systèmes, les systèmes à compression de vapeur sont plus efficaces en général. Ils réutilisent en permanence la chaleur qu'ils génèrent, et les gouttelettes entraînées purifiées retirées avant la distillation retournent simplement dans l'eau d'alimentation pour être traitées à nouveau. Cela se traduit par des coûts d'exploitation généralement réduits en raison de leur efficacité thermique et des exigences minimales en matière de prétraitement. La possibilité d'utiliser directement de l'eau adoucie et déchlorée, sans prétraitement important, met encore plus en évidence la rentabilité des systèmes VC. La compression de vapeur présente également l'avantage de produire de l'eau chaude et de l'eau ambiante grâce à ses méthodes de traitement.
En outre, les systèmes VC ont tendance à être moins encombrants que les systèmes de distillation à effets multiples, ce qui permet d'économiser de l'espace et les coûts immobiliers associés dans une installation.
Compresseur GII de MECO
Le compresseur que MECO a conçu et fabrique en interne pour notre VC still s'appelle GII Centurbo™ Compressor. Il s'agit d'un compresseur à entraînement direct dont la roue est fixée directement à l'arbre du moteur, ce qui élimine le besoin d'accouplements flexibles, de poulies et de boîtes d'engrenages. Le compresseur GII Centurbo™ est monté directement sur l'évaporateur de vapeur, ce qui élimine le travail d'entretien des conduits.
Les avantages de notre système breveté GII Centurbo™. La conception compacte signifie qu'il peut être installé en 1 à 2 heures et qu'il est plus facile d'y accéder pour l'entretien. La roue et la cloche d'aspiration sont moulées en Inconel et en acier inoxydable 316, puis usinées pour obtenir un état de surface lisse et homogène inférieur à 25Ra.Le compresseur GII CenturboLe compresseur GII Centurbo ™ comporte moins de 10 % des pièces des autres compresseurs industriels pour alambics VC. compresseurs industriels pour alambics VC.
Pour un compresseur GII typique, une réduction de 25 % de la vitesse du compresseur permet de réduire la consommation électrique de 50 %. En outre, une réduction de 50 % de la vitesse du compresseur permet de réduire la consommation d'électricité de 80 %. Il convient de noter que la vitesse du compresseur est directement et proportionnellement liée à la production de distillat. Ainsi, un MECO VC peut produire la moitié du débit indiqué, et un cinquième de la consommation électrique. Ceci est dû au fait que nous utilisons un VFD (Variable Frequency Drive, parfois connu sous le nom de Variable Speed Drive (VSD), pour utiliser la loi de puissance et faire fonctionner le compresseur de manière efficace.
Le plus important est peut-être l'impact du compresseur GII sur la consommation d'énergie de la vapeur. La technologie GII permet un rendement variable de votre distillateur à l'intérieur d'une capacité maximale donnée. Au lieu de démarrer et de s'arrêter pour produire un rendement fixe, les distillateurs d'eau à compression MECO GII ont un rendement variable pour répondre à des besoins de production réduits ou croissants. Comme le montre le tableau, une réduction de 25 % de la capacité de production se traduit par une réduction de 40 % de la puissance du compresseur.
Si le site dispose de la capacité du réservoir WFI et d'une consommation de production flexible, le fait de fonctionner à des débits inférieurs permet de maintenir les systèmes en fonctionnement et chauds plus longtemps, ce qui présente des avantages mécaniques (réduction des démarrages et des arrêts, ce qui réduit l'usure) et réduit le risque pour la qualité du produit car le système est maintenu dans des conditions sanitaires élevées pendant plus longtemps.
Pour en savoir plus sur nos de la technologie de compression de la vapeur.
Les avantages de la distillation à effets multiples
La distillation à effets multiples (MED) est particulièrement adaptée aux petits systèmes WFI, car elle permet la production simultanée de WFI et de vapeur pure à partir de la vapeur de l'usine. Cette double capacité peut être bénéfique pour les installations qui ont besoin à la fois de vapeur pure et de WFI à un moment donné.
Bien qu'il ne soit pas aussi efficace qu'un système VC à certains égards, l'équipement MED présente ses propres avantages. Il comporte toujours un certain nombre de pièces mobiles, mais MED consomme en fait moins d'énergie électrique du fait qu'il n'y a pas d'entraînement de compresseur. En outre, la nature modulaire de la conception à effets multiples permet aux usines de choisir la taille du système en fonction de leurs besoins, les unités plus petites telles que les systèmes à trois effets représentant un investissement initial nettement inférieur.
Un avantage unique de la distillation à effets multiples est la possibilité d'exploiter le premier effet pour obtenir de la vapeur purifiée. Certains modèles MED de MECO exploitent cette capacité et permettent à l'utilisateur de produire simultanément du WFI et de la vapeur pure. Certains permettent même de produire de la vapeur purifiée à partir de plusieurs effets. Les systèmes MED garantissent une qualité d'eau irréprochable, tandis que leurs multiples effets d'évaporation améliorent l'efficacité en réduisant la consommation d'énergie au fur et à mesure de l'ajout d'effets.
Bien que les systèmes MED nécessitent des condenseurs séparés avec de l'eau de refroidissement pour une condensation et un sous-refroidissement efficaces, ils demandent moins d'énergie électrique et nécessitent moins d'entretien en raison du nombre réduit de pièces mobiles. Bien que leur système d'alimentation par gravité peut nécessiter plus de hauteur d'élévationCes caractéristiques font des systèmes MED un choix efficace pour les installations ayant des exigences spécifiques en matière de production de vapeur et d'assurance qualité.
Comparaison entre VC et MED pour les besoins opérationnels
Lorsque l'on compare la compression de vapeur et la distillation à effets multiples pour les besoins opérationnels, plusieurs facteurs entrent en jeu, notamment la qualité de l'eau d'alimentation, les exigences en matière de capacité, les coûts des services publics et l'infrastructure. En général, les systèmes de compression de vapeur sont plus coûteux au départ, mais leurs coûts d'exploitation sont moins élevés, en particulier lorsqu'ils sont utilisés pour produire de l'eau froide. Cependant, la disparité s'amenuise considérablement lorsque l'on compare des unités MED avec un plus grand nombre d'effets et des exigences de production plus élevées.
Pour un établissement qui a besoin de peu d'eau purifiée et qui donne la priorité à l'espace au sol, l'augmentation du coût par gallon de WFI peut valoir la peine pour un système MED qui correspond mieux à ses besoins opérationnels.
Un autre point important dans le choix entre VC et MED est la qualité et la composition de l'eau d'alimentation disponible, car cela aura un impact significatif sur les exigences de prétraitement de chaque système. Les systèmes VC, qui sont plus économiques pour les opérations de moyenne à grande capacité, nécessitent moins de prétraitement et ont une empreinte plus petite, ce qui permet d'économiser de l'espace et de réduire les coûts. En revanche, les systèmes MED sont idéaux pour les petits besoins en WFI, car ils permettent la production simultanée de WFI et de vapeur pure. Le choix entre VC et MED doit tenir compte de facteurs tels que la qualité de l'eau d'alimentation, la capacité du système, les coûts des services publics et la disponibilité de l'infrastructure.
Les coûts d'exploitation, y compris les dépenses d'investissement, d'utilité et d'entretien, sont également des facteurs cruciaux à prendre en compte. En fin de compte, les deux technologies répondent aux exigences de qualité de l'IFM, et la décision doit être basée sur une analyse du coût total de possession et des contraintes spécifiques au site.
Exigences et considérations en matière de prétraitement
Un prétraitement efficace est essentiel pour les systèmes de compression de vapeur (VC) et de distillation à effets multiples (MED) afin de garantir une production d'eau pour injection (WFI) de haute qualité. Les systèmes VC bénéficient d'un processus de prétraitement plus simple et plus rentable, car ils peuvent souvent utiliser de l'eau adoucie et déchlorée sans avoir recours à l'osmose inverse (RO), en raison de l'absence de limite pour les solides dissous totaux (TDS) de l'eau d'alimentation.
D'autre part, les systèmes MED fonctionnent à des températures plus élevées et nécessitent généralement une OI à un seul passage pour respecter les limites de conductivité et gérer efficacement les niveaux de dureté et de silice. Le processus de prétraitement pour les deux systèmes comprend généralement des filtres multimédias, des adoucisseurs pour l'élimination de la dureté et des filtres à charbon pour l'élimination du chlore et des chloramines.
Le maintien d'une qualité appropriée de l'eau d'alimentation est crucial pour minimiser la formation de tartre dans les alambics ; le tartre dû à la dureté est généralement éliminé chimiquement, tandis que le tartre dû à la silice peut nécessiter une élimination mécanique. Le réglage des taux de purge appropriés en fonction de la qualité du prétraitement est vital pour un fonctionnement efficace et la prévention de l'entartrage. Pour tenir compte des variations saisonnières et maintenir des performances optimales, il est fortement recommandé de procéder à des analyses régulières de la qualité de l'eau d'alimentation.
Analyse des coûts et considérations économiques
Lors du choix entre les systèmes de compression de vapeur (VC) et de distillation à effets multiples (MED), il est essentiel de procéder à une analyse approfondie des coûts, englobant à la fois les dépenses d'investissement et les frais d'exploitation. Les systèmes de compression de vapeur sont généralement plus efficaces et plus rentables, en particulier avec de l'eau d'alimentation adoucie, en raison de leurs faibles besoins en vapeur et en eau de refroidissement, ce qui se traduit par une réduction des coûts d'exploitation.
En revanche, si l'ajout d'effets à un système MED peut réduire la consommation d'énergie, il n'augmente pas la production de WFI, ce qui nécessite un examen détaillé des coûts d'énergie et du coût total de possession. La décision doit tenir compte de facteurs spécifiques au site, tels que les coûts des services publics, la qualité de l'eau d'alimentation et les besoins de prétraitement.
La comparaison détaillée des coûts, y compris les dépenses d'investissement et les frais d'exploitation, est essentielle pour déterminer la période d'amortissement et la viabilité économique de chaque technologie. En fin de compte, le choix doit être basé sur une évaluation complète de tous les coûts associés, en veillant à l'alignement sur les objectifs opérationnels et financiers de l'installation.
Considérations relatives à l'encombrement et à l'infrastructure
L'encombrement et l'infrastructure sont des facteurs essentiels dans le choix entre les systèmes de compression de vapeur (VC) et les systèmes de distillation à effets multiples (MED). Les systèmes VC sont généralement moins encombrants que les systèmes MED, ce qui permet d'économiser de l'espace et de l'argent. Par exemple, un système VC de 20 GPM est généralement plus compact qu'un système MED comportant jusqu'à 5 ou 6 effets.
Cependant, il est également important de prendre en compte l'infrastructure de prétraitement. Les systèmes MED nécessitent souvent une infrastructure étendue, comprenant des skids d'osmose inverse (RO) et d'électrodéionisation (EDI), ainsi que des adoucisseurs, des filtres multimédias et des filtres à charbon.
En revanche, les systèmes VC, qui peuvent fonctionner avec de l'eau adoucie, n'ont généralement besoin que de filtres multimédias, d'adoucisseurs et d'un filtre à charbon, ce qui permet une installation plus rationnelle. La décision doit tenir compte de l'espace disponible, de la capacité de l'infrastructure et de toute modification nécessaire pour accueillir l'un ou l'autre système, afin de s'assurer qu'ils répondent efficacement aux besoins spatiaux et opérationnels de l'établissement.
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