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Acqua per iniezione / biofarmaceutica
Inviato da: Natolie Herold

Come produrre acqua per iniezione con la distillazione per compressione di vapore

L'acqua per iniezione (WFI) è un elemento critico dell'industria biofarmaceutica. La distillazione a compressione di vapore utilizza il calore per far evaporare l'acqua e produrre WFI. La comprensione della tecnologia a compressione di vapore per la WFI consente alle strutture di scegliere l'apparecchiatura più efficiente e affidabile per il lavoro da svolgere.

 

Questo articolo approfondisce l'uso dei distillatori a compressione di vapore per la produzione di acqua per iniezione. L'innovativo VC Still di MECO migliora l'efficienza e l'affidabilità nella creazione di WFI di alta qualità. La comprensione dei componenti di un sistema di distillazione a compressione di vapore acqueo, compreso il nostro compressore GII Centurbo™, può aiutarvi a prendere decisioni migliori per la vostra azienda in merito al tipo di sistema migliore per la generazione di WFI.

 

È possibile scaricare qui un'analisi completa dei costi di quattro progetti di sistemi per la generazione di acqua per iniezione.

 

Distillazione a compressione di vapore per WFI

Durante il metodo di distillazione a compressione di vapore, una parte dell'acqua di alimentazione viene evaporata e il vapore viene inviato al compressore. Qui l'energia meccanica viene utilizzata per comprimere il vapore, aumentandone la pressione e la temperatura. Il vapore viene quindi condensato per formare l'acqua prodotta, chiamata distillato. Il calore rilasciato dal vapore condensato viene riciclato e utilizzato per evaporare l'acqua di alimentazione.

Componenti del sistema di distillazione a compressione del vapore acqueo

Il Vapor Compressor (VC) Still contiene un singolo evaporatore dove l'acqua di alimentazione bolle, convertendo il vapore, e dove il vapore, dopo aver attraversato il demister del separatore, condensa per formare WFI. Gli altri componenti principali includono:

  1. Un azionamento diretto
  2. Compressore centrifugo
  3. Decarbonatore
  4. Scambiatori di calore, compresi il riscaldatore di alimentazione, il raffreddatore di blowdown, il raffreddatore del distillato e la pompa del distillato.

Design del distillatore a compressione di vapore MECO

L'evaporatore MECO è a circolazione naturale a tubi verticali. La disposizione verticale consente all'acqua di alimentazione di trovarsi all'interno dei tubi, con numerosi vantaggi per il funzionamento e la manutenzione. L'ebollizione dell'acqua di alimentazione all'interno dei tubi consente al flusso di risalire il tubo e di tornare alla base dell'evaporatore. Questo tipo di sistema è chiamato evaporatore a circolazione naturale.

I sistemi VC che utilizzano un evaporatore a tubi orizzontali devono forzare la circolazione utilizzando pompe e ugelli di spruzzatura, aumentando i costi operativi e di manutenzione. L'acqua di alimentazione deve essere adeguatamente pretrattata, con declorazione, deionizzazione a osmosi inversa o addolcimento, per evitare incrostazioni e corrosione in qualsiasi sistema di tipo evaporativo. Tuttavia, possono verificarsi degli inconvenienti nel pretrattamento e, quando si verificano, i vantaggi dell'NCE con acqua di alimentazione sull'ID dei tubi diventano evidenti:

  1. Nessun ugello di spruzzo: Non ci sono ugelli che si intasano. Di conseguenza, le incrostazioni vengono rimosse con soluzioni detergenti in modo uniforme su tutta la superficie del tubo.
  2. Nessun blocco: Lo spazio per le incrostazioni sul diametro interno del tubo è sostanzialmente maggiore rispetto allo spazio per le incrostazioni tra la superficie esterna dei tubi in un fascio orizzontale. Il design verticale a circolazione naturale non funziona fino al punto in cui le incrostazioni bloccano l'ID del tubo dell'evaporatore.
  3. Nessun danno chimico: I sistemi a spruzzo depositano tipicamente le incrostazioni in aree isolate, esponendo altre aree del fascio tubiero. Le successive pulizie chimiche attaccheranno il metallo nudo rimuovendo i depositi di calcare isolati. Le incrostazioni presenti nell'acqua di alimentazione del tubo possono essere spazzolate via da un evaporatore a tubo verticale. Al contrario, è fisicamente impossibile pulire meccanicamente i fanghi dall'esterno di un tubo all'interno di un fascio tubiero orizzontale.
  4. Spazio efficiente: Il design verticale consente un uso molto più efficiente dello spazio, riducendo al minimo l'ingombro del sistema. Le valvole e la strumentazione sono facilmente accessibili con un'altezza di lavoro normale.

Fogli di tubo

La sezione evaporativa dell'alambicco VC, comunemente chiamata Colandrea, contiene il downcomer del banco tubi, la cassa del vapore, la curva e la cassa del distillato. L'acqua di alimentazione bolle lungo l'ID dei tubi, trasformandosi in vapore. L'acqua che non evapora ritorna nel downcomer. Tutti i distillatori MECO VC utilizzano un design a tubi dritti che richiede due fogli di tubi con i tubi arrotolati ed espansi ad entrambe le estremità. È più costoso, ma presenta diversi vantaggi:

  1. Sostituire facilmente i tubi senza disturbare i tubi adiacenti e senza dover scartare l'intero fascio.
  2. Questo design consente a MECO di fornire una finitura esterna di 25 ra o superiore sulla superficie a contatto con il distillato.
  3. L'uso di due fogli di tubo fissa il fascio a entrambe le estremità, eliminando la necessità di un deflettore in un fascio di tubi a U singolo. Il diaframma può causare fessure, graffi superficiali e problemi di corrosione.
  4. Il design a tubi dritti elimina la necessità di piegare i tubi, che è insita nel design a tubi a U. In assenza di trattamento termico, la piegatura dei tubi comporta tensioni residue che rendono il fascio più suscettibile alla corrosione e alterano la finitura superficiale in corrispondenza delle curve.

Decarbonatore dell'acqua di alimentazione

Gli acciai inossidabili sono soggetti a cricche da tensocorrosione e diversi fattori possono influenzare la suscettibilità di un evaporatore. Questi fattori sono in genere funzione dell'ambiente operativo, come la qualità dell'acqua, la temperatura di esercizio e i materiali e le tecniche di costruzione.

Il processo di MECO nell'evaporatore tiene conto degli effetti dell'ambiente operativo. In particolare, gli alambicchi MECO sono dotati di un disaeratore nel flusso dell'acqua di alimentazione per rimuovere l'ossigeno, l'anidride carbonica e altri gas non condensabili prima che i loro effetti nocivi possano avere un impatto sull'evaporatore.

Sistema di generazione WFI con compressione del vapore

Vediamo il processo di generazione del WFI con un VC Still:

  1. L'acqua di alimentazione entra nell'unità e si divide tra il raffreddatore del distillato e il raffreddatore del blowdown.
  2. Questi due scambiatori di calore preriscaldano l'acqua di alimentazione e raffreddano il distillato WFI e il blowdown dell'evaporatore.
  3. L'acqua di alimentazione si ricombina e fluisce nel riscaldatore di alimentazione.
  4. Il vapore dell'impianto viene introdotto nel riscaldatore di alimentazione per riscaldare ulteriormente l'acqua di alimentazione alla temperatura corretta prima che entri nel decarbonatore.
  5. Il decarbonatore rimuoveCO2, O2 e altri gas non condensabili prima di entrare nell'evaporatore. Ciò contribuisce a ridurre la corrosione dell'unità e a diminuire la conduttività dei prodotti WFI.
  6. Da qui, l'acqua di alimentazione esce dal decarbonatore e raggiunge il fondo dell'evaporatore. La testa inferiore dell'evaporatore è costituita da una serpentina di vapore, che riscalda l'acqua di alimentazione durante l'avvio iniziale. Inoltre, mantiene l'unità a una temperatura di auto-sanificazione, chiamata modalità standby a caldo. Quando Still non genera WFI, la serpentina di vapore consente la produzione quasi istantanea di WFI quando il serbatoio di stoccaggio a valle richiede acqua.
  7. Da qui, l'acqua di alimentazione bolle all'interno dei vapori generati dal tubo dell'evaporatore, che vengono poi indirizzati attraverso il nostro separatore. L'acqua che non si trasforma in vapore ricircola verso il fondo della testa dell'evaporatore attraverso un downcomer.
  8. Poi, una parte di questo ritorno viene ribollita e una parte viene rimossa nel blowdown. Il compressore preleva da lì il vapore puro. L'energia impartita si traduce in vapore compresso a pressione e temperatura maggiori.
  9. Il vapore ad alta energia viene quindi scaricato nuovamente nell'evaporatore all'esterno dei tubi dell'evaporatore. Qui il vapore si condensa e cede il suo calore latente, che viene trasferito attraverso la parete del tubo all'acqua di alimentazione all'interno dei tubi.
  10. Il condensato di vapore puro all'esterno dei tubi si raccoglie sul fondo e viene prelevato dalla pompa del distillato. Viene scaricato attraverso uno o più scambiatori di calore.
  11. Quindi, un misuratore di conducibilità in linea controlla la qualità dell'acqua distillata e la indirizza a un serbatoio di stoccaggio WFI o allo scarico come rifiuto.

Compressore GII Centurbo™ di MECO

MECO opera nel mercato biofarmaceutico da oltre 40 anni. Durante questo periodo, abbiamo fornito diversi distillatori a compressione di vapore a molti stabilimenti farmaceutici del settore. Le tecnologie convenzionali di questi compressori erano in genere costituite da un gruppo compressore dedicato che veniva poi collegato a un sistema a cinghia o a un accoppiamento con una fonte di energia dedicata. Siamo stati in grado di eliminare molti dei componenti meccanici che avrebbero portato all'usura o alla sostituzione.

Il nostro compressore GII Centurbo™ utilizza un approccio ad alta densità energetica. È raffreddato a liquido, quindi non c'è calore che debba essere espulso dalla parte elettrica del motore. Tutto il calore viene assorbito da un sistema di raffreddamento dedicato. Anche i cuscinetti sono alimentati da un flusso d'aria che ne favorisce il raffreddamento.

Poiché il GII Centurbo™ è ad alta energia, il suo peso e la sua massa sono molto ridotti rispetto a motori equivalenti della stessa potenza. I sistemi di cuscinetti sono in genere valutati per oltre 6 anni di vita utile sul campo.

Il GII Centurbo™ utilizza un sistema di lubrificazione ad olio d'aria, il top della tecnologia per quanto riguarda i sistemi di lubrificazione dei cuscinetti. L'olio che arriva ai cuscinetti finisce in una coppa di scarico, senza bisogno di alcun sistema di filtraggio o raffreddamento. Il serbatoio che contiene l'olio può durare fino a sei mesi di funzionamento. Poiché l'olio non viene spruzzato ad alta velocità, non c'è rischio di trascinamento dell'olio nell'aria in uscita dall'unità. Non ci sono pompe di ricircolo o ugelli di spruzzatura, né filtri, né scambiatori di calore e sistemi di pompaggio da mantenere.

Uno dei maggiori vantaggi del compressore GII è che è controllato da un VFD, quindi il compressore stesso è a velocità variabile.

Il miglior sistema di compressione del vapore per WFI

Il VC Still di MECO offre il meglio dell'innovazione e delle prestazioni del settore. Elevate la vostra distillazione a compressione di vapore per WFI con questi vantaggi:

1. Facilità di accesso

Come tutti i prodotti MECO, il nostro sistema di compressione dei vapori è stato progettato per essere il più facilmente accessibile possibile. Il posizionamento del compressore GII consente una facile sostituzione. La pompa del distillato e il sistema aria/olio sono facilmente accessibili dal bordo dello skid. Non sono incastrati tra gli altri componenti, garantendo un facile accesso.

2. Funzionamento più silenzioso

L'eliminazione di cinghie e altri componenti meccanici rende il compressore GII di MECO estremamente silenzioso. Il funzionamento si attesta tra i 72 e gli 85 decibel, al di sotto dei requisiti OSHA per la protezione dell'udito. Il personale nella sala d'acqua non ha bisogno di protezioni per l'udito, creando un ambiente di lavoro più confortevole. Dal punto di vista dell'impianto, ciò consente di avvicinare il personale dell'ufficio alla sala dell'acqua senza dover installare grandi misure di abbattimento del rumore.

3. Rimozione del compressore

La posizione del compressore ne facilita l'accesso e la rimozione in caso di necessità. Il GII può essere sostituito completamente in due ore, garantendo un'interruzione minima del servizio. Inoltre, il compressore è montato in modo integrato, eliminando la necessità di un'eccessiva canalizzazione e di guarnizioni.

4. Avvio rapido Standby a caldo

Gli evaporatori a tubo verticale VC di MECO utilizzano una serpentina di riscaldamento all'interno dell'evaporatore e un sistema di controllo avanzato per garantire un rapido riscaldamento e un funzionamento in standby a caldo. Da una condizione di freddo, gli impianti MECO possono entrare in funzione in 45 minuti. Inoltre, vengono avviati in modo istantaneo e affidabile da una condizione di standby a caldo. MECO offre anche scambiatori di calore a piastre al posto delle serpentine di riscaldamento. Gli scambiatori di calore a piastre consentono di ridurre i costi delle utenze e di aumentare il tasso di scambio termico.

5. Controlli di automazione avanzati

I controlli MECO VC sono ancora personalizzabili per i clienti. Siamo in grado di realizzare etichette personalizzate per i controllori logici programmabili. Inoltre, gli impianti MECO VC sono completamente automatizzati e autodiagnostici. Il nostro sistema di controllo è anche conforme alla normativa 21 CFR Part 11. I sistemi possono essere configurati per cooperare con il sistema di raccolta dati di ogni struttura.

6. MECO smartANALYTICSTM

MECO ha ora accesso ai dati di manutenzione generati da Still. Con questi dati, possiamo profilare il funzionamento delle apparecchiature. È possibile accedere alla manutenzione predittiva con una programmazione proattiva basata sui dati Still. Inoltre, questa tecnologia consente agli utenti di ottimizzare le operazioni e massimizzare i risparmi: l'identificazione precoce dei problemi evita i tempi di fermo e le costose riparazioni.

Soluzioni WFI avanzate di MECO

Il distillatore a compressione di vapore MECO è progettato tenendo conto dell'efficienza energetica e i nostri impianti VC sono i più efficienti del settore. Gli evaporatori ad ampia superficie di MECO consumano meno energia elettrica, il che si traduce nel costo più basso per mille galloni prodotti. Inoltre, il nostro servizio di retrofit VC offre aggiornamenti del sistema di controllo e ristrutturazioni per estendere la durata dei distillatori e dei sistemi di trattamento dell'acqua.

Con i servizi MECO in loco, i clienti ottengono servizi di installazione, assistenza all'avviamento, contratti di manutenzione preventiva e altro ancora. Contattate MECO oggi stesso per esplorare le nostre soluzioni personalizzate di sistemi di generazione WFI!

Webinar MECO Una rassegna essenziale della tecnologia di compressione dei vapori per la produzione di WFI from MECO Marketing on Vimeo.