PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024

Pumpen und Systeme

Pumpen und Systeme Membrandosierpumpen dig, hygienegerecht sowie robust für den Dauereinsatz ausgelegt sein. Detailliertes Wissen und langjährige Erfahrung beim hochgenauen Dosieren und Mischen konnte LEWA über Jahrzehnte im Bereich der Pumpenbereitstellung für die Prozesschromatografie großer OEMs nutzen. Seit einigen Jahren kommt dies nun auch der Kons truktion entsprechender Mischund Dosieranlagen für Oligosynthese- Kunden zugute. Package Units für individuelle Verdünnungsaufgaben Bei den konzipierten und beschriebenen Verdünnungsanlagen handelt es sich nicht um Standardanlagen, sondern um kundenspezifische Inline- Dosier- und Verdünnungsanlagen, die als Package Units (PU) für den jeweiligen Downstream-Prozess ausgelegt und konstruiert werden. So kann eine solche Anlage bis zu jeweils fünf – teilweise auch mehr – Prozesseingänge und -ausgänge sowie diverse weitere Anschlüsse etwa zum Spülen oder für Abwasser aufweisen, um einen flexiblen und fortlaufenden Fluidtransport zu gewährleisten. Durch die Zuführung der jeweiligen Synthesefluide wird ein Zyklus an chemischen Reaktionen initiiert. Dabei werden einzelne Nukleotidenden gekoppelt und die gewünschte modifizierte Kettensequenz durch wiederholte Abfolge der Reaktionen gebildet. Aufgrund der dabei notwendigen, leicht entzündlichen Fluide, darunter Lösungsmittel wie Ethanol, Isopropanol, Toluol und Acetonitril, müssen die Anlagen oft für den Einsatz in Ex-Zone 2 IIB T3 ausgelegt werden. Schutzgas (Stickstoff) sichert die Prozessführung darüber hinaus ab. Die Inline-Verdünnungsanlage für wässrige Fluidmischungen im Downstream-Bereich stellt Pufferlösungen von hoher Genauigkeit für eine semi-kontinuierlich arbeitende Chromatografie nach der Synthese bereit. Im Bereich der chromatografischen Aufreinigung kommen unter anderem HPLC-, Ion Pairing Reversed Phase- (IP-RP) und Ion Exchange- (IEX) Säulen zum Einsatz. 2 Individuelle Verdünnungsaufgaben lassen sich so präzise und flexibel realisieren. Pro Kilogramm Wirkstoff Abb. 5: Prinzipielles Fließbild eines flexiblen Verdünnungssystems aus Konzentraten (Beispiel). (Quelle: LEWA) werden mehrere 1.000 l Lösungsmittel und wässrige Fluide benötigt. Um große Stellbereiche von wenigen Litern pro Stunde bis hin zu 6.000 l/h umsetzen zu können, muss über die Anlagensteuerung eine automatisierte und kontinuierliche Bereitstellung wechselnder Mischungen für den nachgeschalteten Aufreinigungsprozess abrufbar sein. Dabei kommen mehrere, speziell für Pharma-Anwendungen ausgelegte, Mehrkopf-Membrandosierpumpen zum Einsatz. Deren phasenversetzte Antriebscharakteristik mit typischerweise drei bis fünf Pumpköpfen ermöglicht einen pulsationsarmen Gesamtvolumenstrom. Aufgrund der gegendruckunabhängigen Kennlinie erfolgt der gesamte Dosier- und Mischprozess für die Oligonukleotidherstellung zuverlässig kontinuierlich und jederzeit absolut reproduzierbar. Stabile Linear- und Stufen-Gradienten sowie zuverlässige Gradientenkennlinien sind mit keinem anderen Pumpentyp reproduzierbarer zu erreichen. Rückströmung oder Kolbenpackungsprobleme sind bei diesen hermetisch dichten Pumpen ausgeschlossen. Große Stellbereiche und hohe Produktionssicherheit Weil die Herstellung der Verdünnungslösungen mitunter sehr unterschiedliche Volumenströme erfordert, müssen die Anlagen flexibel konstruiert werden. Ein Praxisbeispiel benötigte beispielsweise Volumenströme von minimal 40 l/h und maximal 2.500 l/h. Um diesen großen Stellbereich flexibel abdecken zu können, wurden insgesamt fünf Membrandosierpumpen vom Typ LEWA ecodos hygienic in dieser Anlage integriert. Die Pumpenköpfe sind mit mechanisch angelenkten, vierlagigen Sandwich-Sicherheitsmembranen ausgestattet. Da hinter der Membran streng reglementierte Reinraum- Umgebungsbedingungen herrschen, kann es nicht zu einer Verunreinigung mit Betriebsmitteln oder Prozessfluiden kommen. Aufgrund der GMP-Umgebung, die hohe Integrität hinsichtlich Verunreinigungen jeglicher Art anstrebt, müssen in diesem Bereich des Downstream-Processing außerdem Hygiene-Ausführungen der Pumpen eingesetzt werden. Dies geht einher mit Abnahmeprüfzertifikaten 3.1 und mit durchgängig zertifizierten Konstruktionsmaterialien, wie z. B. FDA, USP oder AOF Konformitätsbescheinigungen. Alle fluidberührten metallischen Teile sind mechanisch sowie zusätzlich elektropoliert und verfügen über eine Oberflächenrauigkeit von Ra ≤ 0,5 µm. Dank einer hygienegerechten Konstruktion des Membranpumpenkörpers, die Toträume nahezu vollständig vermeidet, lassen sich die Pumpen sehr leicht und ohne vorige Demontage im CIP-Prozess reinigen. 22 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN 2024

Pumpen und Systeme Membrandosierpumpen Ein entscheidender Qualitätsnachweis in Bezug auf die besonders gute Inline-Reinigbarkeit des fluidseitigen Pumpenkopfes bildet das vorliegende Zertifikat EHEDG EL Class 1 für den eingesetzten Pumpentyp ecodos. Als Werkstoffe kommen Edelstahl 1.4435 mit geringem Deltaferrit gehalt und für die stark chloridhaltigen Fluide höher legierte Stähle wie der korrosionsbeständigere Edelstahl 1.4529 oder auch Hastelloy zum Einsatz. Dadurch sind die Pumpen auch langfristig für die Förderung der hochkorrosiven und entzündlichen Fluide bei der Oligonukleotid-Herstellung geeignet. Hierzu trägt zudem die patentierte vierlagige PTFE-Sandwichmembran bei: Sie ist extrem stabil und sorgt dafür, dass selbst im Fall eines Membranbruches ein gefahrloser Weiterbetrieb möglich und somit eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet ist. Im Ernstfall meldet die eingebaute Membranbruchsignalisierung sofort im Betrieb eine entsprechende Störung, ohne dass die weitere Prozesslinie kontaminiert wird. Eine solch hohe Produktionssicherheit bieten nur hermetische Kolben-Membranpumpen. Präzise Ansteuerung und kontinuier liche Überwachung Hinsichtlich der Ansteuerung lassen sich bei Verwendung eines Servomotors sowie einer intelligenten Steu- Abb. 6: Druckregeleinheit zur Einstellung konstanter gedämpfter Fluidströme vor Chromatografiesäulen. (Quelle: EQUILIBAR) erung unterschiedliche kundenseitige Anforderungsprofile realisieren und der Stellbereich bis zu 1:200 erweitern. Dabei kann der Volumenstrom traditionell über die Hublänge und die Drehzahl des Pumpenmotors über die Frequenz eines Umrichters angepasst werden. Bei neueren Konzepten ist die Drehzahl eines lüfterlosen Synchronmotors bzw. Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) variabel und Arbeitspunkte lassen sich ohne manuelle Hubverstellung – und damit GMP-konform – exakt und reproduzierbar anfahren. zent sehr präzise. Zur Herstellung der Mischungen im chromatografischen Umfeld müssen die Volumenströme der einzelnen Pumpenstränge genau eingehalten werden. Hierfür werden sie über Coriolis Durchflussmesser ermittelt und über die Drehzahlregelung der Pumpen exakt auf die spezifizierten Sollwerte geregelt. Eine zusätzliche Online-Überwachung des pH-Werts und der elektrischen Leitfähigkeit sorgt für eine kontinuierliche Kontrolle der Prozessbedingungen. Damit die spezifizierten Genauigkeiten über weite Stellbereiche eingehalten werden, müssen korrekte saug- Die Dosiergenauigkeit ist mit ± 1 Promax. 4.000 bar max. 10.000 l/min max. 600 m 3 /h max. 3000 kW