KONTROLA PROCESW TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE SUROWCW ORAZ PRODUKTW

KONTROLA PROCESÓW TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE SUROWCÓW ORAZ PRODUKTÓW

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY Synteza substancji aktywnych stawia duże wymagania, mające na celu zapewnienie powtarzalności procesu i uzyskanie produktu o stałej, wysokiej jakości. Technologia precyzyjnie określa parametry procesu w wytwarzaniu API. Należy utrzymywać odpowiednie wartości temperatury, p. H oraz ciśnienia. Kontroli w trakcie trwania procesu podlegają również stężenia substratów, produktów oraz produktów ubocznych. Sposoby dokonywania pomiarów istotnie różnią się od technik używanych w preparatyce laboratoryjnej. Urządzenia pomiarowe często stanowią integralną część aparatury, czujniki i elektrody są wbudowywane w konstrukcję aparatu.

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR TEMPERATURY Klasycznych termometrów, w których do pomiaru wykorzystywana jest rozszerzalność termiczna cieczy termometrycznej, w aparaturze przemysłowej używa się coraz rzadziej. Ich użycie wiąże się z koniecznością odczytu bezpośredniego. Nowoczesne systemy pomiarowe zapewniają możliwość przesłania danych o wartości temperatury na odległość. Cieczowe termometry przemysłowe. Zbiorniczek cieczy termometrycznej umieszczony jest w metalowej gilzie, która zabezpiecza go przed uszkodzeniami mechanicznymi. W zależności od użytej cieczy zakres pomiarowy rozciąga się od -200°C do +1000°C.

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR TEMPERATURY Rozszerzalność termiczna gazów znalazła zastosowanie w termometrach gazowych. Gaz umieszczony jest w kapsule (czujniku), mającej kontakt z materiałem, którego temperaturę mierzymy. Czujnik połączony jest rurką kapilarną z manometrycznym wskaźnikiem temperatury. Takie rozwiązanie pozwala na odczyt temperatury w odległości do kilku metrów od aparatury. Termometry gazowe charakteryzuje mała bezwładność, szybko reagują na zmiany temperatury. 1. układ odczytu z rurką Bourdona (opisana przy pomiarze ciśnienia) 2. króciec do wprowadzenia gazu (azot, hel) 3. połączenie z kapilarą 4. kapilara 5. czujnik (kapsuła)

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR TEMPERATURY Duża grupa systemów pomiarowych wykorzystuje zmienność przewodnictwa elektrycznego różnych materiałów w zależności od temperatury. Ten typ urządzeń doskonale nadaje się to wykonywania pomiarów zdalnych. Czujnik może być znacznie oddalony od modułu odczytowego. Typowymi reprezentantami tej grupy systemów pomiarowych są urządzenia oparte na czujnikach wykonanych z cienkiego drutu platynowego. Czujniki te wykazują opór elektryczny o wartości 25, 100 lub 1000 Ω w temperaturze 0°C. Używane są w zakresie temperatur od -200°C do +800°C.

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR p. H Pomiar p. H w reaktorze przemysłowym wymaga zastosowania elektrod o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej. Kontakt ze środowiskiem reakcji zapewnia ceramiczna przegroda. Dla zapewnienia kompensacji termicznej elektrody połączone są w jednej obudowie z czujnikiem temperatury, co pozwala na pomiar w zakresie od -15°C do +135°C. stosowana w reaktorach emaliowanych do reaktorów szklanych

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR p. H Moduły pomiarowe często posiadają możliwość rejestracji mierzonej wartości p. H, co często jest wymagane przez technologię.

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR CIŚNIENIA Do pomiaru ciśnienia stosowane są manometry mechaniczne i elektroniczne. W manometrach mechanicznych wykorzystywana jest rurka Bourdona, czyli spłaszczona cienkościenna rurka wykonana najczęściej z brązu, która ze wzrostem ciśnienia prostuje się. Ma kształt wycinka okręgu, jej otwarty koniec połączony jest z punktem pomiaru ciśnienia, koniec zamknięty – z mechanizmem napędu wskazówki. Ta metoda pomiaru ciśnienia znajduje również zastosowanie w termometrach gazowych, o których była mowa przy pomiarze temperatury. W podobny sposób działają manometry przeponowe, w których odkształcająca się przepona porusza wskazówkę. budowa manometru Bourdona i przeponowego

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR CIŚNIENIA W manometrach elektronicznych wykorzystuje się czujniki pojemnościowe, piezoelektryczne, rezystancyjne oraz mierzące przewodnictwo cieplne gazów. Pierwsze trzy typy mają zastosowanie uniwersalne, gdyż element pomiarowy odseparowany jest od środowiska pomiaru przeponą, czwarty typ wykorzystywany jest do pomiaru próżni. W czujnikach pojemnościowych wykorzystuje się kondensator tworzony przez ruchomą membranę, na którą działa ciśnienie i nieruchomą drugą płytkę. Zmiana odległości między okładzinami kondensatora powoduje zmianę pojemności i pozwala na precyzyjny pomiar ciśnienia, szczególnie próżni. W czujnikach piezoelektrycznych odkształcenie powoduje powstanie potencjału elektrycznego proporcjonalnego do nacisku. W tensometrycznych czujnikach rezystancyjnych odkształcanie membrany, do której umocowany jest element pomiarowy powoduje zmianę rezystancji, co umożliwia przeliczenie na wartość ciśnienia. Rozrzedzanie gazu powoduje zmniejszenie przewodnictwa cieplnego (efekt ten wykorzystywany jest w termosach opartych na konstrukcji naczynia Dewara). Rozgrzany cienki drut stygnie wolniej wraz ze spadkiem ciśnienia, podobnie jak spada Ilość energii potrzebna do utrzymania jego stałej temperatury. To zjawisko wykorzystywane jest w próżniowych czujnikach ciśnienia Piraniego (od nazwiska wynalazcy).

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY POMIAR CIŚNIENIA Różne typy czujników do pomiaru ciśnienia: pojemnościowy rezystancyjny Moduł odczytu ciśnienia. piraniego

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY MONITOROWANIE PRZEBIEGU REAKCJI Przebieg reakcji chemicznej prowadzonej na skalę przemysłową można kontrolować czterema sposobami: 1) OFFLINE – ręcznie pobrane próbki dostarczane są do zewnętrznego laboratorium; wyniki przekazywane są do osób obsługujących proces technologiczny z małą częstotliwością 2) ATLINE – ręcznie pobrane próbki poddawane są zautomatyzowanej analizie bezpośrednio przy linii produkcyjnej, co pozwala na szybkie uzyskanie wyników i szybką reakcję obsługi 3) ONLINE – próbki pobierane są automatycznie z bypassu ulokowanego w aparaturze; analizy odbywają się automatycznie, z dużą częstotliwością; wynik przez układ sterowania procesem bezpośrednio wpływa na przebieg reakcji 4) INLINE – nie ma potrzeby pobierania próbek - sonda pomiarowa umieszczona jest w reaktorze; wyniki uzyskiwane są w czasie rzeczywistym i podobnie jak przy analizie online bezpośrednio wpływają na sterowanie procesem

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY MONITOROWANIE PRZEBIEGU REAKCJI Przykładowe rozwiązania analizatorów procesowych, które automatycznie wykonują testy próbek pobieranych ze środowiska reakcji: Analizator wersja standard Analizator wersja EX proof

KONTROLA PARAMETRÓW SYNTEZY MONITOROWANIE PRZEBIEGU REAKCJI W trakcie prowadzenia syntezy możliwe jest prowadzenie oceny postępu reakcji oraz powstawania produktów ubocznych. Analizy wykonywane są w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem metod spektroskopowych, zwłaszcza NIR. Sonda pomiarowa zanurzona w mieszaninie reakcyjnej połączona jest z analizatorem za pomocą światłowodu. Pozwalana dokonywanie pomiarów z dużą częstotliwością, nawet do 10/min. Nowoczesne analizatory mogą dokonywać jednocześnie pomiarów w wielu punktach (do 9) oddalonych nawet o 35 m od urządzenia.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY Sprężone powietrze odpowiedniej jakości wykorzystywane w procesach technologicznych wytwarzane jest w zakładach farmaceutycznych (ćwiczenie 1). Pozostałe gazy dostarcza się w formie sprężonej w butlach, skroplonej (cysterny) oraz rurociągami (np. gaz ziemny). Gazy dostarczane w butlach są sprężone do ciśnienia dochodzącego do 30 MPa. Butle gazowe mają konstrukcję bezszwową i wytwarzane są metodą prasowania oraz walcowania na gorąco. Taki proces pozwala otrzymać produkt o najlepszych właściwościach mechanicznych. Stalowa butla do gazu: 1 – cylindryczna część butli 2 – dno półkoliste 3 – otwór stożkowy 4 – zawór 5 – pierścień gwintowany 6 – kołpak ochronny 7 – stopa kwadratowa

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY W identyfikacji zawartości butli pomagają oznaczenia barwne. Butle malowane są na kolory pozwalające scharakteryzować zawartość: - gazy toksyczne i korozyjne żółty - gazy łatwopalne czerwony - gazy utleniające jasnoniebieski =gazy duszące (obojętne) jasnozielony Aby zmniejszyć ciśnienie gazu do potrzeb technologicznych używane są reduktory. Przykłady barwnego oznakowania butli. Litera „N” informuje, że zawartość jest zgodna ze standardami normy europejskiej EN 1089 -3.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY Gaz pod ciśnieniem dostaje się do zaworu przez otwór wlotowy. Następnie przechodzi przez regulowany otwór, który jest zaprojektowany tak, aby miał minimalną możliwą reakcję na ciśnienie do przodu (w przeciwnym razie ciśnienie po stronie wlotowej zaworu miałoby tendencję do utrzymywania zaworu zamkniętego w warunkach wysokiego ciśnienia wlotowego). Gdy gaz przepływa przez otwór, przechodzi do komory, której ścianą jest przepona, która jest przymocowana bezpośrednio do ruchomej części regulowanego zaworu. Membrana porusza się w odpowiedzi na ciśnienie po stronie wylotowej regulowanego zaworu. Dwie sprężyny służą do hamowania ruchu membrany i połączonej z nią ruchomej części zaworu. Sprężyna A przenosi ciśnienie ze śruby regulacyjnej na membranę i ruchomy element zaworu. Sprężyna B przeciwdziała ruchowi membrany i ruchomego elementu zaworu. Wraz ze wzrostem ciśnienia w komorze za przeponą przepona przesuwa się w górę, aby zmniejszyć rozmiar otworu, ograniczając w ten sposób przepływ i zmniejszając ciśnienie wylotowe. W przeciwnym przypadku zmniejszone ciśnienie pozwala membranie przesuwać się w dół, powiększając otwór i zwiększając przepływ w celu zwiększenia ciśnienia wylotowego. Śruba regulacyjna u góry reguluje równowagę między sprężynami A i B w celu zrównoważenia membrany zgodnie z wymaganiami w celu wytworzenia pożądanego ciśnienia wylotowego.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY W syntezie wykorzystywane są również gazy w formie skroplonej. Ciekłe gazy, głównie azot, tlen i amoniak, transportuje się i przechowuje w zbiornikach kriogenicznych. Mogą to być cysterny kolejowe, kontenery samochodowe i zbiorniki stacjonarne. Pojemność mieści się w przedziale od 115 m 3 – cysterny kolejowe do kilkuset litrów w przypadku mobilnych pojemników samochodowych. Ciekły azot stosuje się do chłodzenia, a po regazyfikacji do tworzenia atmosfery ochronnej. Gazowy tlen w reakcjach utleniania heterogenicznego, do wzbogacania powietrza przy napowietrzaniu brzeczek fermentacyjnych w biotechnologii. Z kolei ciekły amoniak jako medium chłodzące i do syntez po przeprowadzeniu w postać gazową. Zbiornik kriogeniczny w trakcie napełniania z cysterny transportowej.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY Skroplone gazy magazynuje się w niskociśnieniowych zbiornikach o pojemności do 10000 m 3. Podwójne ściany oddzielone warstwą izolacyjną zapewniają możliwość długiego przechowywania. Zbiorniki do gazów niesprężonych mają zmienną pojemność, zależną od ilości zmagazynowanego gazu. Wartość ciśnienia zależy od nacisku wywieranego przez ruchomą część zbiornika.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY I CIECZE W obrębie zakładu gazy, podobnie jak ciecze przesyłane są systemem rurociągów, które wykonane są przeważnie z rur stalowych. Sporadycznie instalacja wykonana jest z tworzyw sztucznych. Rurociągi konstruowane są z odcinków rur łączonych przez złącza gwintowane, kołnierzowe, spawane i lutowane. Połączenia gwintowane. Stosowane są do rur o mniejszych średnicach. Połączenie spawane. Ne ma ograniczeń co do średnicy łączonych elementów. Połączenie kołnierzowe. Między kołnierzami jest Ulokowana uszczelka z plastycznego oraz odpornego chemicznie i termicznie materiału. Średnice do 600 mm.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY I CIECZE Na długich odcinkach rurociągów konieczne jest zapewnienie redukcji zmian długości wynikających z rozszerzalności termicznej. Stosowane w tym celu są tzw. kompensatory. Są to odpowiednio ukształtowane fragmenty, które absorbują różnice długości powstające na skutek zmian temperatury. Mogą mieć kształt litery U, pętli lub mieszka.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY I CIECZE W przemyśle farmaceutycznym surowce powinny być przechowywane w pojemnikach zapewniających stabilne warunki (izolowanych termicznie i od kontaktu z otoczeniem). Rozpuszczalniki i ciekłe surowce umieszcza się w zewnętrznych zbiornikach magazynowych, które powinny zabezpieczać zapas na określoną liczbę szarż produkcyjnych. Zbiorniki zbudowane są z metali (stal, aluminium) oraz chemoodpornych tworzyw sztucznych jak np. materiały kompozytowe czy HDPE (high density poliethylene).

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY I CIECZE Łatwe w transporcie i magazynowaniu ze względu na międzynarodową unifikację są pojemniki określane jako IBC (Intermediate Bulk Container). Przystosowane są do transportu paletowego, mają znormalizowaną pojemność.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE GAZY I CIECZE Duże ilości cieczy mogą być magazynowane w zbiornikach podziemnych. Redukuje to wpływ warunków zewnętrznych na zawartość, ogranicza zagrożenie pożarowe. Ten typ zbiorników może mieć pojemność do kilkuset m 3, a wykonuje się je: ze stali oraz materiałów kompozytowych.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE CIAŁA STAŁE Magazynowanie substancji wyjściowych (raw materials), substancji aktywnych (API) oraz wyrobów gotowych prowadzone jest we właściwie zorganizowanych magazynach, w których możliwe jest pobranie do analiz próbek z przyjmowanych materiałów. W czasie wykonywania badań, pojemniki oznakowane zgodnie z wymogami GMP są przechowywane w pomieszczeniach zapewniających właściwą temperaturę, oświetlenie i wilgotność. Zwykle są to magazyny wysokiego składowania.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE CIAŁA STAŁE Surowce stałe najczęściej transportowane i przechowywane są w beczkach stalowych, z tworzyw sztucznych (głównie HDPE) oraz wykonanych z wytrzymałej tektury. Ten rodzaj pojemników ma zróżnicowaną pojemność od 20 do 225 L. Do materiałów niebezpiecznych używane są pojemniki stalowe gwarantujące lepsze zabezpieczenie zawartości. Pojemniki wykonane z plastiku mogą być używane w bezpośrednim kontakcie z zawartością, a bębny tekturowe zabezpiecza się od wewnątrz folią PE. Beczki stalowe z powłoką zabezpieczającą wnętrze. Stalowa paleta do transportu i składowania beczek

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE CIAŁA STAŁE Wielkość pojemników dostosowana jest do metody transportu oraz późniejszego magazynowania. Przykładowy magazyn surowców w firmie farmaceutycznej.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE CIAŁA STAŁE Farmaceutyczne substancje aktywne (API) muszą być magazynowane zgodnie z zasadami GWP (Good Warehousing Practice), zaś ich transport powinien odpowiadać wymaganiom GDP (Good Distribution Practice), które są częścią GMP. Do transportu i magazynowania wykorzystywane są opakowania zbliżone do używanych dla materiałów wyjściowych, ale posiadające certyfikaty GMP. Pojemniki są wykonywane w wersjach przewodzących elektryczność (antyelektrostastatyczne), zabezpieczającej zawartość przed UV, z możliwością zabezpieczenia plombą.

TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE CIAŁA STAŁE Przykładowe rozwiązania magazynów substancji aktywnych.