REAKTORY W SYNTEZIE SUBSTACJI DLA PRZEMYSU FARMACEUTYCZNEGO Miejsce

REAKTORY W SYNTEZIE SUBSTACJI DLA PRZEMYSŁU FARMACEUTYCZNEGO

Miejsce API w przemyśle chemicznym

Podstawowym narzędziem do prowadzenia syntez API są reaktory chemiczne. Ze względu na różnorodność i złożoność procesów chemicznych kształt geometryczny reaktora jest związany z wymaganiami jakie stawia przeprowadzana przemiana chemiczna. Reaktor musi zapewnić niezmienność i powtarzalność warunków prowadzenia reakcji poprzez umożliwienie swobodnej wymiany ciepła (kontrola temperatury), zapewnienie stabilności środowiska (kontrola p. H) oraz utrzymanie właściwego ciśnienia (w przypadku reakcji z udziałem gazów). W wytwarzaniu substancji leczniczych na drodze syntezy chemicznej wykorzystywane są: — reaktory zbiornikowe z mieszaniem, pracujące okresowo — reaktory przepływowe, —reaktory ciśnieniowe i wysokociśnieniowe (autoklawy). Materiały, z których wykonywane są reaktory to tworzywa odporne na korozyjne warunki prowadzenia procesu (używanie mocnych kwasów i alkaliów), odporne na niskie i wysokie temperatury oraz szybkie ich zmiany, wytrzymałe mechanicznie. Takie warunki spełniają: — szkło borokrzemowe — stal nierdzewna i kwasoodporna — stal powlekana szkłem i emaliowana — stopy chemicznie obojętne np. Hastelloy C 22

Szkło borokrzemowe typ 3. 3 składa się z 80% krzemionki, 12 -13% tlenku boru oraz niewielkiego dodatku tlenków metali alkalicznych (Na 2 O, K 2 O) i charakteryzuje się wyjątkową odpornością na działanie wody, alkaliów, kwasów i substancji organicznych. Ma niski współczynnik rozszerzalności termicznej (3. 3 × 10− 6 K− 1), jest wytrzymałe na szok termiczny i może pracować w temperaturze do 450°C. Można z niego wytwarzać aparaturę pracującą w warunkach od pełnej próżni (- 1 bar) do ciśnienia +12 bar. Zbiorniki i reaktory Skruber Reaktor Nucza filtracyjna

Elementy aparatury przemysłowej ze szkła borokrzemowego Zawory Rury i rurociągi Zawory bezpieczeństwa Wskaźniki przepływu Kolumny i wypełnienia do kolumn Chłodnice

Szklany reaktor o pojemności 00 L z płaszczem pozwalającym kontrolować temperaturę od -60 do +200°C

Stal kwasoodporna to odporny chemicznie stop żelaza z dodatkiem składników uszlachetniających, z których najważniejsze to chrom (16, 5 -20, 0%), nikiel (9, 0 -13, 0%), molibden (2, 0 -2, 5%) oraz mangan (<2%). Z racji na znakomite przewodnictwo cieplne doskonale sprawuje się w konstruowaniu wymienników ciepła, reaktorów przepływowych czy biofermentorów. Wykonuje się z niej elementy armatury takie jak rurociągi, zbiorniki, mieszadła, chłodnice, kolumny. Tank fermentacyjny z polerowanej stali kwasoodpornej Rurociągi ze stali kwasoodpornej

Obecnie najczęściej stosowane w syntezie są reaktory stalowe z wewnętrznymi powłokami wykonanymi ze szkła (glass-lined) i chemoopornych emalii. Ponieważ grubość tych powłok nie jest duża (od ok. 1 mm do ok. 2, 5 mm) mają one niewielki wpływ na wymianę ciepła w trakcie przeprowadzania reakcji chemicznych. Wykonuje się je przez kolejne nakładanie I wypalanie kilku warstw proszku szklanego lub składników emalii zawieszonych w wodzie na przygotowaną przez wyżarzenie powierzchnię stali. Następnie powłoki wypalane są w temperaturze 910°C. W ten sposób nakłada się od 4 do 6 warstw uzyskując jednolitą powierzchnię odporną na czynniki chemiczne. Przez modyfikację składu mieszanki powlekającej możliwe jest uzyskanie przewodnictwa elektrycznego, dzięki czemu z wnętrza aparatów usuwane są ładunki elektrostatyczne mogące stwarzać zagrożenie wybuchem. Techniki szkliwienia używa się nie tylko w celu pokrycia wnętrz reaktorów chemicznych, ale także do powlekania innych elementów mających kontakt z chemikaliami (mieszadła, zbiorniki, panwie stężające). >kolejny slajd

Reaktor okresowy Reaktory emaliowane w ciągach technologicznych

Przykładowa budowa reaktora chemicznego z wewnętrzną powłoką szklaną Szczegóły konstrukcyjne reaktora z wewnętrzną powłoką szklaną.

Wśród materiałów używanych do konstruowania aparatury chemicznej wyróżniają się stopy na bazie niklu z chromem i molibdenem uszlachetnione dodatkiem wolframu i kobaltu o nazwie Hastelloy. Najczęściej elementy aparatury wytwarza się ze stopu o oznaczeniu C-22, który z całej gamy chemicznie odpornych stopów ma najlepsze parametry. Wytwarza się z niego aparaturę ciśnieniową, filtry, chłodnice. Nucze filtracyjne do 6. 0 bar z płaszczem grzejnym Materialy: Stal nierdzewna, Hastelloy Reaktor do uwodorniania przy nadciśnieniu do 40 bar z zestawem do destylacji Materialy: Stal nierdzewna, Hastelloy

Budowa typowego reaktora wysokociśnieniowego - autoklawu Autklaw o pojemności 250 litrów Ciśnienia robocze: -1. . 200 bar Temperatura pracy: -20°C. . +300°C Materiały: Stal nierdzewna, Hastelloy

Od początku XXI w. szybko rozwija się technika syntezy substancji leczniczych metodą ciągłą (continuous flow synthesis) z wykorzystaniem reaktorów przepływowych. W odróżnieniu od klasycznej syntezy techniką szarżową, stwarza możliwość wytwarzania produktu leczniczego bez konieczności izolowania produktów pośrednich. Obecnie opracowanych i wdrożonych jest kilkadziesiąt syntez API z wykorzystaniem tej metody. Dzięki niewielkim rozmiarom wykorzystywanych reaktorów mających kształt rur, łatwe jest dostarczanie i odbieranie dużej ilości ciepła. Można w nich stosować nowatorskie rozwiązania, jakich nie da się wprowadzić w reaktorach klasycznych. Przykładem może być ogrzewanie indukcyjne, które wykorzystuje generowanie ciepła w metalowych kulkach omywanych przez przepływający strumień substratów. Mieszanie reagentów realizowane jest bez użycia elementów mechanicznych, wystarcza odpowiedni kształt rur, by uzyskać przepływ turbulentny w reaktorze. Reaktor rurowy ze stałym złożem katalitycznym przystosowany do pracy wysokociśnieniowej do 350 barów przy przepływie w zakresie 0, 3 do 8 l/h. Praca do 480°C.

Reaktory przepływowe umożliwiają istotną redukcję rozmiarów aparatury procesowej. Zastosowanie nowoczesnych metod syntezy z wykorzystaniem katalizatorów skutkuje istotnym skróceniem czasu reakcji oraz mniejszą ilością odpadów.

Przykładowa konstrukcja reaktora przepływowego wykonanego ze szkła borokrzemowego Reaktor przepływowy do katalitycznego uwodorniania asymetrycznego o wydajności 10 kg produktu na dobę

Technika przepływowa w syntezie API prowadzi do obniżenia ilość odpadów powstających w trakcie produkcji. Jest to obecnie znaczący kierunek rozwoju w światowych koncernach farmaceutycznych. “The ACS Green Chemistry Institute Pharmaceutical Roundtable has ranked continuous processing as the highest priority area for future development “ Bazująca na syntezie przepływowej, miniaturowa modułowa wytwórnia farmaceutyczna, mieszcząca się w typowym kontenerze transportowym.