Kontinuierliche Reaktion, Kristallisation und Filtertrocknung im Produktionsmaßstab

Kontinuierliche Reaktion, Kristallisation und Filtertrocknung im Produktionsmaßstab (Bild: Dec Group)

  • 80 % der Prozesse in der chemischen Industrie sind mehrphasig.
  • Typische zweiphasige Flüssig-Flüssig-Reaktionen erfordern eine hohe Wärmeübertragungsfläche pro Einheitsvolumen.
  • Dec bietet vollautomatische Prozesslösungen für homogene und mehrphasige Prozesse im kontinuierlichen Betrieb an.
Plattform im Labormaßstab für die pharmazeutische und chemische Fertigung
... als auch im Labormaßstab für die pharmazeutische und chemische Fertigung. (Bild: Dec)

Prozesse in der chemischen Industrie werden zu etwa 80 % als Mehrphasen-Prozesse durchgeführt, beispielsweise Fest-Flüssig, Flüssig-Flüssig, Gas-Flüssig und Fest-Gas-Flüssig. Die Wärme- und Stoffübertragung ist bei Mehrphasensystemen in der Grenzschicht schwierig. Wenn das Transportphänomen in der Grenzschicht verstanden wird, kann der Fluss so gestaltet werden, dass der ratebestimmende Schritt kontrollierbar wird, um so den Prozess zu intensivieren. Dies ist die Philosophie von AWL.

AWL, eine Marke der Dec Group, bietet eine Reihe von vollautomatischen Prozesslösungen für homogene und mehrphasige Prozesse im kontinuierlichen Betrieb an. Das Unternehmen ist darauf spezialisiert, mehrere Phasen im Fluss effektiv zu behandeln, um eine konsistente Produktqualität mittels enger Verweilzeitverteilung zu ermöglichen. Bei der Verarbeitung von temperaturempfindlichen, geringflüchtigen und verdünnten Produkten sind Lösungsmittelextraktion und Stoffauswaschung geeignete Aufreinigungsmethoden. Die Gegenstrom-Trennverfahrenssäule des Unternehmens sorgt für kürzere Verarbeitungszeiten, einen geringeren Lösungsmittelverbrauch und reduziert den Platzbedarf.

Reaktions- und Kristallisationstechnologie

Die Reaktortechnologie der Marke kann aufgrund eines großen Kanaldurchmessers eine Vielzahl von Feststoffen verarbeiten und umfasst einstufige Batch- oder kontinuierliche Rührkesselreaktoren sowie oszillatorische Drosselreaktoren (OBR) für Fest-Flüssig- oder Gas-Flüssig-Fest-Verfahren. Diese Technologie handhabt bis zu 40 % Feststoffe mit gleichmäßiger Verteilung und niedriger Energie pro Einheitsvolumen. Die Rohrreaktoren können bei einer Druckleistung von bis zu 50 bar und Temperaturen von bis zu 200 °C betrieben werden.

Typische zweiphasige Flüssig-Flüssig-Reaktionen oder Neutralisationen werden durch Stoffübertragung gesteuert und erfordern eine hohe Wärmeübertragungsfläche pro Einheitsvolumen. Der kürzlich entwickelte Flüssig-Flüssig-Kontaktor weist eine deutlich höhere Stoff- und Wärmeübertragungskapazität auf, die um das 20-fache höher ist.
Kristallisatoren der Marke können Anwender für Kühl-, Verdampfungs- und Anti-Lösungsmittel-Prozesse nutzen. Der Mischvorgang mit geringer Scherung führt zu minimaler Partikelabnutzung, sodass eine präzise Kontrolle über die Partikelgrößenverteilung ermöglicht wird. Diese Flexibilität erstreckt sich auf alle Betriebsarten mit Optionen für Batch-, halbkontinuierliche oder vollständig kontinuierliche Prozesse.

Zusätzlich zu der hohen Effizienz bei der Wärmeübertragung und Mischung bieten Anlagen der Marke Kontrolle über die Kristallgröße und -morphologie, wodurch das gewünschte Produkt genau abgestimmt werden kann. Temperaturgesteuerte Übertragungsleitungen verhindern unerwünschte Kristallisationen oder Nebenreaktionen. Darüber hinaus können Sondenadapter an die meisten Anforderungen der Prozessanalytik (PAT) angepasst werden. Um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, sind die Reaktoren und Kristallisatoren von der Labor- bis zur Produktionsskala erhältlich.

Kontinuierliche Filtration und Trocknung

Die kontinuierliche Filtration ist ein transformativer Ansatz für das Filtern, Waschen, Trocknen und Entladen von Feststoffen auf kontinuierliche Weise. Ihre Vielseitigkeit ermöglicht, sowohl kleinere Mengen von Wirkstoffen für die pharmazeutische Industrie in nur wenigen Minuten als auch größerer Mengen für eine produktionsfähige Durchsatzmenge effizient zu verarbeiten. Die kontinuierliche Filtration bietet eine sichere, kontrollierbare Möglichkeit, gefährliche oder wertvolle Inhaltsstoffe, wie hochpotente Wirkstoffe zu verarbeiten.

Das Fehlen mechanischer Agitation verhindert Beschädigungen oder Scherung der Kristalle und ermöglicht ihre Integrität im Filtrationsprozess. Die resultierende Kuchenfiltration ist zuverlässig und konsistent, während die Möglichkeit, die Waschparameter genau zu wiederholen, die Effizienz verbessert. Zerstäubungsdüsen geben das Waschmittel ab, ohne den Kuchen zu stören, und fördern so eine effektive Reinigung. Diese Technologie ermöglicht, mit einer geringen Kuchenhöhe von in der Regel 10 bis 30 mm die Gesamtleistung zu verbessern.

Die Filtrationssysteme verfügen über eine lokale Schnittstelle (HMI) oder ein dezentrales Steuersystem (Distributed Control System, DCS). Integrierte Alarmfunktionen automatisieren den Betrieb und machen ihn sicherer.

Kleine Stellfläche und reduzierte Produktionszeit

Die kontinuierlichen Filtrationssysteme haben eine geringere Stellfläche im Vergleich zu herkömmlichen Batch-Produktionsanlagen, eine hohe Wiederholbarkeit und Konsistenz sowie einen geringeren Lösungsmittel- und Energieverbrauch. Zudem ist der Produktverlust geringer, wobei die Rückstandsmenge, die im System verbleibt, auf 0,1 mm reduziert wird. Die Zykluszeit von Einlass bis Auslass ist verkürzt – Filtration, Waschen und Trocknen sind in nur wenigen kurzen Durchläufen abgeschlossen. Eine Trocknung auf weniger als 1 % Feuchtigkeitsgehalt kann innerhalb weniger Minuten erreicht werden. Mit typischen Durchsatzmengen von 1 kg bis zu 24 kg pro Stunde getrockneten Produkts bieten diese Systeme ausreichende Kapazität für verschiedene Produktionsanforderungen. Diese Technologie wurde durch industrielle Produkttests und mittels Trocknungskinetikmodellen validiert. Dec bietet die Plattformen in verschiedenen Maßstäben an für die Verarbeitung vom Labor bis zur pharmazeutischen und chemischen Fertigung.

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