Prozessoptimierung

Prozessoptimierung (PAT-Tools)

Die Gefriertrocknung in technischem Maßstab erfordert einen auf Pilotgefriertrocknungsanlagen entwickelten robusten Prozess, der dann auf grössere Produktionsgefriertrocknungsanlagen skaliert wird. Es geht dabei um ein „Trocknungsrezept“ (üblicherweise Vakuum und Stellflächentemperierung über die Zeit), welches die beste Produktqualität schnellstmöglich bereitstellt.

Pilotgefriertrockner sollten daher dieselbe Technik wie Produktionsgefriertrocknungsanlagen aufweisen und geometrisch ähnlich sein (rechteckige Produktkammer, flüssigkeitstemperierte, kühl- und heizbare Stellflächen).

Die folgende Tabelle zeigt die von Christ zur Prozessführung und -kontrolle herangezogenen Parameter. In Verbindung mit in den Anlagensteuerungen für verschiedene Produkte hinterlegten Basisrezepten wird ein automatischer, sich selbst optimierender Prozess möglich.

 

FeatureFunktionAnwendungsbereichBemerkung
ΔTGefrierenMindest-Produkttemperatur vor dem Umschalten von Gefrieren auf HaupttrocknungSicher einfrieren,
Kein Antauen / Kollaps der Produkte zu Beginn der Haupttrocknung

Vorwahl einer max. zulässigen T-Differenz zwischen Produkt und Stellfläche, der Pro­zess wird auto­matisch angepasst
ΔTHaupttrocknen Mindest-Produkttemperatur vor dem Weiterschalten in den nächsten ProzessschrittSicher trocknen (Haupt- und Nachtrocknung)Vorwahl einer max. zulässigen T-Differenz zwischen Produkt und Stellfläche, der Pro­­zess wird auto­matisch angepasst
Produkt-Temperatur (Kabel)Produkttemperaturmessung, kabelgebundenProzess-Überwachung, Trocknungsende-BestimmungVerfügbar für den Maßstab der Laborgeräte, Pilot-Gefrier­trocknern sowie den Produktions­­anlagen, Handhabung aufwändig, nicht einsetzbar bei automatischer Be-/Entladung
Produkt-Temperatur (drahtlos), WTMplusProdukttemperaturmessung, drahtlosProzess-Überwachung, Trocknungsende-BestimmungEinsatzgebiete: Pilot­-Gefrier­trockner und Produktions­anlagen, genauer, flexibel positionierbar, kein Energieeintrag über Sensorkabel
Eiskondensator-temperaturAnzeige und Kontrolle, ob Desublimation erfolgreich möglichEinbruch aufgrund hohen Dampfanfalls erkennbar; Stabilisierung zeigt TrocknungsendeStandard bei allen Gefriertrocknern
T Stellfläche EIN / AUSWärmeträger-Temperatur im Stellflächen-Vorlauf und Rücklauf  Differenz zeigt Energieverbrauch durch Sublimation Verfügbar bei
Pilot-­Gefrier­­trocknern und Produktions­anlagen
LyoRxMessung des elektrischen Widerstands im Produkt zeigt Erstarrungspunkt und AntauenGefrierpunktbestimmung,
selbstoptimierende „scharfe“ Prozeßführung möglich
Anlage stoppt Heizung bzw. kühlt aktiv bei sich andeutendem Antauen, Grenzwert einstellbar
p (Pirani)Trocknungsvakuum (gasartabhängig)Anzeige des TrocknungsvakuumsKlassische Messmethode, die im Laborsegment typisch ist
p (kapazitiv)Trocknungsvakuum (gasartunabhängig), häufig mit „MKS“ bezeichnet)Komparative Druckmessung zusammen mit p (Pirani)Genauere Messmethode,
bei Christ auch im Laborsegment erhältlich. Auch interessant bei Verwendung von Löse­mitteln
p SicherheitVorwählbarer maximaler (Sicherheits)-DruckProduktschutz,
„Scharfe“ Prozeßführung,

Beim Überschreiten eines bestimmten Wertes (unzulässiger Druckanstieg = Erwärmung des Produktes) wird die Heizung abgeschaltet
p AlarmVorwählbarer AlarmdruckProduktschutz, „Scharfe“ Prozeßführung, limitiert durch p AlarmBeim Überschreiten eines bestimmten Wertes (unzulässiger Druckanstieg = Erwärmung des Produktes) wird Stell­flächen­kühlung aktiviert, bei Pilot-Gefriertrocknern und Produktionsanlagen
dp/dt,
Druckanstiegstest
Messung des Druckanstiegs im Rezipienten bei geschlossenem ZwischenventilBei Unterschreiten eines einstellbaren Grenzwerts ist das Ende der Haupttrocknung erreicht, kann zur automatischen Weiterschaltung in die Nachtrocknung verwendet werdenKontinuierliche Bestimmung liefert weitergehende Informationen
dp/dt,
manometrische Druckmessung
Durch Messungen mit schnell schließenden Zwischenventilen Ermittlung der Temperatur an Sublimationsfront, weitere thermodynamische Kenndaten (Schicht-Strömungswiderstand etc.)Prozessverständnis, Kollaps vermeiden

MTM = manometric temperature measurement

Pilotanlagen

Taupunkt Feuchte im GasraumTrocknungsende des Produktesweitergehende Informationen ableitbar
LyoBalanceGewichtsmessung des Produktes während der TrocknungTrocknungsende, Sublimationsgeschwindigkeit, verwendbar zur Weiterschaltung in NachtrocknungVorteil der unmittelbaren Messung des Trocknungsfortschritts bei der Gefriertrocknung von Vials
Pilotanlagen
Camera monitoringvisuellTrocknungsqualität, Artefakte, StörungenPilot-Gefrier­trockner und Produktions­anlagen
Controlled nucleationGleichförmiges Einfrieren für homogenere Trocknung und somit Produkteigenschaften Ice fog + ÜberdruckmethodePilot-Gefrier­trockner und Produktions­anlagen
annealingAuch Tempern genannt (Kristallwachstum durch moderate Erwärmung des eingefrorenen Produktes)Raschere Trocknung ohne Kollaps,
Strukturverbesserung

→ Labor-Geräte, Pilot-Gefrier­trockner und Produktions­anlagen