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.
| Feature | Funktion | Anwendungsbereich | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| ΔTGefrieren | Mindest-Produkttemperatur vor dem Umschalten von Gefrieren auf Haupttrocknung | Sicher 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 Prozessschritt | Sicher trocknen (Haupt- und Nachtrocknung) | Vorwahl einer max. zulässigen T-Differenz zwischen Produkt und Stellfläche, der Prozess wird automatisch angepasst |
| Produkt-Temperatur (Kabel) | Produkttemperaturmessung, kabelgebunden | Prozess-Überwachung, Trocknungsende-Bestimmung | Verfügbar für den Maßstab der Laborgeräte, Pilot-Gefriertrocknern sowie den Produktionsanlagen, Handhabung aufwändig, nicht einsetzbar bei automatischer Be-/Entladung |
| Produkt-Temperatur (drahtlos), WTMplus | Produkttemperaturmessung, drahtlos | Prozess-Überwachung, Trocknungsende-Bestimmung | Einsatzgebiete: Pilot-Gefriertrockner und Produktionsanlagen, genauer, flexibel positionierbar, kein Energieeintrag über Sensorkabel |
| Eiskondensator-temperatur | Anzeige und Kontrolle, ob Desublimation erfolgreich möglich | Einbruch aufgrund hohen Dampfanfalls erkennbar; Stabilisierung zeigt Trocknungsende | Standard bei allen Gefriertrocknern |
| T Stellfläche EIN / AUS | Wärmeträger-Temperatur im Stellflächen-Vorlauf und Rücklauf | Differenz zeigt Energieverbrauch durch Sublimation | Verfügbar bei Pilot-Gefriertrocknern und Produktionsanlagen |
| LyoRx | Messung des elektrischen Widerstands im Produkt zeigt Erstarrungspunkt und Antauen | Gefrierpunktbestimmung, selbstoptimierende „scharfe“ Prozeßführung möglich | Anlage stoppt Heizung bzw. kühlt aktiv bei sich andeutendem Antauen, Grenzwert einstellbar |
| p (Pirani) | Trocknungsvakuum (gasartabhängig) | Anzeige des Trocknungsvakuums | Klassische 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 Sicherheit | Vorwählbarer maximaler (Sicherheits)-Druck | Produktschutz, „Scharfe“ Prozeßführung, | Beim Überschreiten eines bestimmten Wertes (unzulässiger Druckanstieg = Erwärmung des Produktes) wird die Heizung abgeschaltet |
| p Alarm | Vorwählbarer Alarmdruck | Produktschutz, „Scharfe“ Prozeßführung, limitiert durch p Alarm | Beim 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 Zwischenventil | Bei Unterschreiten eines einstellbaren Grenzwerts ist das Ende der Haupttrocknung erreicht, kann zur automatischen Weiterschaltung in die Nachtrocknung verwendet werden | Kontinuierliche 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 |
| LyoBalance | Gewichtsmessung des Produktes während der Trocknung | Trocknungsende, Sublimationsgeschwindigkeit, verwendbar zur Weiterschaltung in Nachtrocknung | Vorteil der unmittelbaren Messung des Trocknungsfortschritts bei der Gefriertrocknung von Vials → Pilotanlagen |
| Camera monitoring | visuell | Trocknungsqualität, Artefakte, Störungen | → Pilot-Gefriertrockner und Produktionsanlagen |
| Controlled nucleation | Gleichförmiges Einfrieren für homogenere Trocknung und somit Produkteigenschaften | Ice fog + Überdruckmethode | → Pilot-Gefriertrockner und Produktionsanlagen |
| annealing | Auch Tempern genannt (Kristallwachstum durch moderate Erwärmung des eingefrorenen Produktes) | Raschere Trocknung ohne Kollaps, Strukturverbesserung | → Labor-Geräte, Pilot-Gefriertrockner und Produktionsanlagen
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