Sauber dosieren

Dr.-Ing. Hans-Joachim Johl

Prozessintegrität und Produktsicherheit ist eine Grundvoraussetzung in allen Life Science-Industrien. Hygieneaspekte spielen eine zentrale Rolle: Der Prozess muss in sich geschlossen bleiben und sehr sauber ablaufen, eine Kontamination der Prozessmedien ist in jeder Phase der Produktion zwingend auszuschließen. Die Forderung der Industrie: Hygienegerechte Prozesse und Apparate-Konstruktionen, die offene Kontaminationsfenster vermeiden, vorhandene Keime mit den standardisierten Verfahren sicher abtöten lassen und eine Reinfektion verhindern. Weil es hier um empfindliche oder teure Produkte wie Wirkstoffe, Zellkulturen, Fermentationslösungen geht, sind Produktschädigungen zu vermeiden oder weitestgehend zu minimieren. Sehr hoch sind auch die Anforderungen an die Reinigungsmöglichkeit der Komponenten. Eine Mindestanforderung stellt die CIP-Fähigkeit (cleaning-in-place) dar, häufig auch das steaming-in-place (SIP) mit Temperaturen bis zu 150 °C. Hygiene ist also nur unter Beachtung des gesamten Prozesses sicherzustellen. Dabei sind sowohl die Produktion, das Umfeld als auch der Mensch zu berücksichtigen.

Bei praktisch allen Dosierlösungen dominiert konstruktionsbedingt die Verdrängerpumpe. Und hier wiederum heben sich im Hinblick auf Einsätze in der Life-Science-Industrie die Membranpumpen heraus. Neben der hohen Dosierpräzision zeichnen sie sich kons-truktionsbedingt durch den hermetischen Abschluss aus. Hermetisch abgeschlossen bedeutet, dass kein Mikroorganismus von außen in den Prozess einzudringen vermag. Auch kann Produkt nicht in die Umgebung gelangen. Der hermetische Abschluss ist dadurch gewährleistet, dass Membranpumpen ohne dynamische Wellendichtungen auskommen. Die gekammerte Membran gilt als die bestmögliche Barriere gegen Leckagen bzw. Kontaminationen.

Dosierpumpen aus den Lewa-Baureihen hygienic entsprechen allen relevanten Pharmastandards und Vorschriften wie cGMP, FDA, USP Class6 und ASME-BPE 2002 in Systemen und erfüllen alle Third-Party-Zertifikate (EHEDG, 3-A, QHD, Fraunhofer Clean Room Qualification). Die Aggregate zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, sehr rasch ein konstantes Mischungsverhältnis einstellen zu können. Hinzu kommt die gute Reproduzierbarkeit, unabhängig von eventuellen Störeinflüssen. Die Einsatzmöglichkeiten der Dosiermembranpumpen hygienic (Nieder- und Hochdruckausführungen bis 1200 bar) umfassen kontinuierliche, proportionale Ausmischung empfindlicher und teurer Fluide mit unabhängig einstellbaren Volumenströmen im Reinraumbereich, präzises und zuverlässiges Dosieren von Pufferlösungen oder Fluiden in der Prozesschromatographie, Dosierung von Flüssigkeitsbestandteilen wie Enzymen oder Vitaminen, aseptischer Transport von Fluiden, Einsatz bei der Formulierung von Pharmazeutika sowie Zuführung von Fluiden zur Sprühtrocknung oder zur Sprühverteilung bei der Tablettenbeschichtung. Ferner lassen sich die Pumpen in Extruderanwendungen, für Extraktionsverfahren auch im überkritischen Bereich oder in der Filtration und Ultrafiltration einsetzen.

Lewa hat sich in den vergangenen Jahren immer mehr vom Komponentenhersteller zum Lösungsanbieter entwickelt, bietet dem Betreiber oder dem Anlagenplaner zusätzliche Wertschöpfung durch das verantwortliche Projektmanagement des Teilsystems Dosieren. Das umfasst neben der Auswahl und Auslegung der geeigneten Pumpen und der zugehörigen Peripherie auch den After Sales Service sowie Präsenz vor Ort. Mit 15 Tochtergesellschaften und einer Vielzahl autorisierter Vertretungen gilt dies auch international. Nicht allein die Technik, sondern die intelligente Gestaltung des Gesamtprozesses und individuelle, wirtschaftlich sinnvolle Lösungen stehen im Vordergrund, wie die folgenden Beispiele aus der Praxis zeigen.

Bei der Herstellung pharmazeutischer und biotechnologischer Produkte und Feinchemikalien hat die Aufreinigung (Down- stream-Prozesse) eine Schlüsselfunktion – sie bestimmt im Wesentlichen die Qualität des Produkts und sie ist häufig ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses. Für chromatographische Trennprozesse im industriellen Maßstab liefert Lewa Dosierpumpen und Dosiersysteme, die sich aufgrund der exakten, reproduzierbaren Dosiergenauigkeit, der großen Stellbereiche und der hohen Produktqualität bewähren. Sie werden u.a. in folgenden Prozessen eingesetzt:

Das Unternehmen offeriert den Aufbau als komplettes Funktionsmodul mit allen prozessrelevanten Anbauten zur Integration in Chromatographieanlagen; zusammen mit einer umfassenden Dokumentation zur Qualifizierung und Validierung (FAT – Factory Acceptance Test und SAT – Site Acceptance Test bei Systemen).

Aufgrund gemeinsamer Erfahrungen über viele Jahre setzt Sanofi-Aventis bei diesem wichtigen Prozessschritt zur Herstellung seines Wirkstoffes Insulin Glargin Gradientenmischer von Lewa ein. Herzstück dieser anschlussfertigen Dosiersysteme sowohl zur Hochdruckflüssigkeitschromatographie als auch zur Ionentauscherchromatographie sind hydraulisch angelenkte Dosierpumpen der Baureihe modular mit hochpräzisen Schrittmotoren zur Hub-längeneinstellung. Diese Pumpen erreichen eine Positioniergenauigkeit von 0,01 %. Die Hubfrequenz wird per Frequenzumrichter so eingestellt, dass innerhalb einer Gradientenfahrt maximale Hublängenverstellungen möglich sind. Das wiederum ermöglicht die geforderten Rezepturfahrweisen. Der Volumenstrom jeder Fluidkomponente wird entsprechend eines individuellen Profils (Gradienten) kontinuierlich verändert. Massedurchflussmesser schaffen ein redundantes System mit gegenseitiger Plausibilitätsprüfung; sie protokollieren und melden Abweichungen. Zur Versorgung der chromatographischen Aufreinigungsstufen mit exakt spezifizierten Pufferlösungen haben die Dosiersystemspezialisten für einen anderen namhaften Pharmaproduzenten ein Just-in-Time-Konzept erarbeitet. Dieser Ansatz spart eine Reihe großer Behälter ein und vereinfacht die Prozessführung.

Das Membranschutzsystem DPS (Diaphragm Protection System) umfasst eine Einrichtung zur Steuerung der Membranbewegung. Es sorgt dafür, dass sich die Membran immer im optimalen Arbeitsbereich bewegt. Unabhängig von äußeren Einflüssen, ist sichergestellt, dass die Bewegung der Membran vorgegebene Grenzen nicht überschreitet. Eine vorzeitige Beschädigung der Membran durch Überdehnung ist ausgeschlossen. Das Membran-Schutzsystem DPS beinhaltet zusätzlich ein Membranüberwachungssystem in Kombination mit einer vorgeformten mehrlagigen PTFE-Sandwichmembran. Das Membranüberwachungssystem dient dazu, Beschädigungen einer Membranlage, etwa durch Verschleiß, zuverlässig anzuzeigen. Durch die vier Lagen der Sandwichmembran muss der Betreiber bei einem Schaden die Membran nicht sofort auswechseln. Der Austausch erfolgt dann nach Schichtende oder bei der nächst möglichen Wartung.

Halle 8.0. Stand Q20

cav 432

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