Principais diferenças na seleção do MVR para diferentes processos farmacêuticos

Na indústria farmacêutica, a seleção de evaporadores MVR (Recompressão Mecânica de Vapor) exige um projeto personalizado com base em requisitos específicos do processo para garantir uma operação eficiente e estável, além da conformidade com as Boas Práticas de Fabricação (BPF) e outras normas regulatórias. Diferentes processos farmacêuticos (como concentração de caldo de fermentação, recuperação de solventes orgânicos e tratamento de efluentes com alta concentração de sal) apresentam diferenças significativas nas características dos materiais, parâmetros do processo e requisitos dos equipamentos, o que leva a diferentes considerações importantes para a seleção de evaporadores MVR.

I. Processo de Concentração do Caldo de Fermentação

Principais diferenças:

• Proteção Termossensível e Evaporação a Baixas Temperaturas: Caldos de fermentação, como antibióticos, aminoácidos e vitaminas, são frequentemente materiais termossensíveis, decompondo-se ou desativando-se facilmente a altas temperaturas. Portanto, a capacidade de evaporação a baixas temperaturas deve ser priorizada durante a seleção. Evaporadores de película descendente ou ascendente são normalmente utilizados para proteger os ingredientes ativos, reduzindo a temperatura de evaporação e o tempo de residência do material, por exemplo, evaporação a vácuo e projetos de bombas de calor de baixa temperatura.

• Design anti-incrustante e anti-entupimento: Os caldos de fermentação podem conter proteínas, polissacarídeos e outros componentes que formam incrustações com facilidade. Para reduzir o risco de incrustações, devem ser selecionados evaporadores de circulação forçada ou de placas raspadas, juntamente com revestimentos anti-incrustantes (como revestimentos cerâmicos) ou sistemas de limpeza CIP em linha.

• Relação de concentração e rendimento do produto: O número de estágios do evaporador (de efeito simples ou múltiplo, MVR) e a área de troca de calor precisam ser ajustados de acordo com a concentração desejada para garantir que a relação de concentração atenda aos requisitos dos processos de secagem subsequentes, ao mesmo tempo que se melhora o rendimento do produto.

• Design de Materiais e Sanitários: As peças em contato com os materiais devem ser feitas de aço inoxidável 316L com alto acabamento superficial para evitar resíduos e contaminação, em conformidade com as normas GMP. 

II. Processo de Recuperação de Solventes Orgânicos

Principais diferenças:

• Características do solvente e compatibilidade do material: Os materiais resistentes à corrosão devem ser selecionados com base nas propriedades do solvente a ser recuperado, por exemplo, etanol, acetona, metanol, etc. Por exemplo, solventes fortemente ácidos podem exigir revestimentos de titânio ou PTFE para evitar corrosão que possa causar vazamentos ou contaminação.

• Otimização da Eficiência de Evaporação e do Consumo de Energia: Solventes orgânicos possuem baixos pontos de ebulição. A otimização da taxa de compressão da bomba de calor e do projeto do pré-aquecedor pode melhorar o aproveitamento do vapor e reduzir o consumo de energia. Por exemplo, podem ser utilizadas tecnologias como compressão em múltiplos estágios ou controle de frequência variável.

• Pureza na Condensação e Recuperação: Condensadores de alta eficiência, como trocadores de calor de placas e unidades de destilação, são necessários para garantir que a pureza do solvente recuperado atenda aos padrões de reutilização (por exemplo, ≥95%).

• Design à prova de explosão e seguro: Solventes orgânicos são inflamáveis e explosivos. Os equipamentos devem ser equipados com motores à prova de explosão, sistemas de proteção contra nitrogênio, sensores de pressão e controles de intertravamento para garantir a operação segura.

III. Processo de Tratamento de Efluentes com Alta Salinidade

Principais diferenças:

• Resistência à corrosão e design anticristalização: Águas residuais com alta salinidade, como as que contêm NaCl, CaSO₄, etc., corroem facilmente os equipamentos e causam bloqueios por cristalização. Materiais resistentes à corrosão (como aço inoxidável duplex 2205 e titânio) e evaporadores de circulação forçada, combinados com um design de cristalizador, são necessários para alcançar a separação do sal.

• Temperatura de evaporação e taxa de concentração: Efluentes com alta concentração de sal apresentam um ponto de ebulição significativamente elevado. Aumentar a temperatura de evaporação, por exemplo, utilizando um sistema de recuperação de vapor de alta pressão (MVR) ou aumentando a vazão com uma bomba de circulação forçada, é necessário para evitar a cristalização e a deposição. Simultaneamente, um sistema de evaporação e cristalização em múltiplos estágios precisa ser projetado para reduzir o volume de efluentes e recuperar os recursos salinos.

• Prevenção da formação de névoa e separação vapor-líquido: Os surfactantes presentes nas águas residuais geram espuma com facilidade. Dispositivos antiespumantes ou desembaçadores são necessários para garantir uma separação eficiente entre vapor e líquido e prevenir a poluição secundária.

• Descarga Zero e Conformidade Ambiental: O pré-tratamento (por exemplo, abrandamento, oxidação avançada) e o tratamento final (por exemplo, secagem, incineração) devem ser combinados para garantir a descarga de águas residuais próxima de zero e atender às normas ambientais.

IV. Concentração de Intermediários e Produtos Químicos Finos

Principais diferenças:

• Alta pureza e qualidade do produto: Produtos químicos intermediários e finos exigem pureza extremamente alta, o que torna necessário o uso de evaporadores de película descendente ou evaporadores de placas raspadas, juntamente com um sistema de controle de temperatura preciso de ±1℃ para evitar reações secundárias ou geração de impurezas.

• Cristalização e Separação Integradas: Alguns processos requerem concentração e separação por cristalização simultâneas, o que exige a integração de cristalizadores evaporativos ou cristalizadores de Oslo. O crescimento e a separação dos cristais são obtidos pelo controle da supersaturação.

• Linha de coprodução multiproduto: Se uma única linha de produção processa múltiplos materiais, é necessário um sistema para separar água limpa e turva, isolamento segmentado e limpeza CIP para evitar contaminação cruzada e garantir a segurança e a conformidade na troca de lotes.

V. Resumo de outras diferenças importantes

• Seleção do método de evaporação:

• Evaporador de película descendente: Adequado para materiais sensíveis ao calor e de baixa viscosidade;

• Evaporador de circulação forçada: Adequado para materiais de alta viscosidade e fácil cristalização;

• Evaporador de placas raspadas: Adequado para materiais de alta viscosidade, com tendência à incrustação ou que contenham sólidos.

• Complexidade do sistema de controle: O tratamento de águas residuais com alta salinidade exige um controle PID mais complexo, monitoramento do ponto de cristalização e intertravamentos anti-entupimento; a recuperação de solventes orgânicos requer controle à prova de explosão e monitoramento online da concentração do solvente.

• Medidas de economia de energia: A recuperação de solventes orgânicos pode reduzir o consumo de energia por meio da otimização do estágio da bomba de calor; o tratamento de águas residuais com alta salinidade exige o equilíbrio entre a temperatura de evaporação e o consumo de energia, potencialmente utilizando pré-aquecedores ou sistemas de recuperação de calor residual.

• Investimento inicial e custos a longo prazo: os evaporadores de circulação forçada têm custos iniciais mais elevados, mas são adequados para materiais complexos; os evaporadores de película descendente têm custos de investimento mais baixos e são adequados para materiais convencionais sensíveis ao calor. O custo do ciclo de vida (CCV) deve ser considerado na seleção do modelo.

Recomendações de seleção e resumo:

1. Orientado aos Requisitos do Processo: Primeiro, esclareça as características do material (sensibilidade ao calor, corrosividade, viscosidade, composição), os requisitos do produto alvo (pureza, proporção de concentração) e as regulamentações ambientais.

2. Personalização de equipamentos: Selecione o método de evaporação, o material, o sistema de controle e os dispositivos auxiliares, como cristalizadores e antiespumantes, com base nas características do processo.

3. Análise Econômica Abrangente: Equilibrar o investimento inicial, o consumo de energia operacional (consumo de eletricidade), os custos de manutenção, o valor da recuperação de recursos (como a receita da recuperação de solventes) e os custos de conformidade ambiental.

4. Experiência do fornecedor: Selecione integradores de MVR com experiência na indústria farmacêutica para fornecer simulação de processos, comissionamento de equipamentos e suporte de operação e manutenção a longo prazo.

5. Por meio de uma seleção precisa e da compatibilidade tecnológica, podemos garantir que os evaporadores MVR tenham um desempenho ideal em diversos processos farmacêuticos, alcançando uma produção eficiente, em conformidade com as normas e sustentável.