Reaktoren lernen neue Tricks

Kundenspezifische Automatisierungslösung im Hydrierlabor

Pharma
Food
Kosmetik
Chemie
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

31.10.2018 Produkte, Märkte, Rohstoffe, Ausrüstung, Vorschriften: Sie verändern sich ständig und führen oft zu neuen oder veränderten Produktionsprozessen.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Im Hydrierlabor eines Schweizer Pharmaherstellers reichte die Leistung der bestehenden Reaktoren nicht aus: Optimale und sichere Prozessparamenter ließen sich hauptsächlich aufgrund der fehlenden Prozessautomatisierung nicht effizient bestimmen.
  • Anstatt die bestehenden Reaktoren abzuschreiben, entschied der Betreiber sich für eine Modernisierung mit einer flexiblen und programmierbaren Rezeptursteuerung und integrierter Protokollfunktion, welche die gewünschte Leistungssteigerung erbrachte.
Aufmacher_Reactor

Aufgrund der modernisierten Steuerung war ein Ausstausch der Hydrierreaktoren nicht nötig. (Bilder: Systag)

Die Laboratorien stehen unter dem ständigen Druck, neue Prozesse und Rezepturen zu validieren, optimieren und der Produktionsanlage zuverlässige und gründlich erprobte Parameter für einen sicheren Betrieb zur Verfügung zu stellen, um ein qualitativ hochwertiges Produkt zu produzieren.

Ein Schweizer Pharmahersteller war mit Anforderungen konfrontiert, die mit den vorhandenen – ansonsten durchaus befriedigenden – Hydrierreaktoren wirtschaftlich nicht zu bewältigen waren. Die Erprobung neuer Prozesse erforderte einen längeren, andauernden Betrieb von vier Reaktoren rund um die Uhr, mit permanenter Regelung des Reaktionsdruckes mittels Wasserstoffzugabe, des Rührens, sowie der Überprüfung hinsichtlich Wärmezufuhr. Weiteres Augenmerk galt der Sicherheit, um stets in sicheren Grenzen zu bleiben. Anwesenheit und manuelle Protokollierung rund um die Uhr waren jedoch unerschwinglich.

Bild 1 User interface Hauptbildschirm

User Interface- Hauptbildschirm: Die modulare Flexypat-Steuerung ermöglicht die vollständige Automatisierung und Dokumentation der Prozesse im Reaktor.

Upgrade statt Verschrottung

Daher erschien als einzige Lösung, die bestehenden Reaktoren durch eine vollautomatische Konfiguration mit umfassender Datenprotokollierung zu ersetzen. Der Gruppenleiter „Hydrierung“ fragte den Schweizer Labor-Systemintegrator Systag, ob es eine äquivalente, aber weniger teure Lösung gebe, die nicht der Verschrottung der vier Reaktoren gleichkam.

Der Automatisierungsspezialist schlug vor, jeden der vier Reaktoren mit seiner Flexypat-Steuerung zu erweitern. Diese ermöglicht die optimale Automatisierung konventioneller Doppelmantelreaktoren, sei es für die Forschung und Prozessentwicklung oder für den Einsatz im Scale-Up-Labor. Die modulare Automatisierungstechnik ist darauf ausgelegt, sämtliche chemischen Prozesse automatisieren und dokumentieren zu können. Das Sortiment reicht von kleinen Volumen bis zu mehreren Litern.
Projektleiter Erwin Telser erklärt: „Neben der Installation der Flexypat-Steuerungen und der Nachrüstung der Reaktoren mit geeigneten Sensoren und Messgeräten gab es zusätzliche Anforderungen. Wir mussten einige kundenspezifische Softwarealgorithmen entwickeln, und zudem wollte der Kunde auch zwei verschiedene Messtechniken für den Wasserstoffverbrauch, basierend auf der Druckdifferenz- und der thermischen Massendurchfluss-Methode integriert haben. Darüber hinaus wurde die Installation eines Backup-Controllers gefordert, um im Falle eines Hardwareausfalles ohne große Stillstandzeiten schnell umschalten zu können. Trotz des begrenzten, zur Verfügung gestellten Platzes haben wir es geschafft, das alles zu lösen.“
Da die Reaktoren fast ununterbrochen im Einsatz standen, war auch die Zeit zur Durchführung des Upgrades stark limitiert. „Dank guter Vorbereitung und Planung durch unser Team konnten wir das Upgrade innerhalb von nur zwei Wochen installieren, testen und dem Betrieb übergeben!“, betont Telser.

Mehr Leistung und erhöhte Sicherheit

Alle Hydrierreaktoren und Peripherien – Pumpen, Ventile, Rührwerke usw. – werden nun direkt über das benutzerfreundliche Software-Interface mit konfigurierbarer Rezept-Steuerung geregelt. Gerätezustände und Prozessparameter werden grafisch visualisiert, und alle Prozessparameter sind kontinuierlich vom e-Lab Journal protokolliert. Der Betrieb ist vor kritischen Situationen geschützt; Notkühlung und sicheres Herunterfahren werden automatisch aktiviert, und die zuständige Person per E-Mail benachrichtigt. Für eine verbesserte Reaktionsverfolgung ermöglicht das kontaminationsfreie Probenahmesystem ein automatisiertes Sampling unter Druck, von bis zu vier Proben pro Reaktor.

Auch anderthalb Jahre nach der Modernisierung erfüllen die Reaktoren weiterhin die Erwartungen des Hydrierungslabors. Die Sicherheit, Flexibilität und Produktivität ist erheblich verbessert, und die automatisierte Dokumentation bietet umfangreiche Informationen für eine verbesserte und einfachere Analyse und Prozessgestaltung. Angesichts des Erfolgs untersucht der Pharmahersteller nun weitere Möglichkeiten für den Einsatz von automatisierten Laborreaktoren in weiteren Entwicklungslaboratorien.

 

ZUR TECHNIK

Technische Daten des Reaktorsystems

  • 2 x 2 l Stahl-Reaktor bis 100 bar
  • 2 x 500 ml Stahl-Reaktor bis 100 bar
  • Reaktor mit el. Heizmantel und Kühlspiralen, zusätzliche Kühlspiralen im Reaktor
  • Rührmotor und Begasungsrührer
  • Automatisches Probenahmesystem
  • Flüssigkeitsdosierung mittels HPLC Pumpe (geteilte Infrastruktur)
  • Temperatur-Regelung, Regelmodi nach TR und TJ
  • Zusätzliche Kühlspirale im Reaktorraum für schnelle Kühlung
  • Gas Dosierung / Druckregel-System
  • Hydrierung mittels Mass Flow Controller
  • Druckregelung mittels Wasserstoff
  • Konstanter Gasfluss
  • Aufzeichnung von Wasserstoffverbrauch durch MFC oder Druck-Differenz-Methode
  • Automatischer Gasaustausch mittels Inert– oder
  • Aktiv Gas
  • Software Interface und Plattform zur Steuerung vier individueller Reaktoren mit unterschiedlicher Funktionalität
  • Rezeptsteuerung
  • Konfigurierbares Alarm-Konzept mit E-Mail-Alarm
  • Automatischer Datentransfer zum e-Lab Notebook
  • Exothermieüberwachte Flüssigkeitsdosierung mittels HPLC Pumpe
Heftausgabe: November 2018
Anzeige

Über den Autor

Mike Mandlehr, Marketing Director, Systag
Loader-Icon