Scambiatori di calore tubolari per la produzione di insulina glargina
Scambiatori di calore tubolari per la produzione di insulina: antefatti
Una delle aziende farmaceutiche leader a livello mondiale, con una gamma di prodotti che comprende medicinali per diverse aree terapeutiche quali disturbi cardiovascolari, trombotici o metabolici, ha affidato a SACOME il calcolo, la progettazione e la fabbricazione degli scambiatori di calore tubolari del suo impianto di produzione di insulina a Francoforte sul Meno (Germania).
La fornitura di questo progetto comprende 17 scambiatori di calore a tubo corrugato destinati al riscaldamento e raffreddamento di diversi prodotti quali sospensioni proteiche, 30%-n-Propanol o 10%-n-Propanol. L’installazione nel settore bioenergetico ha una capacità produttiva di 1.700 kg di insulina glargina all’anno.
Specifiche del prodotto e processo di produzione dell’insulina
Negli scambiatori di calore tubolari di questa linea di produzione vengono trattati diversi prodotti, tra cui quelli riportati di seguito:
- Diferenti soluzioni.
- Sospensioni proteiche.
- 30% N-propanolo.
- Soluzioni di rigenerazione.
- Derivati cromatografici.
- 10% N-propanolo.
- Acque reflue organiche.
Il nostro team di ingegneri ha tenuto conto di questa gamma di prodotti e, in stretta collaborazione con il cliente, ha stabilito le diverse proprietà termiche (densità, calore specifico, conducibilità termica e viscosità) per ciascun caso, al fine di realizzare con la massima precisione la progettazione termica delle diverse sezioni, alcune delle quali funzionavano come riscaldamento/raffreddamento nel punto di utilizzo, altre come processi di ricircolo o batch.
Allo stesso modo, i nostri tecnici hanno selezionato le distribuzioni dei tubi che consentissero numeri di Reynolds e velocità di processo adeguati, contribuendo in questo modo a evitare il ristagno dei liquidi.
Progettazione degli scambiatori di calore tubolari per la produzione di insulina
Il raggiungimento dei massimi livelli di sicurezza, efficienza e asepsi è stato l’aspetto principale considerato nella scelta delle apparecchiature. Nel caso degli scambiatori di calore, la necessità di rispettare le raccomandazioni FDA e GMP in materia di velocità, autodrenabilità, rugosità interna, assenza di zone morte, ecc. ha comportato l’esclusione di determinati tipi di scambiatori, non essendo la soluzione più consigliabile per soddisfare alcuni dei requisiti, come nel caso degli scambiatori a piastre.
Tenendo conto di ciò, abbiamo consigliato al cliente il nostro modello P-TFM-I, appositamente progettato per applicazioni farmaceutiche. Queste sono le caratteristiche principali della soluzione proposta:
Progettazione senza zone morte
La linea farmaceutica di scambiatori tubolari di SACOME è appositamente progettata per evitare punti morti dove possono accumularsi colonie batteriche, impedendo così la proliferazione di questi microrganismi. A tal fine, riteniamo che le flange sterili siano le connessioni più adatte per queste apparecchiature.
Elettrolucidatura
Uno dei requisiti del cliente era che l’intero canale del prodotto (tubi interni, piastre tubiere, riduzioni eccentriche e gomiti) fosse elettrolucidato. Questo aspetto è descritto in dettaglio nel paragrafo seguente.
Tubi interni
Per quanto riguarda i tubi interni, i nostri ingegneri hanno selezionato tubi s/ DIN 1.4435 (316L) con rugosità certificata Ra ≤ 0,8 µm (finitura lucida), in conformità con le raccomandazioni ASME BPE.
Progettazione a doppia piastra tubiera
Le apparecchiature sono state fabbricate in versione doppia piastra, che consente il rilevamento delle perdite, evitando così la contaminazione incrociata (ad es. fluido di servizio che fuoriesce nel canale del prodotto) in caso di rottura di una saldatura. L’industria offre altre soluzioni a questo scopo, come la configurazione a doppio tubo con camera intermedia, anche se questa non è una configurazione così efficiente dal punto di vista termico, a causa della resistenza termica di tale camera.
Analisi contro l'affaticamento
Il nostro ufficio tecnico ha analizzato i programmi di temperatura di produzione e pulizia, nonché di sterilizzazione delle diverse posizioni, e ha raccomandato di installare guarnizioni di espansione sulle apparecchiature. In qualità di azienda leader a livello mondiale nella progettazione e fabbricazione di compensatori di dilatazione dal 1978, abbiamo verificato il calcolo di questo componente tenendo conto delle dilatazioni termiche e del numero di cicli.
Guarnizioni
Tenendo conto delle condizioni di progettazione (in alcuni casi fino a 40 bar di pressione), della necessità di disporre di guarnizioni compatibili con le normative FDA e GMP, i nostri ingegneri, in stretta collaborazione con i nostri fornitori di guarnizioni, hanno deciso di selezionare guarnizioni ad anello metallico DIN 1.4541, con due strati di grafite ricoperti da PTFE (Teflon).
Elettrolucidatura
Come si può vedere nella figura allegata, nel processo noto anche come lucidatura elettrolitica o anodica, l’apparecchiatura viene immersa in un bagno di elettrolita a temperatura regolata. Viene collegata al terminale positivo di una fonte di corrente continua, mentre il catodo viene collegato al terminale negativo, in modo tale che lo scambiatore funga da anodo del circuito.
Una volta chiuso il circuito, una corrente elettrica circola dall’anodo (scambiatore) al catodo, dando luogo a un processo di ossidazione sulla superficie del pezzo in lavorazione, in modo tale che il metallo di tale superficie si dissolva nell’elettrolita, per poi depositarsi sulla superficie del catodo.
Come risultato di questo trattamento, il metallo viene eliminato dalla superficie del tubo, ottenendo una levigatura microscopica della superficie sul lato prodotto, livellando così i micro picchi, contribuendo a migliorare la passivazione, facilitando la pulizia e la sterilizzazione e migliorando la protezione contro la corrosione.
In questo progetto, una volta fabbricati, testati e certificati gli scambiatori di calore nel nostro stabilimento, li abbiamo spediti in Germania per l‘elettrolucidatura, dove i tecnici SACOME hanno supervisionato in loco tale processo. Una volta completata l‘elettrolucidatura anodica, gli scambiatori tubolari sono stati rispediti al nostro stabilimento, dove sono stati nuovamente sottoposti a tutti i test, in particolare quelli idraulici e pneumatici, al fine di verificarne il perfetto stato e l’assenza di perdite, prima di procedere al loro trasporto allo stabilimento di produzione di insulina del cliente a Francoforte.
1. Elettrolita
2. Catodo
3. Pezzo da lavorare (anodo)
4. Particella che si sposta dal pezzo da lavorare al catodo
5. Superficie prima della lucidatura
6. Superficie dopo la lucidatura
Ispezioni e certificazioni
Uno degli aspetti chiave di questo progetto è stato il rigoroso programma di ispezioni e i severi requisiti di documentazione e certificazione.
Il Dossier di Qualità ha incluso ispezioni prima, durante e dopo la fabbricazione, come riportato di seguito:
- Ispezione visiva.
- Controllo dimensionale.
- Prova idraulica e pneumatica.
- Procedure di saldatura secondo la norma EN287-288, con norme approvate dal TÜV.
- Prove non distruttive (liquidi penetranti) al 100%.
- Radiografie delle saldature di testa longitudinali.
- Analisi della composizione chimica.
- Prova di corrosione intergranulare secondo la norma DIN50914.
- Delta ferrite nei cordoni di saldatura diritti.
- Analisi della rugosità.
In questo senso, l‘ingegneria del progetto, tramite i propri ispettori, ha supervisionato e convalidato i diversi livelli di ispezione, ricezione e accettazione delle materie prime, il processo di fabbricazione, prima e dopo l’elettrolucidatura, certificando la corretta finitura delle nostre attrezzature.
Il progetto in cifre
Produzione dell’impianto di Insulina Glargina (Kg/anno)
Fornitura (scambiatori di calore tubolari)
Potenza delle apparecchiature
Portata
Numero di sezioni