Pharmatec Anlagen zur Herstellung von Purified Water (PW) und Highly Purified Water (HPW) Packaging Technology

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1 Pharmatec Anlagen zur Herstellung von Purified Water (PW) und Highly Purified Water (HPW) Packaging Technology

2 Anlagen für Reinstmedien von Pharmatec Pharmatec ist Ihr Ansprechpartner für die Konzeption, Entwicklung und Herstellung von: Anlagen zur Erzeugung von PW und HPW Reinstdampferzeugern Destillationsanlagen Lager- und Verteilsystemen für Reinstwasser und Reinstdampf Pharmazeutische Produktionsanlagen haben einen ständig steigenden Bedarf an hochreinen Medien wie gereinigtem Wasser, Wasser für Injektionszwecke und Reinstdampf. Qualitätsschwankungen oder Engpässe bei der Versorgung mit diesen sensiblen pharmazeutischen Rohstoffen sind für produzierende Unternehmen inakzeptabel. Das heißt, Reinstmediensysteme sind zentrale Versorgungssysteme, deren Ausfall oder Qualitätsverlust zu weitreichenden Konsequenzen in der Produktion führen kann. Überblick Unterstützende Planungsleistungen zur Entscheidung über die wirtschaftlichste Lösung (Wirtschaftlichkeitsberechnung auf Anfrage) Basic- und Detailengineering bis zur Qualifizierung (einschließlich Full-Loop-Kalibrierung) Kompletter FAT unter praxisnahen Betriebs - bedingungen (auf Wunsch inklusive Endotoxin- Challenge-Test) Sonderbaugrößen und -funktionen Anbindung an Prozessleitsysteme (PLS) Individuelle Softwareapplikationen User-ID-Passwortschutz gemäß 21 CFR Part 11 Systemintegration, z. B. Speisewasservorlage und WFI-Tank Unterstützung bei Vorortinstallation Fernwartung mittels Modem, VPN Wasser ist einer der wichtigsten Rohstoffe in der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie. Als Basis für die Erzeugung von pharmazeutischem Wasser ist Trinkwasser gemäß den lokalen Anforderungen zwingend vorgeschrieben.

3 Anlagen für Reinstmedien von Pharmatec 3 Einleitung Destillation WFI-USP NaOH RO 2 WFI-JP Trinkwasser Enthärter RO 1 Gereinigtes Wasser MDG EDI WFI-EP Antiscalant Ultrafiltration HPW-EP Vorbehandlung Aufbereitung Endreinigung Modul 1 Modul 2 Modul 3 Übersicht der Pharma-Wasseraufbereitungsprozesse Modul 1 Enthärtung Modul 2 Umkehrosmose (RO) und Elektro-Deionisation (EDI) Modul 3 Ultrafiltration

4 Vorbehandlung Modul 1 Enthärtung Bei der Enthärtung durch Ionenaustausch durchfließt das Wasser ein Bett aus Austauscherharz, welches die Härtebildner (z. B. Ca ++, Mg ++ ) entnimmt und durch die äquivalente Menge Natriumionen ersetzt. Das enthärtete Wasser hat deshalb denselben Salzgehalt und praktisch die gleiche Leitfähigkeit. Die Enthärtungsanlage besteht aus zwei Enthärtersäulen in serieller oder paralleler Anordnung. Aufgrund dieser Schaltung wird eine permanente Durchströmung erreicht und die Gefahr von Verkeimung im Harzbett stark vermindert. Enthärter 1 Enthärter 2 Blockventil Ca ++ Mg ++ Na + HCO 3 Cl SO 4 NO 3 Na + HCO 3 Cl SO 4 NO 3 Regeneration und Salzverbrauch Die Regeneration wird über eine Volumenmessung oder über Zeit ausgelöst. Als Regeneriermittel wird Salzsole eingesetzt. Ausschlaggebend für die Laufzeit sind der Durchfluss und die Härte des Speisewassers sowie der Aufwand an Regenerationsmitteln. Pro Liter Harz können bei einer Zulaufhärte von 1 mol/m 3 und einem Regenerationsmittelaufwand von 150 g NaCl 100 % ca. 0,65 m 3 Wasser enthärtet werden. enthärtetes Wasser Trinkwasser HW-Sanitisierung Sole Prinzipschema Enthärtung QISA Sanitisierung Die Enthärtungsanlage ist mit der großen inneren Oberfläche des Harzbetts das mikrobiologisch kritischste Element der gesamten Aufbereitungskette. Eine periodische Sanitisierung der Enthärter mit Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) oder Natriumhypochlorit (NaOCl) respektive mit Heißwasser 80 C hält die Keimzahlen auf tolerierbarem Niveau. Heute wird jedoch zunehmend die chemikalienfreie Maßnahme vorgezogen, da sie automatisch ablaufen und GMPkonform dokumentiert werden kann. Enthärtung HW-Sanitisierung Vorbehandlung Die Vorbehandlung ist der wichtigste Schritt in der Aufbereitungskette. Hier werden die verschiedenen (schwankenden) Eingangswasserqualitäten für die nachfolgenden Verfahren aufbereitet, sozusagen uniformiert. Wenn die Vorreinigung nicht die gewünschte Qualität liefert, sind betriebliche Probleme mit den nachfolgenden Verfahrensschritten vorausbestimmt. Außerdem sind die Aufbereitungsanlagen nicht in der Lage, die spezifische Leistung der Qualität konstant zu produzieren. sehr gut geeignet, nahezu vollständige Entfernung gut geeignet, Einsatzbedingungen sind zu überprüfen bedingt geeignet, bei sehr geringen Belastungen kein Effekt

5 Vorbehandlung Modul 1 5 Enthärtungsanlage Doppel-Ionenaustauscher-Station: Heißwasser sanitisierbar mit Blockventiltechnik Rohwasser- Inhaltsstoffe Eisen und Mangan Calcium und Magnesium (Härtebildner) Barium und Strontium Schwebestoffe > 50 µm Kolloide Gelöste Kieselsäure (SiO 2 ) Kohlensäure (CO 2 ) Chlor und Ozon Organische Verunreinigungen (TOC) Keime (KBE) Alternativen der Vorbehandlung Rückspülfilter Mehrschichtfiltration Anschwemmfiltration Mikrofiltration Ultrafiltration Enthärtung Säuredosierung (HCl, H 2 SO 4 oder CO 2 ) Antiscalant-Dosierung Aktivkohlefiltration Sulfitdosierung (NaHSO 3, Na 2 SO 3 ) UV-Bestrahlung Laugedosierung (NaOH) Membranentgasung

6 Aufbereitung Modul 2 Umkehrosmose (Reverse Osmosis, RO) Die Umkehrosmose ist das Verfahren der Wahl für den ersten Entsalzungsschritt in modernen Wasseraufbereitungsanlagen. Dies ist auf die Vielzahl der Vorteile gegenüber Ionenaustauschern zurückzuführen. Umkehrosmose, ein Membranprozess, ist beides, ein mechanischer und ein chemischer Filtrationsprozess. Dabei wird das Speisewasser mit einem höheren Druck als der osmotische Druck des Wassers durch die semipermeable Membran gepresst und dabei in einen Konzentratstrom aufgeteilt, welcher die abgeschiedenen Salze und andere Verunreinigungen enthält und einen Permeatstrom (Reinwasser) mit einem sehr geringen Salzanteil. Die wirksamste Barriere gegen Verunreinigungen Ionen 100 % Organika 100 % Kolloide 100 % semi-permeable Membran Bakterien 100 % Ionen 15 % Organika 5 % Kolloide 0 % Bakterien 0 % FICA PW WW Blockventil enthärtetes Wasser PI SIC EU TIRSA QIRSA ROW HW- Sanitisierung HW-Sanitisierung WW EDI- Konzentrat Prinzipschema RO MF UF NF RO Wirkung der verschiedenen Membranprozesse Schwebstoffe Makromoleküle Mehrwertige Ionen Einwertige Ionen Wasser RO-Module

7 Aufbereitung Modul 2 7 Umkehrosmose (RO) RO-Module Abmessungen für die heißwassersanitisierbaren PW-Anlagen (RO, EDI) PW 400 H PW 1100 H PW 2000 H PW 2800 H PW 3300 H PW 5600 H PW 6600 H PW 8400 H PW 9900 H PW H PW H min. 0,22 0,55 1,10 1,40 1,65 2,80 3,30 4,20 4,95 6,60 8,25 Produktionsleistung [m 3 /h] nominal 0,44 1,10 2,00 2,80 3,30 5,60 6,60 8,40 9,90 13,20 16,45 max. 0,66 1,65 3,10 4,20 5,11 8,40 10,22 12,60 15,33 22,44 25,55 Breite (Front) Anlagenabmessungen* [in mm] Tiefe Höhe Enthärterabmessungen* Breite (Front) [in mm], Angaben ohne Tiefe integriert ins Gesamtsystem Salzvorlagebehälter Höhe * Die Abmessungen können durch technisch bedingte Änderungen variieren.

8 Aufbereitung Modul 2 Elektro-Deionisation (EDI) Die nachgeschaltete Elektro-Deionisation (EDI), ein elektrochemischer Prozess, produziert ein Diluat, das die Anforderungen an gereinigtes Wasser problemlos und mit großer Qualitätsreserve erfüllt. Die treibende Kraft bei diesem Verfahren ist ein konstantes elektrisches Feld, das die geladenen Wasserinhaltsstoffe mittels Ionenaustauscherharz in den Kammern zum Wandern bringt. Das Anlegen des elektrischen Felds bewirkt zusätzlich die Spaltung des Wassers in Wasserstoff- und Hydroxidionen, die das Ionenaustauschharz kontinuierlich regenerieren. Die Ionen werden in die jeweiligen Konzentratkammern transportiert und dort abgeführt. Das Diluat (Reinstwasser) wird an die Lagerung weitergeleitet. EDI-Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie in der Zusammensetzung des Speisewassers unempfindlich gegen Schwankungen sind und neben der Reduktion des Salzgehalts auch CO 2, SiO 2 und TOC zu über 90 % reduziert werden. PW Luft zur RO ROW Membranentgasung Pi Probe EDI EDI FICA FICA Pi Pi FICA TIRSA QIRSA PW Blockventil Probe Abwasser PW Entgasung Das im Speisewasser vorkommende freie CO 2, ein Gas, kann mit der Umkehrosmose nicht ab geschieden werden und erhöht dadurch die Leitfähigkeit des Permeats. Damit es abgebunden und in abscheidbares Bicarbonat (HCO 3 ) überführt werden kann, wird ph-geregelt Natronlauge (NaOH) vor der Umkehrosmose zudosiert. Als eleganteres Verfahren wird heute zunehmend das CO 2 chemikalienfrei mittels einer Membranentgasung reduziert. Zum Einsatz gelangen Membran-Kontaktoren mit hydrophoben Hohlfasermembranen. Die Reduktion findet rein physikalisch nach dem Membrandiffusions verfahren durch das Anlegen eines Partialdruckgefälles statt. Diese Maßnahmen entlasten die nachgeschaltete EDI-Anlage. Probe PIRA Prinzipschema EDI Parameter EP (Bulk) USP (Bulk) TOC (Total Organic Carbon) [ppb C] < 500 < 500 Leitfähigkeit [20 C µs/cm] < 4,3 Leitfähigkeit [25 C µs/cm] < 1,3 Nitrat [ppm] < 0,2 Schwermetalle [ppm als Pb] < 0,1 Gesamtkeimzahl [KBE/ml] < 100 < 100 Qualitätsparameter für gereinigtes Wasser EDI-Stacks

9 Aufbereitung Modul 2 9 Elektro-Deionisation (EDI) EDI-Module Spülwasser Permeat Cl HCO 3 Na + CO 2 SiO 2 Mg ++ Ca ++ H 2 O SO 4 Kathode Ca ++ SO Na + 4 Cl H + Mg ++ Kationenaustauscher-Membran Anionenaustauscher-Membran Cl HCO SO 3 Na + CO 3 4 HSiO OH Anode + + Konzentrat Diluat (gereinigtes Wasser) H 2 O Prinzipschema des EDI-Prozesses

10 Endreinigung Modul 3 Ultrafiltration Die Ultrafiltration (UF) ist ein Membrantrennverfahren zur Abtrennung partikulärer Verunreinigungen oder gelöster Stoffe aufgrund des Molekulargewichts oder der Größe (Siebeffekt). Im Pharmabereich gelangen Hohlfaser-Polysulfon-Membranen mit einer Trenngrenze von 6000 Dalton zum Einsatz einer Trenngrenze, die weit unter der Größe der zu entfernenden Verunreinigungen wie Bakterien, Viren und Pyrogenen liegt. In der Ultrafiltrationsanlage wird das einfließende Wasser, welches die Anforderungen bezüglich Leitfähigkeit und TOC-Wert erfüllt, zu apyrogenem und keimfreiem Wasser weiter aufbereitet. Die Integrität der UF-Module kann mit einem Bubble-Test in situ, d. h. in der Anlage, geprüft werden. Auch UF-Anlagen lassen sich mit Heißwasser (80 C) sanitisieren. Damit steht ein zuverlässiges und weit kostengünstigeres Verfahren (im Vergleich zur Destillation) zur Verfügung, das aus dem gereinigten Wasser Highly Purified Water (HPW) herstellt. Einsatz von Hochleistungskunststoffen wie PVDF Die UF-Module werden durch Einsatz von PVDF-Rohrleitungskomponenten in das System integriert. Durch die spezielle WNF-Schweißtechnik wird höchste Sicherheit in Sachen Restentleerung gewährleistet. Die Verbindungen sind glatt, weisen keinen Versatz auf und verfügen darüber hinaus über die gleichen Materialeigenschaften wie die Module. Neben den Rohrleitungskompo - nenten stehen auch Blockventile im gleichen Werkstoff zur Verfügung. Pi Pi Blockventil TIRSA QIRSA zur RO Probe HPW Pi HPW Lagertank Abwasser Prinzipschema UF Parameter EP (Bulk) USP (Bulk) TOC (Total Organic Carbon) [ppb C] < 500 n.a. Leitfähigkeit [20 C µs/cm] < 1,1 n.a. Nitrat [ppm] < 0,2 n.a. Schwermetalle [ppm als Pb] < 0,1 n.a. Gesamtkeimzahl [KBE/100 ml] < 10 n.a. Bakterielle Endotoxine [EU/ml] < 0,25 n.a. Qualitätsparameter für Highly Purified Water UF-Module

11 Endreinigung Modul 3 11 Ultrafiltration (UF) Kontinuierliche Ultrafiltration über Hohlfasermodule Auf einen Blick Modulare Struktur komplett vormontierter Teilanlagen (Modul 1 bis 3) Aufbau in einem oder nach Bedarf in getrennten Anlagesegmenten Kompakter bediener- und servicefreundlicher Aufbau Anschlussfertig geprüft und vorqualifiziert Sanitisierung durch Heißwasserbehandlung oder chemische Behandlung Blockventiltechnik im geringsten Todraumdesign Marktgängige Einzelkomponenten weltweit verfügbar Automatisierungskonzept auf Basis Siemens S7 mit WinCC flexible als Standard-Software-Design

12 Faber & Marke Pharmatec GmbH A Bosch Packaging Technology Company Elisabeth-Boer-Straße Dresden Deutschland Tel Fax Printed in Germany 100 % chlorine free paper