Flokkulering

Partikler, krystaller og dråber kan forårsage problemer for forskere på alle stadier fra forskning til fremstilling. Offlineanalyse er afgørende for kvalitetskontrol, men at tage kontrol over partikler kan kun ske, når du forstår, hvordan procesparametre påvirker partikelstørrelse, form og antal.

Dette papir, Particle Size Analysis for Process Optimization, introducerer begrænsningerne ved offline analyse til procesoptimering og giver praktiske teknikker til at:

• Forbedre grundlæggende procesforståelse
• Angrebsdesignproblemer med omfattende data
• Øg sikkerheden og produktiviteten med ubemandet drift

In-situ partikelstørrelsesfordelingsværktøjer giver forskere mulighed for at spore tendenser i individuelle størrelsesklasser og observere adfærden af partikler omrørt i en stabil tilstand i realtid. Når flokkuleringsmidlet tilsættes, falder antallet af bøder betydeligt, og antallet af store flokke stiger kraftigt. Til sidst vil rysterens forskydning begynde at ødelægge flokkene. Store partikeltal vil falde, og små tal vil stige igen.  

Forståelse af flokkuleringspartikelmekanismer hjælper med at identificere de grundlæggende årsager til suboptimal procesydelse, downstream-produktionsudfordringer og produkter, der ikke er specificeret. Indhentning af detaljerede, in situ partikeldata er det første skridt til effektiv procesoptimering, kvalitet ved design (QbD) og effektiv produktion.

Flokkulering kræver forsigtig omrøring. Da individuelle flokketyper har forskellige styrker, er det vigtigt at forstå, hvilket omdrejningstal der udgør skånsomt for et specifikt flokkesystem. In-situ partikelstørrelsesfordelingsværktøjer giver indsigt i, hvordan den lille partikelstørrelsesklasse ændres, når flokke dannes og omrøres med forskellige hastigheder. Hurtig omrøring bryder flokke, og antallet af bøder kan stige til næsten samme niveau som før flokkulering. Langsom omrøring efterlader de fleste flokke intakte. Billeder fra in situ partikelstørrelsesanalysatorer understøtter disse resultater og viser større flokke ved lave omdrejninger.

Blandingsintensitet og forskydningsoptimering er en vellykket strategi til at forhindre flokkebrud. At bryde flokke bør undgås, fordi det besejrer formålet med flokkulering og øger filtreringstiderne. Filtreringshastigheder og kageafvanding er hurtigst på tidspunktet for optimal flokkulering. Enhver afvigelse fra dette punkt påvirker driften, produktkvaliteten og produktionsomkostningerne.

I en række brancher køres flokkuleringsprocesser i batch- eller kontinuerlig tilstand med enten dynamiske eller statiske blandere. En af de vigtigste procesparametre i begge tilstande er Mixing Zone Residence Time (MZRT). Pointen med optimal flokkulering er placeret 1:38 min efter flokkuleringsinjektion i dette tilfælde. 

Ved hjælp af en in-situ partikelstørrelsesanalysator viser dette værktøj, at flokkuleringsgrupper er fuldt udviklede, og flokkebrud er ved at blive den dominerende proces. Vi kan også se tendenser i individuelle størrelsesklasser, visualisere punktet for optimal flokkulering og definere MZRT-vinduet, hvor antallet af små partikler når et acceptabelt minimum.

Drift uden for MZRT-vinduet betyder enten, at flokke endnu ikke er fuldt dannet, eller at flokkebrud allerede kompromitterer flokkestørrelsen og den optimale procesydelse. Begge tilfælde er suboptimale på grund af et stort antal frie små partikler, og kun MZRT-vinduet sikrer den ønskede produkt- og procesydelse. MZRT-vinduet er forskelligt for hvert partikel-/flokkuleringssystem og kræver justering afhængigt af suspensionssammensætning, blandingsintensitet og flokkuleringstype.

Kemiske virksomheder udvikler løbende nye og innovative flokkuleringsmidler med forbedret flokkuleringsevne. Imidlertid er ikke alle flokkuleringsmidler egnede til hvert partikelsystem. Test og bekræftelse af ydeevne inden for et specifikt system sikrer, at det bedste flokkuleringsmiddel anvendes. Partikelstørrelsesanalysatorer afslører , at:

• Flokkuleringsmiddel A viser en svag flokkuleringsevne og er næppe i stand til at reducere antallet af små partikler i systemet.
• Flokkuleringsmiddel B fanger en betydelig mængde små partikler. Flokkuleringskinetikken er imidlertid langsom, og flokkakbrudshastigheden er højere end punktet for optimal flokkulering.
• Flokkuleringsmiddel C viser en god samlet præstation med hurtig flokkuleringskinetik, næsten fuldstændig indfangning af bøder og imponerende flokkuleringsstabilitet ud over punktet for optimal flokkulering.

In-situ partikelstørrelsesanalysatorer kan overvåge flokkuleringsydelsen for forskellige flokkuleringsmidler i realtid. Dette gør det muligt for forskere og ingeniører at træffe faktabaserede beslutninger under valg af flokkuleringsmiddel og optimering af flokkuleringsprocessen.

Hvis du har spørgsmål eller brug for hjælp til din tekniske anvendelse, står vores team af tekniske applikationskonsulenter klar til at guide dig i den rigtige retning.

• PVM® Particle Size Analyzer - undersøg dannelsen, væksten og stabiliteten af flokke
• FBRM® Particle Size Analyzer - undersøg effekten af forskellige flokkuleringsmidler og procesbetingelser på størrelsen, formen og strukturen af flokkulere
• Automatiseret kemisk syntesereaktor  - kontroller nøjagtigt forskellige procesparametre såsom temperatur, pH, blandingsintensitet og tilsætningshastighed for flokkuleringsmidler
• Procesudviklingssoftware, modellering og simulering  - forudsige størrelsen, formen og bundfældningshastigheden af flokke under forskellige procesforhold

Effektive, fleksible og omkostningseffektive metoder til kontinuerlig cellefjernelse skal udvikles, før et fuldt kontinuerligt og integreret produkttog kan realiseres. Forfatterne beskriver udviklingen og afprøvningen af en sådan integreret kontinuerlig og engangsopstilling til celleseparation ved flokkulering kombineret med dybdefiltrering.

ParticleTrack-målinger blev udført inline efter tilsætning af 0,0375% pDADMAC og placeret ved udløbet af den rørformede reaktor (statisk blanding). ParticleTrack (FBRM) overvåger flokkcstørrelse, og når den er overlejret med tidsopløst tryk, angiver den tilgangen til filtermætning og tendenser med trykhændelser. De forskellige metoder og flokkuleringstype evalueret resulterede i forskellige resultater for total lægemiddelstofudbytte, renhed og High Molecular Weight Index (HMWI). Disse resultater viste også en korrelation til divergerende partikelstørrelsesfordelinger som følge af den valgte flacc-type.

Disse data bygger på tidligere publikationer, der viser korrelation til andre flokkuleringsparametre såsom flokkocreagenskoncentration, blandekraft eller forskydning, blanding af resonanstid, temperatur og starttilstand og sammensætning af helcellebouillon. Ved hjælp af flokkulering blev de krævede dybdefiltreringsområder med succes reduceret med en faktor 4 sammenlignet med et konventionelt filtreringstog, hvor ParticleTrack (FBRM) var velegnet til at muliggøre kontinuerlig antistofhøstning.

Burgstaller, D., Krepper, W., Haas, J., Maszelin, M., Mohoric, J., Pajnic, K., Jungbauer, A., & Satzer, P. (2018b). Kontinuerlig celleflokkulering til rekombinant antistofhøstning. Tidsskrift for Kemisk Teknologi & Bioteknologi, 93(7), 1881–1890. https://doi.org/10.1002/jctb.5500