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Kontinuierliche Kristallisation ohne Rückvermischung Archimedes und die Konti-Produktion

| Autor / Redakteur: Dr. Torsten Heitmann, Andreas Wilk* / M.A. Manja Wühr

Die kontinuierliche Produktion von Wirkstoffen und Spezialchemikalien hat ihren Reiz. Doch wie vermeidet man Rückvermischung und wie stellt man die optimale Verweilzeit ein? Ein neues Reaktor-Konzept verspricht die Lösung.

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Heureka: In dem Archimedischen Schrauben-Kristallisator/Reaktor für Konti-Prozesse kann eine ideale Verweilzeit ohne Rückvermischung eingestellt werden.
Heureka: In dem Archimedischen Schrauben-Kristallisator/Reaktor für Konti-Prozesse kann eine ideale Verweilzeit ohne Rückvermischung eingestellt werden.
(Bild: © hypnocreative, © Eisenhans/Fotolia.com; [M] GötzelHorn)

Die Vorteile von kontinuierlichen Prozessen sind hinlänglich bekannt: deutlich geringere Investitionskosten und geringerer Platzbedarf bei dauerhaft höherer Produktqualität. Obwohl FDA und Europäische Überwachungsbehörden kontinuierliche Verfahren explizit unterstützen, werden in der pharmazeutischen Industrie kontinuierliche Verfahren noch recht selten eingesetzt. Die Sorge vor Rückvermischungen und damit einer Beeinträchtigung der Produktqualität halten viele Entscheider von der Umsetzung ab. Hinzu kommt, dass bisher kein Apparat verfügbar ist, in dem eine ideale Verweilzeit ohne Rückvermischung eingestellt werden kann. Nun hat Rorea einen solchen rückvermischungsfreien Apparat entwickelt.

Produktqualität

Viele absatzweise Prozesse haben eine optimale Reaktionsdauer.Häufig verschlechtert eine zu lange Reaktionsdauer das Ergebnis und natürlich auch die Anlagenausnutzung. Beispiele hierfür sind Kristallisationsprozesse, bei denen die Kristalle aus dem Fenster der Zielgröße herauswachsen oder Polymerisationsprozesse mit zu großen Polymeren oder auch zunehmende unerwünschte Nebenreaktionen. Diese Prozesse eignen sich daher leider nur sehr schlecht für die Umstellung auf kontinuierliche Prozesse, da die heutigen kontinuierlichen Reaktoren stets eine mehr oder weniger große Verweilzeitverteilung aufweisen. Die unwirtschaftliche Ausnahme ist eine unendliche Kette an idealen Rührkesseln.

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Nun gibt es eine weitere Alternative: den Archimedischen Schrauben-Kristallisator/Reaktor (ASKR). Dieser zylindrische Reaktor schraubt nach dem Archimedischen Prinzip kleinere Volumina kontinuierlich von einer Seite zur anderen. Der Inhalt eines jeden Segments der Archimedischen Schraube entspricht somit wieder einem abgeschlossenen Volumen und damit einem kleinen absatzweisen Reaktor. Somit vereinigt der ASKR die Vorteile einer absatzweisen Reaktion mit den Vorteilen kontinuierlicher Prozessführung.

Aber es gibt noch einen weiteren Vorteil: Die Art der Durchmischung im ASKR ist eine ständige Umwälzung. Bodensatz und sedimentierte Kristalle werden so kontinuierlich resuspendiert. Der Energieeintrag durch die Wände ist äußerst homogen und schonend. Auf zusätzliche Einbauten kann meist verzichtet werden, auf Rührer sowieso. Damit entfällt eine häufige Quelle für eine potenzielle Verschlechterung der Produktqualität: Es gibt keine Totzonen und kein Rührer zerschlägt Produkte.

Zusätzlich ermöglicht eine bessere Durchmischung bei der Proteinkristallisation eine doppelt so hohe Ausbeute bei gleicher Verweilzeit [PAR11]. Also kann im Umkehrschluss die Verweilzeit für eine nahezu vollständige Ausbeute dramatisch reduziert werden. Natürlich hängt dieses Verhältnis von der Damköhler-Zahl ab.

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