Durchflussmessung in präparativen Chromatographieprozessen

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen und strenge regulatorische Anforderungen zu erfüllen, erfordern diese Prozesse eine genaue und zuverlässige Regelung der Prozessparameter. 

Präparative Flüssigkeitschromatographie

Hersteller von Anlagen für die präparative Chromatographie und die superkritische Fluidchromatographie (SFC) integrieren daher fortschrittliche Durchflussmesslösungen, um eine gleichbleibende Produktqualität sicherzustellen. Dafür setzen sie bei der Systemauslegung häufig auf Durchflussmessgeräte von Bronkhorst. 

Anforderungen der Anwendung

In pharmazeutischen Anwendungen müssen Geräte umfassende User
Requirement Specifications (URS) erfüllen, die eine umfangreiche
Überwachung und Dokumentation kritischer Prozessparameter verlangen.
Der Durchfluss ist einer der kritischsten Parameter, da er die
Produktqualität und die Ausbeute direkt beeinflusst. Abweichungen von
den vorgegebenen Durchflussgrenzen können zum Verwurf der Charge und
damit zu erheblichen finanziellen Verlusten führen. Anlagen für die
präparative Chromatographie arbeiten sowohl im Labor als auch im
industriellen Umfeld typischerweise mit kleinen Probenvolumina. Daher
müssen Durchflussmessgeräte sehr niedrige Durchflussraten erfassen und
dabei über einen großen Dynamikbereich genau bleiben. Neben
herkömmlichen flüssigen Lösungsmitteln werden in der präparativen
Chromatographie zunehmend superkritische Fluide eingesetzt, allen voran
CO2. CO2 wirkt als effizientes Lösungsmittel und senkt den Verbrauch
erdölbasierter Lösungsmittel erheblich. Je nach Zielverbindung kann es mit
organischen Lösungsmitteln oder geringen Wassermengen kombiniert
werden. Beim Arbeiten mit superkritischen Fluiden ist die
Echtzeitüberwachung von Dichte und Temperatur unerlässlich. Der
Aggregatzustand von CO2 ändert sich bei Druck- und
Temperaturschwankungen schnell und beeinflusst dadurch direkt die
Prozessstabilität. Darüber hinaus erfordert die Einbindung von
HPLC-Pumpen eine präzise Durchflussregelung. Eine genaue PID-Regelung
in Kombination mit einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung der
Pumpe ist notwendig, um einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten,
Prozessunterbrechungen zu vermeiden und Strategien zur vorbeugenden
Wartung zu unterstützen.

Wichtige Themen

1. Genaue und zuverlässige Messung niedriger Durchflussraten von Flüssigkeiten und superkritischen Fluiden.
2. Unabhängige Durchflussmessung für superkritisches CO2, unbeeinflusst von den
   Fluideigenschaften.
3. Integrierte Dichte- und Temperaturüberwachung für höhere Prozessstabilität.
4. Präzise Pumpenregelung mit integrierter PID-Funktion.
5. Nahtlose Integration in automatisierte Systeme über digitale Kommunikation.

Prozesslösung

Für die Durchflussmessung und -regelung in der Flüssigphase kommt ein ES-FLOW Ultraschall-Volumendurchflussmesser zum Einsatz. Dieses kompakte Gerät wurde speziell für Anwendungen mit geringen Durchflüssen entwickelt und liefert genaue, wiederholbare Messungen für Lösungsmittel, Co-Lösungsmittel und Wasser.

Für Anwendungen mit superkritischen Fluiden wird ein Coriolis-Massendurchflussmesser vor der Förderpumpe installiert. Die Coriolis-Technologie eignet sich ideal für superkritisches CO2, da das Messprinzip unabhängig von Fluideigenschaften wie Dichte oder Viskosität ist. Zusätzlich zum Massendurchfluss liefert das Gerät Dichte- und Temperaturmesswerte in Echtzeit und stellt so sicher, dass das CO2 im richtigen flüssigen Zustand an der Pumpe ankommt. 

Bronkhorst-Geräte verfügen über einen integrierten PID-Regler, der die vorgeschaltete Pumpe direkt ansteuert, indem er die Pumpendrehzahl anpasst, um den gewünschten Durchfluss zu erreichen. Die kontinuierliche Überwachung der Pumpenleistung ermöglicht die Feinabstimmung der Regelparameter, die frühzeitige Erkennung von Verstopfungen oder Verschleiß und die Vermeidung von Ausfällen von Wärmetauscher oder Pumpe. 

Alle Durchflussgeräte sind über digitale Kommunikation mit dem PROFINET-Protokoll in das automatisierte Leitsystem eingebunden. 

Ohne direkte Durchflussmessung wären Anlagen für die präparative Chromatographie auf theoretische Durchflusskurven angewiesen, die typischerweise mit Unsicherheiten von bis zu 20 % verbunden sind. Solche Ungenauigkeiten machen reproduzierbare Extraktionen und einen gleichbleibenden Produktionsdurchsatz unmöglich. 

Durch die Messung des tatsächlichen Volumenstroms von Flüssigkeiten oder des Massenstroms von superkritischem CO2 lassen sich gleichbleibende und reproduzierbare Ausbeuten erzielen. Der Prozess kann vollständig automatisiert und in Echtzeit geregelt werden, was eine zuverlässige Qualitätssicherung der Produktion ermöglicht. Das führt zu einer höheren Prozessrobustheit, geringerem Betriebsrisiko und erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen. 

„Die Durchflussmesser von Bronkhorst sorgen für eine außergewöhnlich stabile Durchflussregelung – selbst mit superkritischem CO₂. Ihre Genauigkeit und die zuverlässige PID-Regelung verbessern die Extraktionskonsistenz deutlich und sparen uns wertvolle Zeit.