Nitơ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất dược phẩm và dược phẩm sinh học, nơi có thể cần môi trường được kiểm soát để giảm quá trình oxy hóa, bảo vệ vật liệu nhạy cảm, hỗ trợ hoạt động đóng gói và duy trì điều kiện sản xuất ổn định.
Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào bình khí hoặc nguồn nitơ số lượng lớn được giao từ bên ngoài, nhiều cơ sở có thể sử dụng máy tạo nitơ tại chỗ cho các ứng dụng trong ngành dược phẩm để liên tục sản xuất nitơ khí từ khí nén. Một hệ thống được lựa chọn phù hợp có thể giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung bên ngoài, đồng thời giúp nhà sản xuất kiểm soát tốt hơn độ tinh khiết, lưu lượng, áp suất và khả năng sẵn sàng của nguồn nitơ.
Đối với các cơ sở dược phẩm đang đánh giá toàn bộ hệ thống tiện ích, Lingyu cũng cung cấp giải pháp chuyên dụng cho ngành dược phẩm và dược phẩm sinh học, bao gồm các yêu cầu về khí nén và xử lý khí.
Vì sao nitơ quan trọng trong sản xuất dược phẩm?
Nitơ là khí không màu, không mùi và được sử dụng rộng rãi khi quy trình yêu cầu môi trường có hàm lượng oxy thấp hoặc môi trường trơ.
Bằng cách thay thế oxy trong bồn chứa, đường ống, bao bì hoặc không gian quy trình, nitơ có thể giúp giảm quá trình oxy hóa và các phản ứng không mong muốn liên quan đến vật liệu nhạy cảm với oxy.
Các ứng dụng phổ biến trong ngành dược phẩm bao gồm:
- Tạo môi trường trơ cho bồn sản xuất và đường ống quy trình
- Phủ khí bảo vệ cho bồn chứa
- Bảo vệ một số nguyên liệu và sản phẩm trung gian
- Thổi rửa đường ống
- Kiểm soát môi trường khí trong bao bì
- Hỗ trợ một số hoạt động phòng thí nghiệm và phân tích
Nitơ cũng có thể được sử dụng như một loại khí tiện ích trong phòng thí nghiệm, tùy thuộc vào yêu cầu của thiết bị và quy trình.
Chất lượng nitơ yêu cầu không giống nhau đối với mọi ứng dụng dược phẩm. Đóng gói, phủ khí cho bồn chứa, thiết bị phân tích và các quy trình hóa học nhạy cảm có thể có những yêu cầu khác nhau về độ tinh khiết, lưu lượng, áp suất, điểm sương và chất ô nhiễm.
Do đó, hệ thống tạo nitơ phải được lựa chọn theo thông số kỹ thuật thực tế của quy trình, thay vì chỉ đơn giản chọn độ tinh khiết cao nhất hiện có.
Nguyên lý hoạt động của công nghệ tạo nitơ PSA
Các hệ thống tạo nitơ của Lingyu sử dụng công nghệ hấp phụ biến thiên áp suất, hay PSA.
Máy tạo nitơ PSA hoạt động với hai tháp hấp phụ chứa sàng phân tử carbon (CMS). Khí nén đi vào một tháp, tại đó các phân tử oxy được CMS hấp phụ ưu tiên, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ và được thu lại dưới dạng khí sản phẩm.
Đồng thời, tháp thứ hai trải qua quá trình giảm áp và tái sinh. Khi tháp đang hoạt động đạt đến khả năng hấp phụ được xác định trước, hai tháp sẽ tự động đổi chức năng.
Hai tháp liên tục luân phiên giữa hấp phụ và tái sinh dưới sự điều khiển của PLC, cho phép hệ thống duy trì nguồn cung nitơ liên tục.
Để tìm hiểu chi tiết hơn, hãy xem nguyên lý hoạt động của máy tạo nitơ PSA.
Độ tinh khiết nitơ cho các ứng dụng dược phẩm
Độ tinh khiết nitơ luôn phải được xác định theo quy trình dược phẩm cụ thể.
Máy tạo nitơ PSA của Lingyu hỗ trợ độ tinh khiết nitơ từ 95% đến 99,999% trong các điều kiện vận hành quy định. Áp suất khí đầu vào được công bố là 0,5–0,8 MPa, trong khi điểm sương nitơ là ≤−40°C.
Các cấu hình hiện có bao gồm các cấp độ tinh khiết như:
- 99,0%
- 99,5%
- 99,9%
- 99,99%
- 99,999%
Phạm vi này cho phép cấu hình hệ thống nitơ theo các yêu cầu chất lượng khí khác nhau, thay vì áp dụng một mức độ tinh khiết cho mọi quy trình dược phẩm.
Đối với người dùng đang đánh giá mức độ tinh khiết này, Lingyu cũng cung cấp máy tạo nitơ độ tinh khiết 99,99%.
Nitơ độ tinh khiết cao và hệ thống tinh chế bổ sung
Một số ứng dụng dược phẩm có thể yêu cầu thông số nitơ vượt quá cấu hình PSA cơ bản đã lựa chọn.
Hệ thống tinh chế khử oxy bằng carbon của Lingyu được thiết kế để tiếp tục tinh chế nitơ tạo ra từ PSA. Nitơ đầu vào có độ tinh khiết khoảng 99,9% có thể được tinh chế thêm lên ≥99,999%.
Quá trình này sử dụng chất xúc tác gốc carbon để loại bỏ oxy dư, sau đó là loại bỏ CO₂, khử nước sâu và lọc chính xác.
Các thông số khí thành phẩm được công bố bao gồm:
- Độ tinh khiết nitơ: ≥99,999%
- Hàm lượng oxy: ≤10 ppm
- Hàm lượng CO₂: ≤5 ppm
- Điểm sương khí quyển của nitơ: ≤−60°C
- Độ sụt áp: ≤0,1 MPa
- Công suất nitơ: 10–800 m³/h
- Nguồn điện: 380 V / 50 Hz
Nguồn nitơ đầu vào được khuyến nghị ở mức khoảng 1,1 lần công suất nitơ thành phẩm yêu cầu.
Do đó, có thể xem xét hệ thống tinh chế bổ sung khi quy trình dược phẩm thực sự yêu cầu thông số nitơ nghiêm ngặt hơn.
Tuy nhiên, chỉ riêng độ tinh khiết khí không đủ để xác định một hệ thống có phù hợp với quy trình dược phẩm hay không. Vật liệu, hệ thống lọc, đường ống, giám sát, tài liệu, bảo dưỡng, thẩm định và các yêu cầu pháp lý áp dụng cũng phải được đánh giá.
Những thách thức của phương thức cung cấp nitơ truyền thống
Các nhà sản xuất dược phẩm có thể sử dụng bình khí, hệ thống lưu trữ nitơ lỏng hoặc nguồn nitơ số lượng lớn được giao từ bên ngoài tùy theo yêu cầu quy trình.
Những phương thức cung cấp này vẫn phù hợp với nhiều cơ sở, nhưng có thể kéo theo các vấn đề về logistics và vận hành.
Chi phí cung cấp và giao hàng định kỳ
Chi phí giao nitơ có thể trở nên đáng kể khi mức tiêu thụ tăng, đặc biệt tại những cơ sở có nhu cầu nitơ khí liên tục hoặc với lưu lượng lớn.
Lập lịch cung cấp
Việc phụ thuộc vào giao hàng bên ngoài đòi hỏi phải quản lý cẩn thận lượng tồn kho và lịch trình của nhà cung cấp để duy trì nguồn nitơ đầy đủ.
Xử lý bình khí
Hệ thống sử dụng bình khí cần khu vực lưu trữ phù hợp, quy trình xử lý, phương thức quản lý áp suất và hoạt động thay thế hoặc nạp lại định kỳ.
Hạ tầng cryogenic
Nitơ lỏng số lượng lớn yêu cầu thiết bị lưu trữ cryogenic và quy trình vận hành phù hợp với chất lỏng ở nhiệt độ cực thấp.
Đối với các cơ sở có nhu cầu nitơ khí ổn định hoặc liên tục, tạo nitơ PSA tại chỗ có thể là một phương án đáng để đánh giá.
Ưu điểm của máy tạo nitơ tại chỗ
Hệ thống tạo nitơ tại chỗ có thể mang lại nhiều lợi ích thực tế cho sản xuất dược phẩm.
Nguồn cung nitơ liên tục
Hệ thống PSA hoạt động thông qua các chu kỳ hấp phụ và tái sinh luân phiên, cho phép sản xuất nitơ liên tục.
Độ tinh khiết phù hợp với quy trình
Có thể lựa chọn các cấu hình hệ thống khác nhau theo yêu cầu độ tinh khiết thực tế của quy trình, thay vì tự động cung cấp cấp nitơ cao nhất cho mọi ứng dụng.
Giảm phụ thuộc vào nguồn cung bên ngoài
Nitơ được sản xuất từ khí nén ngay tại cơ sở, giúp giảm sự phụ thuộc vào việc thay bình khí định kỳ hoặc nguồn nitơ số lượng lớn từ bên ngoài.
Giám sát theo thời gian thực
Hệ thống PSA của Lingyu liên tục giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ.
Nếu độ tinh khiết nitơ giảm xuống dưới giá trị quy định, hệ thống có thể phát cảnh báo. Nếu tình trạng không đạt chuẩn tiếp tục trong khoảng thời gian được cài đặt trước, hệ thống có thể tự động dừng để bảo vệ.
Vận hành điều khiển bằng PLC
PLC quản lý các chức năng khởi động và dừng tự động, chuyển đổi chu kỳ hấp phụ, trình tự van khí nén và các chức năng vận hành khác.
Màn hình cảm ứng kỹ thuật số hiển thị các thông số vận hành bao gồm áp suất, độ tinh khiết nitơ, lưu lượng và trạng thái hệ thống.
Các ứng dụng chính của nitơ trong ngành dược phẩm
Đóng gói dược phẩm
Oxy bên trong bao bì có thể góp phần gây oxy hóa các sản phẩm dược phẩm nhạy cảm với oxy.
Có thể sử dụng quá trình thổi rửa bằng nitơ để thay thế một phần oxy trước khi niêm phong, qua đó giúp thiết lập môi trường khí được kiểm soát bên trong bao bì.
Nồng độ oxy dư và độ tinh khiết nitơ yêu cầu phải được xác định theo sản phẩm, dạng bao bì, quy trình đã được thẩm định và các yêu cầu chất lượng áp dụng.
Phủ khí bồn chứa và tạo môi trường trơ cho quy trình
Nitơ có thể được đưa vào bồn lưu trữ, bồn trộn, thiết bị phản ứng và hệ thống vận chuyển để giảm nồng độ oxy trong khoảng không phía trên chất lỏng.
Điều này có thể hữu ích khi xử lý các hợp chất nhạy cảm với oxy hoặc khi quy trình yêu cầu môi trường trơ.
Hệ thống nitơ phải được lựa chọn công suất cho cả mức tiêu thụ ổn định và nhu cầu cao điểm tạm thời do các hoạt động như thổi rửa, nạp liệu, thay đổi áp suất trong bồn hoặc xử lý theo mẻ.
Sản xuất API và xử lý hóa học
Quá trình sản xuất hoạt chất dược phẩm có thể liên quan đến các chất trung gian hóa học hoặc phản ứng yêu cầu điều kiện khí được kiểm soát.
Nitơ có thể được sử dụng để phủ khí, thổi rửa, vận chuyển vật liệu và cho các hoạt động khác khi cần kiểm soát sự tiếp xúc với oxy hoặc độ ẩm trong không khí.
Các nguyên tắc quản lý khí tương tự cũng được sử dụng trong các ứng dụng hóa chất và công nghiệp quy trình, mặc dù yêu cầu về thông số quy trình, qualification và validation trong ngành dược phẩm có thể khác.
Sử dụng trong phòng thí nghiệm và phân tích
Một số phòng thí nghiệm dược phẩm sử dụng nitơ cho thiết bị phân tích hoặc các quy trình chuẩn bị mẫu.
Các ứng dụng phân tích có thể có yêu cầu chất lượng khí nghiêm ngặt hơn đáng kể so với các ứng dụng tạo môi trường trơ thông thường trong nhà máy.
Các thông số có thể cần xác định bao gồm:
- Độ tinh khiết nitơ
- Áp suất cấp khí
- Độ ổn định áp suất
- Điểm sương
- Giới hạn hydrocarbon
- Giới hạn hạt bụi
- Các chất ô nhiễm khác do nhà sản xuất thiết bị quy định
Do đó, máy tạo nitơ phải phù hợp với yêu cầu của thiết bị phòng thí nghiệm thực tế, thay vì chỉ được lựa chọn theo một thông số độ tinh khiết chung cho ngành dược phẩm.
Lưu trữ và bảo vệ vật liệu
Phủ khí nitơ cũng có thể được sử dụng trong quá trình lưu trữ một số nguyên liệu, sản phẩm trung gian hoặc thành phẩm khi việc hạn chế tiếp xúc với oxy mang lại lợi ích.
Lưu lượng nitơ yêu cầu phải được tính toán dựa trên các yếu tố như thể tích bồn, áp suất vận hành, tốc độ rò rỉ, đặc tính nạp và xả, cũng như nồng độ oxy yêu cầu, thay vì chỉ dựa vào công suất danh nghĩa của máy tạo nitơ.
Nitơ PSA không giống nitơ lỏng
Sự khác biệt này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng dược phẩm và dược phẩm sinh học.
Máy tạo nitơ PSA sản xuất nitơ ở thể khí ngay tại chỗ. Hệ thống phù hợp với các quy trình như:
- Tạo môi trường trơ
- Phủ khí bảo vệ
- Thổi rửa
- Đóng gói
- Một số ứng dụng phòng thí nghiệm
- Các hoạt động khác yêu cầu nguồn nitơ khí liên tục
Nitơ lỏng thì khác.
Nitơ lỏng là nitơ cryogenic được duy trì ở nhiệt độ cực thấp và có thể được sử dụng cho các ứng dụng như đông lạnh cryogenic hoặc lưu trữ một số vật liệu sinh học.
Do đó, máy tạo nitơ PSA tại chỗ không nên tự động được xem là thiết bị thay thế cho nitơ lỏng được sử dụng trong bảo quản cryogenic.
Một cơ sở dược phẩm có thể cần hệ thống tạo nitơ khí, nguồn nitơ lỏng hoặc cả hai, tùy thuộc vào quy trình sản xuất và lưu trữ thực tế.
Tầm quan trọng của chất lượng khí nén
Máy tạo nitơ PSA không hoạt động độc lập với hệ thống khí nén.
Khí nén là nguồn khí đầu vào để tách nitơ và oxy. Do đó, chất lượng và công suất khí nén đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tạo nitơ.
Một hệ thống tạo nitơ PSA hoàn chỉnh có thể bao gồm:
Máy nén khí → bình chứa khí → xử lý khí nén → lọc → máy tạo nitơ PSA → bình đệm/lưu trữ nitơ → hệ thống phân phối
Độ ẩm, dầu và hạt bụi phải được kiểm soát để bảo vệ CMS, van khí nén và các bộ phận phía sau, đồng thời hỗ trợ vận hành ổn định.
Khi cần điểm sương áp suất khí nén thấp hơn, cơ sở có thể xem xét các giải pháp máy sấy khí hấp thụ phù hợp.
Máy sấy khí và máy tạo nitơ thực hiện các chức năng khác nhau, nhưng cả hai đều có thể là một phần của hệ thống tạo khí hoàn chỉnh.
Những đặc điểm chính cần xem xét khi lựa chọn máy tạo nitơ cho ngành dược phẩm
Việc lựa chọn máy tạo nitơ phải bắt đầu từ yêu cầu của quy trình dược phẩm, thay vì chỉ đơn giản chọn độ tinh khiết cao nhất hiện có.
Độ tinh khiết nitơ
Độ tinh khiết phải phù hợp với yêu cầu của quy trình đã được thẩm định.
Độ tinh khiết cao hơn không tự động đồng nghĩa với hiệu quả hệ thống tốt hơn, vì việc tăng độ tinh khiết nitơ thường ảnh hưởng đến nhu cầu khí nén và công suất nitơ hữu ích có thể sản xuất.
Lưu lượng yêu cầu
Công suất máy tạo nitơ phải tính đến:
- Mức tiêu thụ nitơ bình thường
- Nhu cầu cao điểm
- Nhiều điểm sử dụng đồng thời
- Yêu cầu thổi rửa theo mẻ
- Nhu cầu mở rộng trong tương lai
Mức tiêu thụ cao điểm có thể khác đáng kể so với lưu lượng trung bình, đặc biệt khi nhiều quy trình cùng thổi rửa hoặc nạp lại đồng thời.
Áp suất cấp nitơ
Áp suất nitơ phải duy trì đủ tại điểm sử dụng phía sau sau khi tính đến tổn thất áp suất qua đường ống, van, thiết bị xử lý và các bộ phận khác của hệ thống.
Điểm sương nitơ
Điểm sương có thể quan trọng đối với các quy trình dược phẩm nhạy cảm với độ ẩm.
Hệ thống PSA của Lingyu có điểm sương nitơ ≤−40°C trong các điều kiện vận hành quy định.
Giám sát trực tuyến
Giám sát liên tục có thể cung cấp cho người vận hành thông tin theo thời gian thực về độ tinh khiết và lưu lượng nitơ.
Cảnh báo khi khí không đạt chuẩn và chức năng bảo vệ tự động có thể giúp ngăn nitơ nằm ngoài phạm vi độ tinh khiết đã cấu hình được cung cấp mà không được phát hiện.
Tự động hóa và truyền thông
Yêu cầu tự động hóa phải được đánh giá khi máy tạo nitơ cần tích hợp với hệ thống điều khiển hoặc giám sát toàn nhà máy.
Mức tiêu thụ khí nén
Khí nén là nguồn nguyên liệu chính cho quá trình tạo nitơ PSA và vì vậy là một yếu tố quan trọng trong chi phí vận hành.
Hiệu suất máy tạo nitơ phải được đánh giá cùng với công suất máy nén khí, yêu cầu xử lý khí đầu vào, độ tinh khiết nitơ, nhu cầu lưu lượng và số giờ vận hành.
Để biết thêm chi tiết về lựa chọn công suất, hãy xem hướng dẫn lựa chọn máy tạo nitơ PSA.
GMP và ISO thì sao?
Các tuyên bố về tuân thủ trong ngành dược phẩm cần được đánh giá cẩn thận.
Không nên tự động mô tả một máy tạo nitơ là “tuân thủ GMP” chỉ vì thiết bị được lắp đặt trong một cơ sở dược phẩm.
GMP áp dụng cho toàn bộ hoạt động sản xuất, bao gồm cơ sở vật chất, quy trình, tài liệu, qualification, validation, nhân sự, bảo dưỡng và hệ thống quản lý chất lượng.
Tương tự, các chứng nhận hệ thống quản lý ISO của nhà sản xuất không nên được hiểu là bằng chứng cho thấy từng máy tạo nitơ riêng lẻ đã được chứng nhận độc lập cho mọi ứng dụng dược phẩm.
Lingyu có:
- Chứng nhận Hệ thống Quản lý Chất lượng ISO 9001
- Chứng nhận Hệ thống Quản lý Môi trường ISO 14001
- Chứng nhận Hệ thống Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp ISO 45001
Các chứng nhận này có thể có liên quan khi đánh giá nhà cung cấp, nhưng người dùng trong ngành dược phẩm vẫn cần xác định các yêu cầu về tài liệu, vật liệu, chất lượng khí, qualification, validation và pháp lý áp dụng cho hệ thống của mình.
Có thể xem thêm các chứng nhận tại trang chứng nhận của Lingyu.
Cách lựa chọn máy tạo nitơ phù hợp cho sản xuất dược phẩm
Một quy trình lựa chọn thực tế bắt đầu bằng việc xác định yêu cầu cụ thể của quy trình.
Các thông số đầu vào chính bao gồm:
- Ứng dụng
- Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
- Lưu lượng bình thường
- Lưu lượng cao điểm
- Áp suất cấp khí
- Điểm sương yêu cầu
- Số giờ vận hành
- Nhu cầu sử dụng đồng thời
- Nhu cầu mở rộng trong tương lai
- Điều kiện khí nén đầu vào
- Yêu cầu giám sát
- Yêu cầu dự phòng
- Yêu cầu tài liệu
- Yêu cầu bảo dưỡng
Sau đó, cần đánh giá hệ thống khí nén vì công suất và chất lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo nitơ.
Máy tạo nitơ, máy nén khí, máy sấy khí, hệ thống lọc, bình chứa khí, bình đệm nitơ, thiết bị giám sát, đường ống và yêu cầu tại điểm sử dụng phải được xem xét như một hệ thống tích hợp.
Đối với các ứng dụng dược phẩm quan trọng, người dùng cũng phải xác định các yêu cầu về truy xuất nguồn gốc, cảnh báo, giám sát, dự phòng, bảo dưỡng, vật liệu, tài liệu, qualification và validation trước khi hoàn thiện cấu hình hệ thống.
Kết luận
Máy tạo nitơ cho các ứng dụng trong ngành dược phẩm có thể cung cấp nguồn nitơ khí ổn định và có thể kiểm soát cho các hoạt động tạo môi trường trơ, phủ khí bảo vệ, đóng gói, thổi rửa, sử dụng trong phòng thí nghiệm và một số quy trình sản xuất.
Công nghệ PSA cho phép sản xuất nitơ liên tục từ khí nén, trong khi điều khiển tự động, giám sát độ tinh khiết trực tuyến, giám sát lưu lượng và chức năng bảo vệ khi khí không đạt chuẩn có thể hỗ trợ vận hành ổn định hằng ngày.
Tuy nhiên, đối với các nhà sản xuất dược phẩm, hệ thống phù hợp không đơn giản là máy tạo nitơ có độ tinh khiết cao nhất.
Độ tinh khiết → lưu lượng → áp suất → điểm sương → chất lượng khí đầu vào → nhu cầu cao điểm → giám sát → dự phòng → tài liệu → yêu cầu quy trình
phải được đánh giá đồng thời.
Với hệ thống xử lý khí nén và tạo nitơ được thiết kế phù hợp, nhà sản xuất có thể giảm sự phụ thuộc vào nguồn nitơ khí được giao từ bên ngoài, cải thiện tính liên tục của nguồn cung và xây dựng nguồn nitơ phù hợp hơn với yêu cầu sản xuất dược phẩm thực tế.
