一、概述
制药储配液系统是生物制药和高端无菌制剂(如疫苗、单抗、细胞治疗产品)生产中的核心环节,它负责将各种原料、培养基、缓冲液等液体物料进行储存、按配方精确配制、并进行除菌过滤,最终为下游的生物反应或制剂灌装提供符合质量要求的液体。
储配液系统由于其先进且不可替代的优势,已经广泛应用于各个领域中,其中主要包括:
1、生物制药领域:单克隆抗体、重组蛋白、疫苗的生产。
2、细胞与基因治疗:细胞培养基、病毒载体转导试剂的配制。
3、高端无菌制剂:如静脉输注营养液、造影剂等。
二、储配液系统温控设备选型要点
TCU(温度控制单元,Thermal Control Unit) 在此类系统中的选型和应用至关重要,直接关系到配液的准确性、效率、重现性和产品质量。
TCU在这里的核心任务是为配液罐/储液罐(通常带有夹套)提供精确的加热和/或冷却,以实现物料的溶解、混合、保温或降温。以下是其选型和应用的核心要点:
1、核心选型要点:
温度控制范围与精度:
l范围:需覆盖工艺所有需求,一般情况下温度范围为-20℃~90℃,涵盖常规储存和配置的常温需求(20℃~50℃);加热(最高可能50℃~90℃),用于加速固体原料(如蛋白胨、糖类)溶解,或者是巴氏消毒;冷却(一般2℃~5℃),用于热敏感物料配制后的保温存储。
l精度与稳定性:这是最关键的参数。通常要求控制精度在±0.5°C 以内,高端工艺要求 ±0.1°C。波动过大会影响pH、电导率、物料溶解度,甚至导致蛋白质变性或沉淀。
传热能力与功率:
l制冷/加热功率:必须根据最大罐体液量、比热容、所需的最大温度变化速率(ΔT/小时)来计算。例如,要求在1小时内将1吨水从5°C加热到25°C,与加热到50°C,所需功率截然不同。
l介质流量与压力:TCU泵的流量和压力必须克服管道和夹套的阻力,确保足够的循环量。流量不足会导致夹套内温度分层,罐内物料温度不均。
传热介质:
l水介质:使用超纯水或添加防冻/抑菌剂的水,适用于常温至约90°C,优点是比热容大、成本低,但需注意微生物滋生风险。
l油介质:使用硅油或矿物油,适用于高温(>100°C)或需要更宽温域的场合。
l选择:制药行业以水浴为主。介质必须是制药级,不对产品造成污染风险(如泄漏时)。
控制与集成能力:
· 控制器:具备先进的PID控制算法,能应对夹套系统的热惯性,避免过冲和振荡。
· 通信接口:必须支持主流工业协议(如Profibus DP, Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP),以便与储配液系统的主PLC无缝集成。TCU的温度、状态、报警等信息应能上传,主PLC也能远程设定温度。
· 多回路控制:高级TCU可同时控制多个配液罐的夹套,提高设备利用率。
冷却方式:
· 风冷:依靠风扇散热,安装简单,但受环境温度影响大,噪音相对较大。
· 水冷:需要冷却水(如冷冻水),冷却能力更强、更稳定,能耗低,适用于大功率或环境温度高的车间,但需要冷却水基础设施。
2、其他选型要点
l数据完整性:TCU控制器应能记录、存储温度曲线和事件日志,或能将数据实时传输至上位系统,满足FDA 21 CFR Part 11对电子记录的要求。
l防交叉污染与泄漏保护:系统应设计有压力监测功能,一旦检测到夹套侧压力异常(可能预示内壁泄漏或外壁泄漏),立即报警并停机。最好采用双板式换热器设计,将一次侧(TCU循环介质)与二次侧(夹套)隔离,即使板片腐蚀穿孔,两侧介质因压力差也只会是工艺侧(通常是更高压力的洁净侧)向TCU侧泄漏,避免TCU介质污染产品。
l安全功能:独立的超温/超压报警和断电保护;低液位保护,防止干烧。
三、选型实际案例分享
近期我司为某司储配液系统出口项目进行了配套TCU设备选型方案设计,与大家分享:
1、储液罐容积分别为500L、1000L、2500L;
2、涵盖此项目的所有工艺温度范围是2℃~60℃;
3、升降温速度要求:5℃~10℃/H(升温速度和降温速度均为Tint速度,为软件计算和模拟,仅做参考)。
4、选型设备基本参数如下:
罐体体积(L) | 500L | 1000L | 2500L |
制冷量(kw@20℃) | 7 | 10 | 13 |
控温范围(℃) | -20~80 | -20~80 | -30~150 |
温度稳定性(±K) | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
介质循环压力(bar) | 1~4 | 1~4 | 1~4 |
介质循环流量(L/min) | 5~40 | 5~50 | 5~30 |
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