Befuktning inom läkemedelstillverkning

Med den ständiga utvecklingen av nya produkter och tillverkningstekniker inom läkemedelsindustrin, som kräver allt strängare miljöförhållanden för produktionen, har specialiserade miljöregleringssystem aldrig varit viktigare.

Det har alltid varit känt att vissa processmetoder kräver kontroll av miljöförhållandena vad gäller både luftfuktighet och temperatur, och konventionella värme- och ventilationssystem har tidigare varit lämpliga. Utvecklingen av nya produkter, särskilt bioteknikbaserade, har dock visat att många av de system som för närvarande är installerade inte kan tillhandahålla den noggranna kontroll av relativ luftfuktighet som krävs för att säkerställa jämn kvalitet och optimal produktivitet, särskilt vid de snäva toleranser som krävs för högteknologisk utveckling och produktionsbehov.

Konventionella värme-, ventilations- och air conditioning-system (HVAC) är i allmänhet utformade för att ge personalen behagliga och kontrollerade förhållanden. Vanligtvis ligger detta inom ett intervall på 18 °C till 23 °C med en relativ luftfuktighet (RH) på 40–60 %. Människokroppen trivs mycket bra inom detta intervall och upplever varken för värme eller för kyla. Känsliga forsknings- och utvecklingsmetoder samt tillverkning av produkter såsom läkemedel eller medicintekniska produkter kräver dock ofta reglering av temperatur och luftfuktighet inom mycket snävare gränser, vanligtvis ±2 % RH och ±1 °C.

Denna grad av reglering kan inte uppnås med standard-HVAC-system, men är möjlig med specialiserade befuktningssystem.

Det är inte ovanligt att företag som planerar nya anläggningar eller till och med ombyggnad av en befintlig anläggning vänder sig till en vanlig konsult för att utforma klimatstyrningssystemen. Dessa konsulter väljer ofta samma utrustning som skulle användas i ett kontorskomplex för en processmiljö, utan att inse vilka konsekvenser detta får för kunden. Utformningen av ett system som ska vara i drift 24 timmar om dygnet, 7 dagar i veckan, med noggrann reglering, skiljer sig avsevärt från det som krävs för ett kontorssystem som är utformat för att fungera 12 timmar om dygnet och 5 dagar i veckan. Det slutliga resultatet av ett felaktigt val blir dålig klimatreglering, låg produktivitet och, ofta, extremt höga underhållskostnader.

För att säkerställa att den mest lämpliga klimatkontrollen används redan från början är det avgörande att specialister, såsom Condair, konsulteras för att tillsammans med konstruktörerna ta fram den rätta lösningen för varje tillämpning.

Effekter av luftfuktighet

Dålig klimatkontroll, särskilt vad gäller luftfuktighet, kan direkt påverka den farmaceutiska produktionslinjen på flera sätt. Luftfuktighetsnivåer under 45 % RH gör att statisk elektricitet kan byggas upp. Detta kan få stora konsekvenser när lösningsmedel används i processen, och det kan också leda till att produkten torkar ut, vilket påverkar dess prestanda. Andra konsekvenser av statisk elektricitet är att produkter fastnar i varandra, vilket leder till förpackningsproblem.

På samma sätt kan hög luftfuktighet leda till att produkterna absorberar fukt under produktionen och den slutliga förpackningen. Vissa antibiotikatabletter bryts ned och deras effektivitet minskar om de absorberar fukt. Om produkten är känslig för fukt under lång tid kommer den att brytas ned med tiden om den förpackas under felaktiga förhållanden. Därför blir kontrollen av produktionsmiljön allt viktigare i takt med att produktutvecklingen går framåt.

Kravet på miljökontroll gäller inte bara produktionsområdena, utan kan även gälla inuti en produktionsmaskin. Tabletbeläggningar med vattenbaserade lösningar kräver extremt noggrann kontroll av luftfuktigheten för att säkerställa att beläggningen inte torkar för snabbt eller för långsamt. Det finns farmaceutiska tryckprocesser som kräver en luftfuktighet mellan 95 och 98 % RH, med en temperaturkontroll med en noggrannhet på bättre än 1 °C, för att förhindra att vattenbaserade tryckfärger torkar under bearbetningen. Detta kan återigen inte åstadkommas med konventionella system, men framsteg inom fuktkontroll har gjort det möjligt att använda system som nu kan upprätthålla dessa strikta förhållanden.

Inom tillverkningsindustrin för högteknologiska medicintekniska produkter används ofta renrum. Utformningen av renrum är väl dokumenterad. Den teknik som används för att upprätthålla klimatkontrollen uppnås dock ofta med hjälp av standardutrustning för uppvärmning, ventilation och air conditioning. Man anser att miljön måste kontrolleras för personalens komfort, och man utgår från att produkten också kommer att vara stabil i denna varierande miljö. Det är först när man upptäcker låg produktivitet och produktionsproblemen spåras tillbaka till temperatur- och fuktregulatorn som vikten av rätt utrustning verkligen blir tydlig.

Budgetbeslut

Problemet för många företag är att det är ekonomicheferna som fastställer budgeten för utvecklingen. Denna investeringsbudget tillåter endast inköp av lågkostnadsutrustning, särskilt när det gäller anläggningar för klimatkontroll. Det är sällsynt att driftskostnaderna beaktas. Om så vore fallet skulle bilden sannolikt se helt annorlunda ut.

Även om det till synes kan kosta mer att initialt köpa in specifik utrustning som ger den optimala reglering som krävs, visar de totala drifts- och underhållskostnaderna för korrekt vald utrustning ofta att en till synes dyrare investering faktiskt betalar sig inom 12 månader.

Ett klassiskt exempel på detta, särskilt när det gäller ångbefuktare, är installationen av en typisk elektrodångbefuktare, vars drift och underhåll i genomsnitt kostar 10 000 pund per år. I detta ingår reservdelar, el, arbetskraft etc. Denna typiska enhet skulle ha en anskaffningskostnad på cirka 2 000 pund. Som jämförelse kan nämnas att om varmvatten med medelhög temperatur, eller till och med processånga, finns tillgängligt, kommer användningen av en indirekt varmvatten-till-ånga- eller ångbefuktare, såsom Condair SE, att ha nästan försumbara driftskostnader, troligen mindre än 500 pund per år.

Investeringskostnaden skulle dock vara ungefär fyra gånger så hög som för en elektrisk luftbefuktare, och på grund av denna höga investeringskostnad övervägs den ofta inte. Även om man beaktar de totala kostnaderna för det första året, både investeringskostnaden och driftskostnaderna, kommer enheten för varmvatten-till-ånga eller ånga-till-ånga att vara cirka 30 % billigare under det första året och cirka 95 % billigare under de följande åren. Dessutom ger luftbefuktaren för varmvatten-till-ånga eller ånga-till-ånga en mer precis reglering av det önskade inställningsvärdet tack vare sin funktionsprincip.

Kallvatten

Utvecklingen av kallvattenluftbefuktning har också gått framåt under de senaste fem åren och ger ännu större fördelar när det gäller effektförbrukning, eftersom vattnet inte behöver värmas upp. Kallvattenluftbefuktaren kan vara antingen ett sprutsystem, såsom JetSpray, eller ett evaporativt matrissystem, såsom Condair ME.

Det har alltid funnits en viss tveksamhet inför att använda kallvattensystem på grund av farhågor om säkerheten i samband med legionella eller andra bakterieproblem. Dokumentet ACOP L8 från Health and Safety anger att, förutsatt att systemen uppfyller alla krav i L8, finns det ingen större risk än vid användning av ångsystem – i vissa fall till och med mindre. Man antar också ofta att det inte finns någon risk bara för att ett system är ångbaserat. Tyvärr är detta inte alltid fallet.

Den största fördelen med kallvattenluftbefuktare är att de förbrukar mindre än 10 % av den energi som elektriska ångbefuktare förbrukar. Eftersom principen för kallvattenbefuktning är adiabatisk kan dessutom frikylning uppnås. Detta kan ge kostnadsbesparingar, inte bara på vintern – den huvudsakliga befuktningssäsongen – när returluften från produktionsområdet är varm och vanligtvis stora mängder friskluft används för att åstadkomma frikylning, utan även på sommaren, när utetemperaturen är hög och luften kan kylas ned med upp till 6 °C av luftbefuktaren.

Man har alltid ansett att kallvattenbefuktning inte kan regleras noggrant. Även detta är en missuppfattning. Om finreglering krävs kan reglerventiler med hög noggrannhet monteras för att möjliggöra reglering till ±0,5 °C daggpunkt.

Konkurrensfördel

Inom forskning och utveckling kan regleringen av luftfuktighet och temperatur ha stor betydelse för att få ut en produkt på marknaden. Detta kan gälla ur ett produktionsperspektiv, där utbytet ofta är lågt tills luftfuktigheten och temperaturen regleras noggrant; läkemedelsbeläggning är ett utmärkt exempel på detta, liksom stabilitetstestning av läkemedelsprodukter.

Inom båda dessa områden har det visat sig att kontrollen av miljöförhållandena är avgörande. Bristfällig kontroll kan leda till variationer i beläggningen, vilket gör det nödvändigt att kasta hela produktionssatser, ofta motsvarande lagervärden på tusentals pund. Ännu viktigare är att avvikelser från kontrollparametrarna vid långsiktiga stabilitetstester leder till att processen måste startas om. Detta kan förlänga forsknings- och utvecklingstiden för en ny produkt med veckor eller till och med månader, vilket gör det möjligt för konkurrenter att lansera liknande produkter tidigare och därmed skaffa sig den avgörande konkurrensfördelen.

Det kan till och med vara ekonomiskt fördelaktigt att utveckla specifik utrustning för en viss tillämpning för att säkerställa att kraven på luftflöde, luftfuktighet och temperatur uppfylls på en optimal nivå. Även om detta kräver högre investeringar har produktionsutbytena visat sig kunna öka med upp till tio gånger jämfört med vad som uppnås med standardutrustning.

Underhåll

Underhåll spelar också en viktig roll för den övergripande stabiliteten i en läkemedelstillverknings- och renrumsmiljö. Luftbefuktare kan kräva frekvent underhåll, beroende på vattenkvaliteten. I områden med hårt vatten krävs underhållsintervall var några hundra drifttimmar. Genom att välja rätt typ av luftbefuktare kan man använda vatten som behandlats med omvänd osmos, vilket kan minska underhållet till en översyn en gång per år. Detta sparar inte bara kostnader i form av underhåll och driftstopp i produktionsområdena, utan minskar även de totala driftskostnaderna, eftersom mängden vatten som används för att späda ut mineralavlagringarna också minskar.

Driftskostnaderna för luftbefuktare kan bli extremt höga om fel val görs. Som tidigare beskrivits måste valet av luftbefuktare övervägas noggrant redan i början av ett projekt. En standardelektrodpanna kräver, vid användning av vanligt kranvatten, att cylindrarna byts ut eller rengörs med några hundra driftstimmar. Cylindrar kan kosta upp till 150 pund per gång. Detta innebär att kostnaderna plus arbetskostnader för en enhet med tre cylindrar kan uppgå till 500 pund varannan till var tredje vecka. Om man från början hade valt en ångbefuktare med motståndsvärmare skulle inga cylindrar behöva bytas ut, eftersom kokkärlen normalt är tillverkade av rostfritt stål 316. Kostnaden för en ångbefuktare med motståndsvärmare är vanligtvis två och en halv gånger så hög som för en elektrodpanna, men besparingarna på underhåll kommer mycket snabbt att leda till att investeringen betalar sig.

Dessutom kan luftbefuktaren med resistansvärmare drivas med vatten från omvänd osmos. Det går inte med elektrodpannan, eftersom den är beroende av vattnets konduktivitet för att få vattnet att koka. I områden med naturligt mjukt vatten kan elektrodpannor eventuellt inte starta eller så tar det flera timmar att bygga upp mineralkoncentrationen tillräckligt för att uppnå full effekt, och under denna period blir resultatet i praktiken en dålig reglering.

De gamla talesätten ”man får vad man betalar för” och ”köparen ansvarar själv” beskriver ofta bäst de luftfuktningssystem som installeras i många läkemedels- och renrumstillämpningar. Luftfuktning har ofta beskrivits som en ”svart konst” – men det är den inte! Det är en exakt vetenskap som kräver fullständig förståelse inte bara för tillämpningen, utan också för processens utformning och styrning. Valet av rätt luftbefuktare för tillämpningen och supporten för utrustningen efter installationen är avgörande för systemets långsiktiga tillförlitlighet och drift. När man överväger dessa frågor är det därför viktigt att man rådfrågar en specialist på klimatkontroll istället för vanliga VVS-konsulter.