Wie die Inline-Brechungsindexmessung das Waschen von Filterkuchen und die Prozesssteuerung verbessert

Dieser Artikel ist der dritte Teil unserer dreiteiligen Serie darüber, wie Vaisala-Refraktometer zur Optimierung der API-Herstellung beitragen. Die erste Folge behandelte die Optimierung des Lösemittelwechsels mithilfe von Brechungsindex-(RI)-Trenddaten, und die zweite behandelte die Kristallisationssteuerung mit RI.

In vielen API-Anlagen ist das Waschen von Filterkuchen ein Prozess-Engpass. Nach der Kristallisation muss das API von der flüssigen Phase getrennt und gereinigt werden – typischerweise durch Waschen des Filterkuchens mit einem Lösemittel. Das Ziel ist eindeutig: Die verbleibende Mutterlauge aus den Kristallen entfernen, um ein reines Produkt zu erhalten, ohne die Ausbeute zu beeinträchtigen. Die Herausforderung liegt darin, die Lösemittelmenge zu optimieren – genug, um Reinheit zu erreichen, aber nicht so viel, dass Zeit, Materialien oder Produkt verschwendet werden.

Refraktionsindex als PAT-Tool

Die RI-Messung unterstützt einen Quality by Design-Ansatz, indem sie hilft, kritische Prozessparameter zu identifizieren:

• Welches Waschverfahren sollte verwendet werden?
• Wie viel Lösemittel wird benötigt?
• Welche Parameter haben den größten Einfluss auf Qualität und Ausbeute?

Während der Entwicklungsphase kann RI auch Lösemittel vergleichen, um eines zu finden, das sowohl effektiv wäscht als auch die API-Löslichkeit minimiert.

Fallstudie: datenbasierte Lösemitteloptimierung

Ein Vaisala-Kunde verwendete RI, um seine Waschleistung zu evaluieren und festzustellen, ob ein Prozesssteuerungstool tatsächlich notwendig war. Im Labor maß ein Vaisala-Refraktometer die Flüssigkeitskonzentration nach dem Waschen, während eine Waage den Lösemittelverbrauch erfasste. Das Gegenüberstellen des Lösemittel-Volumens mit dem Brechungsindex (RI) ergab ein klares Prozessprofil:

• Verdrängungsphase: Der Brechungsindex (RI) bleibt konstant, während die Mutterlauge herausgedrängt wird.
• Mischphase: RI verändert sich, während das Waschlösemittel Restverunreinigungen entfernt.
• Abschlussphase: RI stabilisiert sich und signalisiert das Ende des effektiven Waschens.

Das Team testete außerdem verschiedene Lösemittel und maß den Brechungsindex (BI) jedes Lösemittels sowohl im reinen als auch im API-gesättigten Zustand. Dies zeigte, ob das Waschen mit wirklich sauberem Lösemittel endete – oder mit Lösemittel, das bereits nahe der Sättigung war und somit einen Produktverlust riskierte.

Wichtige Erkenntnisse

• Lösemittel mit geringer Löslichkeit: Ineffektives Waschen; Kristalle wurden nicht vollständig gereinigt.
• Hochlösliches Lösemittel: Auflösung feiner Partikel, wodurch bevorzugte Kanäle gebildet werden und das Waschen ineffizient wird.
• RI-Daten bestätigten, dass die Wahl des Lösemittels entweder den Ertrag schützen oder Produktverlust verursachen kann.

Ergebnis

Diese Tests stellten einen soliden Machbarkeitsnachweis dar und ermöglichten dem Kunden einen effizienten Übergang zum Pilotmaßstab. Sie kamen zu dem Schluss, dass der Brechungsindex (BI) ein wertvolles, reproduzierbares und datenumfassendes Tool zur Optimierung des Filterkuchenwaschens ist – nicht nur in der Laborprozessentwicklung und Prozesserweiterung, sondern auch als Echtzeitsteuerungstool in der Fertigung. Durch Überwachung, wann die BI-Messung stabil wird, können Operatoren sicher bestimmen, wann der Waschvorgang abgeschlossen ist, wodurch sowohl unnötige Lösemittelverwendung als auch Prozesszeit durch Vermeidung von Überspülungen reduziert werden. Vaisala Refraktometer unterstützen somit sowohl datenorientierte Prozessoptimierung als auch effiziente, validierte Prozesssteuerung.

In unserem Anwendungshinweis erfahren Sie mehr über Brechungsindexmessungen zur Optimierung des Filterkuchenwaschens.