通过折射率趋势数据优化溶剂置换过程

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工业制造和工艺
生命科学
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本文章是关于原位在线折光仪如何优化 API 原料药工艺的文章系列中的第一篇(共三篇)。

药用活性成分 (API) 的制造是药品生产的关键部分。API 原料药工艺通常从起始物料进入反应器开始,化学键在反应器中断裂并形成新的键。反应结束后,通过离心和过滤等下游纯化步骤分离活性成分。通常,API 原料药以固体形式从液相中回收,所用溶剂在专用溶剂回收装置中回收。溶剂回收对于制药行业至关重要,因为它有助于降低成本并减少对环境的影响。固体 API 原料药终产品进行干燥后,可用作中间体或用于配制最终药品。

开发和优化制药工艺是一个复杂而漫长的过程,需要数年时间才能完成。为了简化这些工艺并加快药物上市速度,制药公司必须专注于打造可扩大规模并能以商业生产规模复制的高效工艺过程。过程等效是促进工艺逐级放大的一种方法。

过程等效性是指用于生产同一产品的不同加工工艺过程的一致性和可比性。例如,美国食品和药物管理局 (FDA) 要求各个公司验证工艺过程,用于证明其制药工艺的一致性。从开发到整个放大过程都需要执行工艺过程验证,以确保实现质量控制和一致生产。过程等效性是 FDA 工艺过程验证指南的一个关键要素。

将折射率作为过程分析技术(PAT)工具

事实证明,折射率 (RI) 是一种实用的过程分析技术 (PAT) 工具,可用于 API 原料药制造工艺的开发、设计和持续优化。折射率的连续在线测量可提供工艺过程的数据参数,有助于理解和设计不同的工艺步骤。可通过这些数据创建用于检测偏差和确保过程等效的工艺过程曲线。维萨拉折光仪可提供趋势数据,并且具有制药行业所需的可靠性和复现性。折射率测量不受气泡、固体颗粒或液体颜色的影响。折射率的这些特性使其成为 API 原料药生产工艺中诸多应用场景中的理想选择。 

折射率是液体的基本物理特性,一般不受液体体积的影响。这可以简化从实验室到中试再到商业化生产的放大过程。 

趋势数据是实时获得的,并可与通过折射率获得的小试工艺过程曲线进行比较,从而确定过程等效性,并有助于评估和确定其他关键工艺过程参数、偏差和理想的运行条件。此外,基于折射率数据的工艺过程曲线有助于识别扩大规模期间的问题和持续优化现有过程。

优化溶剂置换

溶剂置换是 API 原料药生产过程中常见的纯化步骤,目的是用更适合下一个工艺步骤的溶剂置换发生反应的原始溶剂。溶剂置换通常通过蒸馏完成。在蒸馏过程中,折射率测量用于监测顶部(冷凝器后)和底部产品液体浓度,例如,用于确保获得正确的 API原料药或溶剂浓度,确定添加溶剂的时间点,以及降低总体溶剂消耗。在工艺开发期间,折射率 还可用于获取重要工艺研发数据,例如汽液平衡 (VLE) 数据。

在线测量也有助于辨识工艺过程中存在的问题。例如,在一个客户案例中,维萨拉折光仪的趋势数据在工艺规模放大期间用于确保两个工厂(一个在美国,一个在欧洲)和实验室工艺过程曲线之间的过程等效性。基于折光仪的在线数据,该客户发现美国工厂未按设计运行,需要执行额外的置换步骤才能达到与研发实验室和欧洲中试工厂的工艺设计中相同的纯度。在这种情况下,折射率 趋势数据就成了故障排除工具,使客户能够维持工厂的良好运营。

通过折射率测量,我们的客户发现了实验室与中试之间存在的偏差。然后,他们就能够立即采取措施,进而减少溶剂消耗并提高产品产量。客户在实验室早期阶段使用折射率测量来研究混合物,获取 VLE 数据和工艺过程数据曲线,并设计溶剂置换过程。在线折射率测量简化了从实验室到中试的工艺放大过程。

折射率测量是理想的 PAT 工具,用于溶剂置换过程的设计、监测和优化,也是获取过程工艺数据和故障排除的重要趋势分析工具。 
 

K-Patents 测量产品

博客:深入了解通过折射率测量液体浓度的技术

了解有关折射率在溶剂置换过程中的应用的更多信息

下载我们的应用说明,了解如何使用折射率测量来优化溶剂置换过程并进行故障排除。该应用说明对折射率技术进行了简要介绍,并推荐了安装点以便获得理想的测量效果。

了解并在 CMP 工艺中利用实时数据提高晶圆质量和产量

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优化工艺以获得良好的晶圆质量和产量 

准确快速的折射率 RI 和相对湿度 RH 测量,进而提升 CMP 设备的性能  

您知道吗?使用原位在线折光仪测量折射率是一种安全、经济高效、 
实时且维护量低的工艺监测方法,可以准确地确定湿化学品的浓度。   

维萨拉的原位在线折光仪符合行业标准,可以方便地集成到混合 
机和 CMP 设备中。 

以混合浆料的方式测量相对湿度 (RH) 可以有效避免浆料蒸发或结块。  推荐产品:带有 HMP7 和 TMP1 的 Indigo520,适用于
直接在 CMP 设备中测量温度和相对湿度。  

这本电子书探讨了如下内容: 

  • 工艺优化中的折射率 RI 
  • 相对湿度 RH 作为关键测量值 
  • 安装位置优点

填写表格以下载此电子书。

返回湿化学品应用。 

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日本著名酿酒厂将维萨拉技术应用于传统烧酒生产工艺

一甲威士忌酿酒厂视图
液体测量
Japan

1934 年,日本“威士忌之父”竹鹤政孝在日本北部城市余市创立了一甲威士忌股份有限公司。他之所以选择余市,是因为这里的气候与苏格兰的气候相近,而他本人正是在那里学会制作威士忌的。“余市”被选为现在的品牌名称,这座城市以其作为日本威士忌代表在海外广受欢迎而自豪。

位于日本南部的一甲威士忌门司酿造厂可追溯到 100 多年前,其前身为 1914 年创立的“铃木商店乳制品厂”。门司在明治时代作为日本政府指定的出口港口而蓬勃发展。现存的红砖样式工厂采用西式设计,正是其当时拥有尖端技术的证明。经过多次并购,于 2006 年成为一甲威士忌的一部分,是朝日集团控股株式会社生产日本传统蒸馏饮料烧酒的主要酿造厂。近年来,该工厂不仅生产烧酒,还生产威士忌和其他烈酒。作为一甲威士忌的混合酿造厂,也生产高品质原酒。

绵柔的烧酒口感:源自烧酒大师代代相传的工艺和精湛的技艺

一甲威士忌门司酿造厂生产多种正宗大麦烧酒。烧酒有两种类型:乙类烧酒和甲类烧酒。乙类烧酒一般只蒸馏一次,保留原材料的独特风味。而甲类烧酒会反复蒸馏,以其单纯的口感而闻名。这两种蒸馏方法最初都用于生产威士忌。

一甲威士忌门司酿造厂的主要产品是甲类乙类混合烧酒。这款烧酒混合了乙类烧酒和甲类烧酒,口感更温和,更适合搭配各种餐点。然而,这需要仔细混合几种不同类型的未加工烧酒,依赖对制造工艺非常细致的管理。

一甲威士忌门司酿造厂的高桥伊织说:“我们混合烧酒的芬芳主要来自酵母产生的酯(芳香物质)。”“从制作酒曲到蒸馏,每一步我们都必须小心翼翼,万分专注。尤其要根据发酵条件不断控制发酵温度,为酵母发酵创造良好的环境。

高桥先生表示,烧酒的生产工艺涉及使用活性原料,如酒曲以及酒曲和酵母的混合物。正因如此,即使是大规模的自动化生产,很多步骤仍然依赖娴熟的烧酒酿造师的技艺和感官。此外,要能够根据每天的温度、湿度和其他外部环境因素的波动,精确控制制曲条件和加水量,知识积累和反馈至关重要。已实现自动化工艺的日本烧酒行业仍在孜孜不倦地追求工匠精神。

用连续在线测量酒精浓度代替手动采样

维萨拉折光仪可用于检测减压蒸馏后的酒精浓度(强度)。通过将折光仪安装在进行蒸馏的蒸馏器出口,可进行在线浓度测量。

鉴于烧酒的口感在蒸馏早期、中期和晚期完全不同,因此在酿造过程中准确控制蒸馏结束时间非常重要,务必要把握达到所需口感的相应时刻。过晚停止蒸馏会极大地影响烧酒品质。但是过早停止蒸馏也会导致酒精产量不足。

在引入酒精浓度在线折射率测量之前,每批次蒸馏完成之前都需要进行几次实验室采样分析。为此,每当临近蒸馏操作结束时,负责人都必须留在现场工作。这是蒸馏工艺的关键节点,处理不当的话会导致蒸馏失败,那么之前长达一月的制曲、酵母醪发酵和二次发酵都会被浪费。抽样测量由不同人员进行会直接影响烧酒的品质及其酒精浓度。显然,精确的数字控制和持续监测才能确保品质一致。然而,这需要一台能够测量多种烧酒原浆的高精度仪表。

了解维萨拉折光仪

2020 年,维萨拉根据维萨拉折光仪的测量结果,为一甲威士忌门司酿造厂的几种产品的酒精浓度进行了化学曲线建模设置。采用折光仪测量酒精浓度对于当时的一甲威士忌门司酿造厂来说是一种全新的方法,所以他们对此略显犹疑。

“第一次向我推荐折光仪时,我真觉得折射率和酒精浓度之间毫无相关性,用折光仪来检测简直不可能。”高桥先生说。“据说烧酒中 99% 的成分是水和乙醇。烧酒的品质是由剩下的 1% 的芳香成分决定的。我认为这 1% 的微小差异会对折射率产生很大影响,因此无法线性检测折射率。”

一甲的采样测试和维萨拉折光仪的测量数据表明两者具有明显的相关性,因此我们决定在一甲工艺管线上安装折光仪以进行测试。一个月的测试结果表示折射率和酒精浓度具有稳定的相关性,这使高桥先生确信,维萨拉原位在线折光仪可以安装在他们的工艺操作中。

此外经验证,维萨拉折光仪棱镜的自清洁功能也可以有效消除棱镜使用寿命周期内精度下降这一令人担忧的问题。“如果自清洁功能无法确保的话,我们会考虑引入 CIP 清洁,”高桥先生说。“但是发现没有必要,这样还降低了投资成本,这也是我们决定将维萨拉折光仪集成到我们工艺中的另一个主要原因。”

原位在线折光仪在烧酒生产过程中的测量优点

  • 提高了采样效率,加快实现自动化
    从实验室抽样分析转向在线测量给品质和成本方面带来了收益。“第一步是提高采样工作的效率,”高桥先生说。“采样时,负责人必须在蒸馏完成前 20 分钟左右到现场。每天蒸馏两个批次,导致每天采样需要花费 40 分钟(每天两次,每次 20 分钟)。目前,我们正在根据维萨拉折光仪测量结果来控制该过程,通过自动控制蒸馏操作的结束,实现了几乎完全自动化的蒸馏过程。”
  • 提高每批次品质的一致性
    在质量控制方面,通过折光仪明确的标准测量值减少了以前由工人确定蒸馏完成时间导致的质量差异。这有助于提高产品质量的一致性,并支持使用数据验证和分析质量。
  • 量身定制的应用解决方案
    “我们从维萨拉获得了出色的应用支持,为我们的工艺量身定制了测量解决方案,我们计划在其他产品线上使用原位在线折光仪,例如新的烧酒原浆和蒸馏工艺管线。”高桥先生讲道。
  • 免维护
    由于酒精体积不断变化,在蒸馏过程中会产生许多气泡,并且经常出现流体流量波动,这样的环境可能发生线性测量误差。一甲威士忌门司酿造厂曾经使用质量流量计获得密度值,但由于从蒸馏器流出的液体流量波动和气泡的影响,转换的酒精浓度值不稳定。这种体验让他们始终觉得气泡和流量波动会使在线测量变得难以实施。

“维萨拉折光仪不受气泡影响,测量值稳定,”高桥先生评论道。

“测量值的稳定性在进行蒸馏控制时也非常有用。”自使用维萨拉折光仪两年来,设备运行平稳,没有任何常见故障、突发问题或漂移。“我们每天分析蒸馏后的浓度趋势,以确保检测到正确的蒸馏时间,”高桥先生说。“整个过程中设备测量一直是稳定的。另一个好处是,由于运行过程中没有出现大故障,因此没有运行成本。”

从折射率角度出发

“我认为折射率测量准确地表明了烧酒品种和酒精强度之间的相关性,”高桥先生说。“只要折射率与待测物质之间存在相关性,折光仪可用于多种应用,这给我留下了无比深刻的印象。”

为实现持续的日常改进,维萨拉将继续仔细倾听客户反馈,为产品进行校准参数设置和显示界面参数设置,使其为进一步扩大生产线做好准备。未来,食品和饮料领域有望进一步实现自动化,以优化成本效率并提高卫生标准。

一甲完美融合了酿酒师的技艺和经验,很久以前就在余市和门司开辟出了一种新的蒸馏文化。一个世纪之后的今天,在维萨拉测量技术的助力下,新的工艺技术让一甲再创辉煌。我们希望维萨拉的测量技术能为从基础设施到日常生活和文化等广泛领域的改进继续提供支持。

关于维萨拉折光仪

维萨拉 K-PATENTS 在线折光仪可在多种行业和应用中用于精确在线测量液体浓度。该折光仪具有 3-A 卫生认证,是卫生加工过程的理想之选。

维萨拉折光仪可以安装在直径为 2.5 英寸的管道或储罐中。折光仪可以对角安装,可以直接安装在管道弯头的外角,也可以通过带有卫生型卡箍或 Varivent® 连接的流通池安装。

点击此处,详细了解折光仪技术。
 

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可持续且高效的食品行业解决方案

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在线液体浓度和密度测量技术深度分析和介绍

为了确保所需的产出,加工行业将液体浓度或密度作为控制和调整过程的一个关键参数,这可以使用折光仪技术或密度计来完成。这两种技术在操作和经济上有什么好处?这个问题以及关于如何为苛刻的加工应用选择正确的测量技术以及其他相关内容将在网络研讨会上讨论。

香肠、酱汁和啤酒——生产烧烤食材时用到的技术

香肠、西红柿与番茄酱
工业制造和工艺
工业测量
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香肠、番茄酱与啤酒,一览烧烤相关食材的生产奥秘 

夜幕渐短,白昼渐长,天气风和日丽,是时候将食物从厨房搬向花园了。在阳光明媚的户外烧烤,虽然食物相同,但味道不知为何竟比室内烹饪的还要美味。但切勿操之过急,为夏日盛宴准备香肠、番茄酱以及宴会的绝配冰镇啤酒,需要耗费时间并运用大量精准的测量技术。让我们先从夏夜户外用餐的幻想中抽离出来,了解一下食品生产者如何保障夏季必备食物和饮料的质量与一致性。 

烤架上咝咝作响的香肠 - 肠衣的制作过程

肥美多汁的香肠是令人垂涎欲滴的烧烤热狗的精髓。因此,从现在到 2025 年,全球对香肠的需求预计将以每年 4% 的速度增长也就不足为奇了。为了适应不断增长的市场需求,许多制造商已改用人造肠衣,这样可以简化香肠生产线,并确保不同批次的产品保持相同的美味口感。通过持续监测人造肠衣的生产过程,原位在线折光仪可以消除手动采样分析的需求,从而提高生产效率和产品一致性。

Sausages on the grill

人造肠衣通常通过一种叫做共挤法的工艺与香肠结合在一起,即在生产香肠的同时制作肠衣。肉类混合物和肠衣凝胶同时被挤出,然后与盐水溶液接触使凝胶凝固。生产的香肠越多,溶液中的水分也会不断增加,导致盐水稀释。为确保产品的优异质量、颜色和质地,需要在盐水中添加新鲜的盐,以使其保持在所需的浓度水平,而折光仪可以持续提供实时信息,帮助维持这一目标浓度水平,并保障每次形成的肠衣不仅外观完美,而且具备相同的品质。 

折光仪在纤维素肠衣的生产过程中发挥类似的监测作用,确保氢氧化钠的浓度适宜(氢氧化钠用于对制作肠衣所需的纤维素布料进行脱硫)。 

抹上一些酱汁 - 番茄调味汁的浓稠度与口感如何实现?

将刚烤好的香肠从烤架上拿下来后,你还需要什么?当然是一大团美味的番茄酱。番茄酱或番茄沙司是世界上颇受欢迎的调味品之一,很多人都会因为某个品牌打造出符合他们口味偏好的产品而爱上这个品牌。 因此,在食谱中保持西红柿、糖、醋、水、盐和调味料的完美平衡至关重要,这样才能始终赢得忠诚顾客们的青睐。为了实现这一点,我们的好帮手折光仪再度登场,通过在整个工艺流程中持续监测浓度来实现一致的质量控制。美味极了!

Tomato sauce

再来一杯冰镇啤酒解解渴 - 监测麦芽生产和啤酒酿造

食物已经备好了,那么来点什么喝的呢?如果您想到了啤酒,那么也要认识到对于该行业来说,准确监测同样发挥着重要作用。精炼成一句话就是,源于连续监测的精准数据造就了优质啤酒。啤酒酿造工艺的第一步是加工麦芽,提取出一种叫做麦芽汁的物质。像 Viking Malt 这种为酿造行业提供麦芽产品的公司,使用持续的湿度监测来确保其产品始终如一的品质,同时节约能源并提高盈利能力。优质啤酒取决于使用优质麦芽,Viking Malt 发现,使用维萨拉 Indigo 520 数据处理单元、维萨拉 HMP 7 湿度探头和维萨拉 TMP 1 温度探头来避免过度干燥或干燥不足,是生产优质麦芽的理想途径。
 

Ice cold beer

啤酒酿造厂从麦芽中提取出麦芽汁后,会用酵母发酵,过滤后生产出成品啤酒,最后装瓶。在整个酿造工艺流程中使用折光仪可以实现流程优化,同时节约能源、减少浪费、降低成本,并让每瓶或每罐啤酒保持始终如一的品质。工艺条件不同,其要求也会不同,因此考虑到特定啤酒厂的条件,维萨拉卫生型折光仪在发货前都会进行工厂校准。 


完美夏日食谱

今年夏天,当您在户外花园或露台上享用香肠、番茄酱和啤酒时,请为帮助确保食品和饮料的安全性、一致性和高品质的测量技术举杯。

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