Antibiotikaherstellung in der Pharmaindustrie: Kontinuierliche Filtration erlaubt deutliche Produktionssteigerung

August 2018
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Typischer Druckdrehfilter vom Typ RPF A09 mit einer aktiven Filterfläche von 2,16 m² für den Einsatz in der Pharmaindustrie.
Deutliche Einsparungen, höhere Ausbeute bei größerem Durchsatz - in der Antibiotikaproduktion können Pharmahersteller dank der Umstellung von Chargenfertigung auf einen kontinuierlichen Herstellungsprozess klar messbare Vorteile erzielen. In einem Projekt lag die Produktivitätssteigerung bei rund 150 Prozent. Entscheidenden Anteil daran hat der Einsatz eines Druckdrehfilters von BHS-Sonthofen.

Pharmahersteller stehen oft vor der Herausforderung, die Produktion eines Wirkstoffs deutlich auszuweiten. Bei Erweiterungsprojekten dieser Art ist häufig eine Analyse des Produktionsprozesses ratsam. In einem Fall, in dem die Produktion nach dem klassischen Prinzip des Batchprozesses erfolgte, hat die Projektleitung für die Trennstufe die Umstellung auf ein kontinuierliches Verfahren durch Einsatz eines Druckdrehfilters vom Typ RPF P02 von BHS-Sonthofen sowie die Aufstockung der Reaktorzahl empfohlen.

Das kontinuierliche Verfahren erzielt nun eine Produktivitätssteigerung von rund 150 Prozent - bei einem Bruchteil der Investitionskosten im Vergleich zum bisherigen Herstellungsprozess. Zudem hat die Umstellung des Filtrationsschrittes auf einen kontinuierlichen Prozess die Ausbeute um knapp ein Drittel erhöht. Die Rentabilität des Produkts ist also zusätzlich gestiegen: Das Online-Monitoring des kontinuierlichen Filtrations- und Waschprozesses führt zu einer erheblich gleichmäßigeren Produktqualität bei gleichzeitiger Reduktion der eingesetzten Betriebsmittel.

Ungenutztes Potenzial im Batchprozess

Im Herstellungsprozess nach dem Batch-Prinzip ging eine Menge ungenutztes Potenzial verloren. So war die Wirkstoffproduktion im Reaktor erheblich höher als die tatsächliche Ausbeute nach der Trocknung, weil mit dem Trüblauf der Anfangsfiltration in der eingesetzten Rührdrucknutsche viel Wirkstoff verworfen wurde. Dieses Potenzial wurde zu einem großen Teil im kontinuierlichen Prozess genutzt.

Als kontinuierlicher Produktstrom stellte im konkreten Fall die doppelte Menge Wirkstoff für eine vollkontinuierliche Trennstufe wie den BHS Druckdrehfilter mit einer aktiven Filterfläche von 0,5 m2 nur eine geringe Belastung dar. Der Druckdrehfilter verringert im Vergleich zum Batchsystem, das aus dem gesamten Feststoff einer Charge einen Filterkuchen bildet, auch die Kuchenstärke enorm. Das generiert einen erheblich geringeren Kuchenwiderstand.

Reduzierung des Wirkstoffverlusts auf weniger als 5 Prozent

Dank des dünneren Filterkuchens lässt sich der Filtrationsdruck soweit reduzieren, dass eine optimierte Einstellung für dauerhaft hohe Performance gewährleistet werden kann. Außerdem ist es möglich, ein deutlich dichteres Filtermedium einzusetzen, das zu sofortigem Klarlauf führt und die zuvor unvermeidliche Trüblaufphase erübrigt - ein entscheidender Vorteil bei der Nutzung der kontinuierlichen Filtration. Mit der Verhinderung der Trüblaufphase hat sich in dem Projekt der Wirkstoffverlust gegenüber ursprünglich rund 25 Prozent auf weniger als 5 Prozent reduziert.

Bedingt durch den kompakten Aufbau des Filterkuchens, die geringe Kuchenhöhe und die optimierte Strömungsführung als ideale Kolbenströmung gestaltet sich die Wäsche des Feststoffes zudem äußerst effektiv. Über ein zusätzliches Online-Monitoring der Waschfiltrate kann in kürzester Zeit ein optimierter Waschmittelbedarf ermittelt werden. Die Folge: eine Einsparung an Lösemitteln von rund 20 Prozent, was nicht nur den gesamten Herstellungsprozess entlastet, sondern auch eine merklich stabiler eingestellte Kristallisationsstufe ermöglicht.

Dank optimierter Kuchenwäsche mittels Kolbenströmung lässt sich das Waschfiltrat komplett nutzen. Auch an dieser Stelle führt die kontinuierliche Verarbeitung in Verbindung mit Prozess Analytischen Technologien (PAT) zum effizienteren Einsatz der Betriebsmittel, was sich in der Erhöhung der Ausbeute niederschlägt. Denn mit der Reduktion im Gesamtlösemittelverbrauch unter die Maximalbelastung muss nun kein Produkt wie bei der Rührdrucknutsche verworfen werden.

Durch die Umstellung auf ein kontinuierliches Verfahren wird damit aus einem Batchbetrieb mit aufwändiger Prozessführung, hohem Betriebsmitteleinsatz und mäßiger Ausbeute ein selbstregelnder, einfach zu führender und hocheffizienter Prozess.