Na fabricação farmacêutica e de medicamentos, o controle da exposição ao oxigênio, da umidade e das condições do processo pode ser importante para proteger materiais sensíveis e manter uma qualidade de produção consistente.
O nitrogênio é amplamente utilizado como gás de processo inerte na fabricação farmacêutica porque pode ajudar a criar um ambiente controlado com baixo teor de oxigênio ao redor de ingredientes sensíveis ao oxigênio, vasos de processo, sistemas de armazenamento e determinados produtos embalados.
Um gerador de nitrogênio para fabricação farmacêutica permite que as instalações produzam nitrogênio no próprio local a partir de ar comprimido, em vez de depender totalmente de cilindros ou entregas de gás a granel. Quando configurado adequadamente em termos de pureza, vazão, pressão, ponto de orvalho e qualidade do gás, um sistema no local pode proporcionar um fornecimento estável de nitrogênio para diversos processos farmacêuticos.
Para mais informações sobre os requisitos de ar comprimido e tratamento de gases nesse setor, consulte as aplicações da Lingyu para dispositivos médicos e indústria farmacêutica.
Por que o nitrogênio é utilizado na fabricação farmacêutica?
O nitrogênio é relativamente inerte em muitas condições comuns de processo, o que o torna útil quando é necessário reduzir a exposição ao oxigênio.
Dependendo da aplicação, o nitrogênio pode ser utilizado para:
- Reduzir a oxidação de materiais sensíveis ao oxigênio
- Manter uma atmosfera com baixo teor de oxigênio dentro de vasos de processo
- Proteger materiais durante o armazenamento e a transferência
- Reduzir a concentração de oxigênio dentro de determinadas embalagens
- Auxiliar na manutenção de condições controladas de processo
- Fornecer gás adequado para determinados equipamentos laboratoriais e analíticos
No entanto, o nitrogênio, por si só, não torna um processo farmacêutico estéril.
A esterilidade, limpeza, controle de contaminação e conformidade regulatória dependem do processo completo de fabricação, projeto dos equipamentos, filtragem, qualificação, validação, procedimentos operacionais e requisitos de qualidade aplicáveis. Essa distinção é particularmente importante em aplicações farmacêuticas.
O que é um gerador de nitrogênio para fabricação farmacêutica?
Um gerador de nitrogênio é um sistema de produção de gás no local que separa o nitrogênio do ar comprimido e o fornece diretamente ao ponto de uso.
Um sistema típico pode incluir:
- Compressor de ar
- Reservatório de ar
- Secador de ar comprimido
- Estágios de filtragem
- Gerador de nitrogênio PSA
- Tanque pulmão de nitrogênio
- Analisador de gás
- Equipamentos de controle de pressão
- Tubulação de distribuição
Em vez de tratar o gerador de nitrogênio como uma unidade independente, os fabricantes farmacêuticos devem avaliar o sistema completo, desde o ar comprimido até o nitrogênio.
O gerador de nitrogênio PSA da Lingyu pode ser configurado para diferentes requisitos de pureza e capacidade de produção de nitrogênio.
Como funciona a geração de nitrogênio PSA?
Os equipamentos de geração de nitrogênio da Lingyu utilizam a tecnologia de Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA).
O gerador PSA contém duas torres de adsorção preenchidas com Peneira Molecular de Carbono (CMS). O ar comprimido condicionado entra em uma das torres, onde o oxigênio é adsorvido preferencialmente, enquanto o nitrogênio passa pelo leito como gás produto.
Ao mesmo tempo, a outra torre é despressurizada e regenerada. As duas torres alternam automaticamente para manter a produção contínua de nitrogênio.
Dependendo da configuração do sistema, as funções de monitoramento e controle podem incluir medição da pureza do nitrogênio, monitoramento de vazão, operação baseada em PLC, alarmes e gerenciamento de gás fora da especificação.
Para uma explicação mais detalhada do princípio de separação, consulte como funciona a geração de nitrogênio PSA.
Aplicações do nitrogênio na fabricação farmacêutica
Produção de APIs e medicamentos
O nitrogênio pode ser utilizado durante determinadas reações químicas e etapas de fabricação farmacêutica nas quais a redução da exposição ao oxigênio ajuda a limitar oxidação indesejada ou outras reações relacionadas ao oxigênio.
Nessas aplicações, a pureza necessária do nitrogênio deve ser determinada pela sensibilidade do processo, em vez de se presumir que todas as operações com APIs exigem nitrogênio de pureza ultraelevada.
A química do processo, o nível permitido de oxigênio residual, os requisitos de umidade, a pressão e as especificações de qualidade da instalação devem ser considerados em conjunto.
Embalagem farmacêutica
A injeção de nitrogênio pode ser utilizada em determinados processos de embalagem farmacêutica para reduzir a quantidade de oxigênio restante dentro de uma embalagem ou recipiente.
Isso pode ser relevante para formulações sensíveis ao oxigênio ou produtos cuja estabilidade possa ser afetada pela exposição ao oxigênio.
A especificação adequada do nitrogênio depende de:
- Sistema de embalagem
- Sensibilidade do produto
- Nível desejado de oxigênio residual
- Condições de enchimento
- Requisitos de vazão do gás
- Requisitos de qualidade aplicáveis
Portanto, a pureza do nitrogênio deve estar vinculada ao processo real de embalagem, em vez de ser selecionada como uma especificação isolada do equipamento.
Inertização de tanques e vasos
A inertização com nitrogênio pode ajudar a manter uma atmosfera controlada com baixo teor de oxigênio em tanques de armazenamento ou vasos de processo.
Ela pode ser utilizada durante armazenamento, transferência, mistura ou outras operações adequadas nas quais seja vantajoso limitar o contato com o oxigênio atmosférico.
O dimensionamento do sistema deve considerar:
- Volume do vaso
- Taxa de enchimento
- Taxa de esvaziamento
- Pressão de operação
- Concentração de oxigênio necessária
- Vazão de pico de nitrogênio
- Consumo normal de nitrogênio
Portanto, o gerador de nitrogênio deve ser selecionado de acordo com as condições reais de operação do vaso, e não apenas com seu tamanho.
Aplicações laboratoriais e analíticas
Laboratórios farmacêuticos podem utilizar nitrogênio em determinados instrumentos analíticos, no manuseio de amostras, evaporação ou procedimentos com atmosfera controlada.
Instrumentos individuais podem apresentar requisitos muito diferentes de pureza do gás, pressão, vazão, umidade e níveis de contaminação. Por esse motivo, o fornecimento de nitrogênio deve ser adequado às especificações do fabricante do equipamento.
Qual deve ser a pureza do nitrogênio para a produção farmacêutica?
Não existe uma única pureza de nitrogênio correta para todos os processos farmacêuticos.
A linha de geradores de nitrogênio PSA da Lingyu atende a diferentes requisitos de pureza, incluindo configurações de alta pureza.
A pureza correta deve ser determinada com base em fatores como:
- Teor máximo permitido de oxigênio
- Sensibilidade do produto
- Química do processo
- Requisitos de embalagem
- Ponto de orvalho necessário
- Requisitos dos equipamentos a jusante
- Especificações internas de qualidade
Quando um processo exige níveis muito baixos de oxigênio residual, um gerador de nitrogênio com pureza de 99,99% pode ser uma das configurações a serem avaliadas.
O princípio fundamental é especificar apenas a pureza de nitrogênio realmente exigida pelo processo.
Uma pureza mais elevada não é automaticamente preferível. O aumento da pureza pode afetar a recuperação de nitrogênio, a capacidade do gerador, o consumo de ar comprimido e o custo operacional geral.
Nitrogênio de maior pureza e purificação adicional
Alguns processos farmacêuticos podem exigir qualidade de gás além da saída padrão de um gerador de nitrogênio PSA.
Nesses casos, uma etapa de purificação a jusante pode ser considerada como parte do sistema completo. A etapa de purificação deve ser selecionada de acordo com uma especificação de processo definida, em vez de simplesmente buscar a maior porcentagem possível de nitrogênio.
Parâmetros como oxigênio residual, ponto de orvalho, teor de óleo, partículas e quaisquer limites de qualidade aplicáveis devem ser definidos antes da seleção do método de purificação.
Quando forem necessárias desoxigenação ou purificação adicionais, o sistema selecionado deve ser adequado às condições específicas do processo e aos parâmetros exigidos de qualidade do gás.
Ponto de orvalho e controle da umidade
Em alguns processos farmacêuticos, a umidade pode ser tão importante quanto a pureza do nitrogênio.
O desempenho do ponto de orvalho do nitrogênio pode atingir aproximadamente −40 °C ou menos nas condições operacionais aplicáveis.
O ponto de orvalho necessário deve ser determinado de acordo com os requisitos reais do processo, em vez de simplesmente selecionar o gás mais seco possível.
Um ponto de orvalho mais baixo pode ser importante para materiais ou equipamentos sensíveis à umidade, enquanto outras aplicações podem não exigir o mesmo nível de secagem.
Portanto, o ponto de orvalho deve ser especificado em conjunto com a pureza, pressão e vazão do nitrogênio.
Por que a qualidade do ar comprimido é importante?
A geração de nitrogênio PSA depende de ar comprimido adequadamente tratado.
Óleo, umidade e partículas podem afetar a CMS, válvulas, instrumentos, filtros e a qualidade do gás a jusante.
Um sistema adequado de pré-tratamento pode incluir:
- Reservatório de ar comprimido
- Secador por refrigeração ou por adsorção
- Filtragem para remoção de óleo
- Filtragem de partículas
- Drenagem automática
Quando necessário, um filtro de precisão para ar comprimido adequado pode fazer parte desse sistema de pré-tratamento.
Para aplicações farmacêuticas, a qualidade do gás deve ser avaliada em toda a cadeia de fornecimento, e não apenas com base na pureza do nitrogênio na saída do gerador.
Vazão e demanda de pico
O gerador de nitrogênio deve fornecer quantidade suficiente de nitrogênio não apenas para o consumo médio, mas também para os picos de demanda da produção.
Uma instalação farmacêutica pode ter vários pontos de consumo operando simultaneamente, incluindo equipamentos de embalagem, vasos de armazenamento, reatores, sistemas de transferência, laboratórios e skids de processo.
Antes de selecionar a capacidade do gerador, determine:
- Consumo médio de nitrogênio
- Consumo de pico de nitrogênio
- Número de usuários simultâneos
- Turnos de produção
- Frequência dos lotes
- Expansão futura prevista
Um tanque pulmão de nitrogênio pode ajudar a estabilizar o fornecimento durante variações de demanda de curta duração.
No entanto, o armazenamento deve ser dimensionado como parte do projeto geral do sistema, em vez de ser utilizado para compensar um gerador fundamentalmente subdimensionado.
Requisitos de pressão
Diferentes operações farmacêuticas podem exigir diferentes pressões de nitrogênio.
Sistemas de inertização, linhas de embalagem, instrumentos laboratoriais e vasos de processo não operam necessariamente na mesma pressão.
A pressão de entrada do ar comprimido nos sistemas de geração de nitrogênio PSA da Lingyu é de aproximadamente 0,5–0,8 MPa.
Essa é a condição do ar de alimentação do gerador e não deve ser confundida com a pressão final de nitrogênio necessária em cada ponto de uso.
Se for necessária uma pressão maior de nitrogênio a jusante, pode ser preciso considerar armazenamento adicional ou equipamentos de aumento de pressão.
Portanto, tanto a vazão necessária de nitrogênio quanto a pressão real no ponto de uso devem ser definidas durante a configuração do sistema.
Monitoramento em tempo real e controle do processo
Na produção farmacêutica, manter uma qualidade estável do gás geralmente é mais importante do que atingir a especificação desejada apenas durante o comissionamento inicial.
Dependendo da configuração, um sistema de geração de nitrogênio pode incorporar:
- Monitoramento da pureza do nitrogênio
- Monitoramento de vazão
- Monitoramento de pressão
- Operação automática baseada em PLC
- Exibição do estado operacional por tela sensível ao toque
- Funções de alarme
- Gerenciamento de gás fora da especificação
Essas funções podem ajudar os operadores a verificar se o sistema permanece dentro da faixa operacional exigida.
O monitoramento dos equipamentos não substitui os próprios procedimentos da instalação farmacêutica para qualificação, validação, calibração, amostragem ou garantia da qualidade.
Qualidade do gás farmacêutico e conformidade
A pureza do nitrogênio é apenas um dos aspectos da qualidade do gás para aplicações farmacêuticas.
Um gerador de nitrogênio não se torna automaticamente “compatível com GMP” simplesmente por produzir nitrogênio de alta pureza.
Dependendo da aplicação, a especificação necessária do gás também pode envolver:
- Oxigênio residual
- Umidade
- Contaminação por óleo
- Partículas
- Requisitos microbiológicos, quando aplicáveis
- Materiais de construção
- Filtragem
- Amostragem
- Monitoramento
- Qualificação
- Validação
- Requisitos farmacopeicos aplicáveis
- Especificações internas de qualidade
Os requisitos exatos dependem de onde e de como o nitrogênio é utilizado.
Um fornecimento de nitrogênio adequado para uma operação sem contato com o produto pode não ser automaticamente adequado para outro processo farmacêutico.
Portanto, os fabricantes devem primeiro definir a especificação necessária de qualidade do gás e, em seguida, determinar se o sistema proposto de geração, tratamento, armazenamento e distribuição pode atendê-la.
A pureza do nitrogênio, por si só, não deve ser utilizada como evidência de conformidade com GMP ou com requisitos farmacêuticos.
Vantagens da geração de nitrogênio no local
Para instalações farmacêuticas adequadas, a geração de nitrogênio no local pode oferecer várias vantagens práticas.
Produção local de nitrogênio
O nitrogênio pode ser gerado na própria instalação de acordo com seu cronograma operacional.
Menor dependência de entregas
A produção no local pode reduzir a dependência da substituição de cilindros ou de cronogramas externos de entrega de gás.
Menor necessidade de manuseio de cilindros
Instalações que utilizam grande quantidade de cilindros podem reduzir algumas necessidades de manuseio, armazenamento e logística.
Maior visibilidade sobre a produção de gás
Dependendo da configuração de controle, os operadores podem monitorar parâmetros como pureza, vazão, pressão e estado do sistema.
Possíveis benefícios de custo ao longo do ciclo de vida
Para instalações com demanda regular de nitrogênio, a geração no local pode oferecer vantagens econômicas em relação ao gás fornecido externamente.
Uma avaliação completa do custo do ciclo de vida deve considerar:
- Eletricidade do compressor
- Tratamento de ar
- Manutenção
- Filtros
- Armazenamento de nitrogênio
- Monitoramento
- Aumento de pressão, quando necessário
O resultado econômico depende do perfil operacional real da instalação.
O que definir antes de selecionar um gerador de nitrogênio farmacêutico
Antes de selecionar um sistema, defina:
- Pureza necessária do nitrogênio ou teor máximo de oxigênio
- Ponto de orvalho necessário
- Vazão média de nitrogênio
- Vazão de pico de nitrogênio
- Pressão de saída necessária
- Número de usuários simultâneos
- Capacidade do compressor existente
- Qualidade do ar comprimido
- Horas de operação
- Cronograma dos lotes
- Condições de instalação
- Requisitos aplicáveis de qualidade do gás
- Especificações internas de qualidade farmacêutica
Esses valores fornecem uma base de engenharia mais sólida para selecionar o gerador, sistema de tratamento de ar comprimido, armazenamento de nitrogênio, controles e equipamentos de distribuição.
Para orientações adicionais sobre pureza, vazão, pressão, requisitos de ar comprimido e dimensionamento do sistema, consulte o guia de especificações de geradores de nitrogênio.
Confiabilidade e manutenção
A manutenção de rotina é importante quando o nitrogênio faz parte de um processo de produção.
As considerações típicas de manutenção podem incluir:
- Substituição dos filtros
- Inspeção das válvulas
- Calibração do analisador de gás
- Inspeção dos drenos
- Verificação da condição da CMS
- Manutenção do secador de ar
- Verificação dos instrumentos de pressão
- Verificação dos instrumentos de vazão
O gerador de nitrogênio e o sistema de tratamento de ar comprimido a montante devem, portanto, ser mantidos como uma única utilidade integrada, e não como equipamentos independentes e não relacionados.
A manutenção preventiva pode ajudar a manter uma qualidade estável do nitrogênio e reduzir o risco de interrupções inesperadas da produção.
Conclusão
Um gerador de nitrogênio para fabricação farmacêutica pode proporcionar uma fonte de nitrogênio no local para produção de medicamentos, embalagem, inertização de vasos, uso laboratorial e outros processos adequados.
O sistema correto não deve ser selecionado apenas de acordo com a pureza.
Pureza do nitrogênio, oxigênio residual, ponto de orvalho, vazão, pressão, qualidade do ar comprimido, filtragem, monitoramento, armazenamento, requisitos do processo e as próprias especificações de qualidade do gás da instalação devem ser avaliados em conjunto.
Para usuários farmacêuticos, o sistema de geração de nitrogênio mais adequado é aquele que atende de forma consistente à especificação definida do processo e, ao mesmo tempo, se adapta aos requisitos operacionais, de qualidade e de manutenção da instalação.
Consulte a linha de geradores de nitrogênio da Lingyu ou entre em contato com a Lingyu informando a pureza de nitrogênio necessária, ponto de orvalho, vazão, pressão, condições do ar comprimido e requisitos da aplicação para obter suporte na configuração do sistema.
