Liofilizzazione siginficato e liofilizzazione industriale

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LIOFILIZZAZIONE

Operazione caratterizzata da un essiccamento a bassa temperatura ed elevato vuoto. Solvente, principale, acqua
Il prodotto ha RH molto bassa e struttura molto porosa à elevata velocità solubilizzazione.

Possibilità prodotto sterile

Operazioni:

Fase preparatoria campione (dissoluzione, filtrazione [sterile], ripartizione)

Fase congelamento

La T di incipiente congelamento è inferiore a 0°C di una quantità proporzionale alla conc. sostanze disciolte DT=K a C/M K= cost crioscopica (18.5 per H2O
a =coeff. attività soluto

Sperimentalmente sottoraffreddamento, poi separazione del ghiaccioàaumento conc. fase liquida: es NaCl 0.9% a –30°C. Nucleazione e congelamento in 10 min a –15°C, soluzione interstiziale , –26°C cristallizza l’eutettico. !! soluzioni complesse
[Rivedere concetto eutettico, legge Raoult ecc..]
Punto eutettico- punto in cui i valori di T e P permettono ad un solido congelato di sublimare senza passare attraverso lo stato liquido.
Struttura del prodotto congelato:

Soluzione acquosa di:	Temperatura °C punto eutettico
Sodio cloruro	-21.20
Potassio cloruro	-10.70
Magnesio cloruro	-33.60
Calcio cloruro	-54.90
Sodio carbonato	-2.10
Potassio carbonato	-36.50
Sodio solfato	-1.25

!! Sicurezza del congelamento completo della soluzione à determinazione della zona eutettica es mediante misure di Resistività elettrica o analisi termica

Importanza del numero di cristalli per l’aspetto e le caratteristiche del prodotto finito
Nucleazione Accrescimento cristalli

Dallo stato metastabile di sottoraffreddamento à germi cristallini -Nucleazione omogenea, se nel liquido o eterogenea se da superfici o impurezze. Es acqua 100 ml stato sottoraff. Fino a –5°C; gocce diametro 1 mm, -24°C; gocce 0.1 mm, -30°C

Accrescimento dei cristalli: deposizione molecole entro il reticolo cristallino

Diffusione delle mol. Dalla massa liquida verso la superficie del cristallo (trasferimento di massa) e diffusione del calore dalla superficie del cristallo verso il liquido (trasferimento termico).

Meglio velocità di nucleazione elevata
e grado di accrescimento lento àcristalli piccoli à prodotto fine e poroso

Raffreddamento

Per evaporazione sotto vuoto

Per raffreddamento a T ambiente

In autoclave in frigocelle

In contenitori primari in bulk

Ampia superficie, piccolo spessore

Essiccamento primario

Trasferimento di massa (a 0.5-0.05 Torr)
Interno: trasporto idrodinamico e diffusivo à funzione dello strato poroso
Il flusso di vapore è:

Dirett. prop. alla differenza di pressione di vapore tra il fronte di sublimazione e la superf. Libera del prodotto
Inversam. prop. allo spessore dello strato poroso secco

Esterno: 1g di H2O a 0.1 Torr = 9500 litri à evacuazione vapore prodottoà Condensatori
+ continuo apporto energia
Trasferimento di calore
Interno (attraverso lo strato congelato e lo strato 'secco' poroso) . Per conduzione
Esterno. Principalmente per conduzione e convezione

Condizioni di Temperatura ottimali per:
lo strato congelato - dipendono dall'equilibrio fra tempi di liofilizzazione brevi e qualità del prodotto essiccato (evitare ricristallizzazione)
e lo strato poroso - evitare alterazioni della struttura porosa (afflosciamento)

Essiccamento secondario (desorbimento)

Per portare a umidità residua pari a 0.5-2%. Temperature di esercizio (30-50°C)

FREDDO, CALORE, VUOTO
Chiusura dei contenitori: in ambienti con RH 15-25% o già in autoclave (gas inerte)

Macchine

Componenti:

Camera di congelamento
Camera di liofilizzazione
Condensatore
Gruppi frigoriferi per condensatore e piastre termiche
Gruppo riscaldamento delle piastre termiche
Gruppo di vuoto

Cilindro o parallelepipedo (indice di utilizzo volumetrico).

Tenuta, facile agibilità, pulizia e sterilizzazione

Piastre termiche e assicurazione della T raggiungibile (caldo e freddo)

Condensatore
Elementi di collegamento con l’autoclave ad ampia sezione
Raffreddamento delle superfici condensanti superiore all’autoclave
Superficie tot. Condensazione per uno spessore max ghiaccio di 10 mm oltre à riduzione conducibilità
Possibilità di scongelare rapidamente il ghiaccio depositato
Efficiente isolamento termico dall’ambiente esterno.

Quindi: ampie superfici, acciaio inossidabile con almeno 10-20°C inferiore rispetto T superficie sublimante. dispositivi scongelamento

Sistemi frigoriferi

Gas liquefatti, frigoriferi ad assorbimento, frigoriferi a compressione

Componenti:
compressori (monostadio o doppio stadio [fino a –80°C])

Fluidi frigorigeni , caratteristiche:

punto di congelamento basso
temperatura di ebollizione elevata
ridotta variazione di viscosità
possibilmente non infiammabili, corrosivi, tossici

(Freon CHaClnFm , miscele propano/butano e idrocarburi: Duracool, HC-12a, Enviro-Safe, etc)
http://www.epa.gov/docs/ozone/title6/snap/ref.html
http://www.lenzdist.com/WhatHC.html

Sistemi riscaldamento (diretto – resistenze; indiretto – fluido preriscaldato)

Gruppo di aspirazione (vuoto) - 0.5 –10-3 Torr
Eliminazione dei gas incondensabili, (gas disciolti, aria) + perdite naturali dell’impianto. Il condensatore funge da ‘pompa principale’ per i vapori.
Pompe per vuoto:
meccaniche statiche
(alternative e rotative) (eiettori e p. a diffusione)

primarie secondarie (in funzione solo a prex bassa)

http://www.aip.org/avsguide/refguide/ !!!

Sistemi di controllo Temperatura
e Pressione (a membrana, a termocoppia, vacuometro di Pirani)
Rendimento pompe da vuoto: 1-rotativa, 2-root, 3-booster a vapore, 4-a diffusione

Caratteristiche pompe a vuoto:

Grado massimo di vuoto raggiungibile
Velocità di aspirazione

Pompe primarie, rotative. (10-5 a 10-2 Torr – 2 a 25 mc/ora per doppio stadio)

Monostadio Doppio stadio

http://www.phys.uniroma1.it/DOCS/MUSEO/pneumatica.html
visione storica delle pompe pneumatiche
http://www.leyboldvac.de/products/products.htm
uno dei produttori leader (immagini e specifiche)

Pompe secondarie
A diffusione (fino a 10-7 mbar)

Il fluido oleoso è scaldato in caldaia, evapora fino ai deflettori (ogni serie = uno stadio). A contatto delle pareti fredde ricondensano e convogliano i vapori verso il basso

Oli difenilici, al silicone ecc..
Caratteristiche

Technical Data		Mineral Oil / DIFFELEN			Silicone Oil
Technical Data		light	normal	ultra	DC 704	DC 705
Vapor pressure at 20º C	mbar	1 x 10-8	1.5 x 10-9	2.7 x 10-11	2.6 x 10-8	4 x 10-10
Relative molecular mass	g x mol-1	500	570	600	484	546
Flash point (DIN ISO 2592)	º C	> 240	> 255	> 270	221	243
Viscosity at 25 º C	mm2 x s-1	115	165	200	39	175
Density at 20 º C	g x cm-3	0.862	0.862	0.864	1.07 *	1.09 *

Pompe “booster a vapore”

A basse prex come a diffusione, ad elevate entra in funzione un eiettore

Pompe root (a vite) a lobi

http://www.bigiesse.it/kinney/kinney.htm

Occorre una pompa primaria per non surriscaldare la root. Minor ingombro

Sistemi di controllo, allarme…

http://www.phase-technologies.com/
ricerca con Lyophilization - Introduction and Basic Principles
http://www.cape.canterbury.ac.nz/Archive/DOWNSTREAM/
http://www.orthoclinical.com/pdf/TechDocs/MiscDocs/7B6006.pdf
http://campus.fortunecity.com/newton/98/lyo.htm
http://www.aip.org/avsguide/ guida all’acquisto materiale per vuoto

Fonte: http://www.personalweb.unito.it/franco.dosio/impianti/lucidi/modulo_b/liofil1.doc
Autore: Franco Dosio ?
Sito web: http://www.personalweb.unito.it/franco.dosio/

Liofilizzazione siginficato e liofilizzazione industriale