Befugtning i farmaceutisk produktion

Med den løbende udvikling af nye produkter og fremstillingsteknikker i medicinalindustrien, der kræver stadig strengere miljøbetingelser for produktionen, har specialiserede miljøkontrolsystemer aldrig været vigtigere.

Det har altid været kendt, at visse forarbejdningsmetoder kræver kontrol af miljøbetingelserne med hensyn til både luftfugtighed og temperatur, og konventionelle varme- og ventilationssystemer har tidligere været egnede. Udviklingen af nye produkter, især bioteknologibaserede, har imidlertid vist, at mange af de nuværende systemer ikke kan levere den nøjagtige regulering af den relative luftfugtighed, der er nødvendig for at sikre ensartet kvalitet og optimal produktivitet, især inden for de snævre tolerancer, der kræves til højteknologisk udvikling og produktion.

Konventionelle varme-, ventilations- og klimaanlæg (HVAC) er generelt designet til at skabe behagelige, kontrollerede forhold for personalet. Typisk vil dette være inden for et temperaturområde på 18 °C til 23 °C med en relativ luftfugtighed (RH) på 40 til 60 %. Menneskekroppen trives meget godt i dette interval, hvor man hverken føler sig for varm eller for kold. Følsomme forsknings- og udviklingsmetoder samt fremstilling af produkter såsom lægemidler eller medicinsk udstyr kræver imidlertid ofte regulering af temperatur og luftfugtighed inden for langt strammere grænser, typisk ±2 % RH og ±1 °C.

Denne grad af regulering kan ikke opnås med standard HVAC-systemer, men det er muligt med specialiserede befugtningssystemer.

Det er ikke ualmindeligt, at virksomheder, der planlægger nye anlæg eller endda ombygning af et eksisterende anlæg, henvender sig til en almindelig konsulent for at få udformet miljøkontrolsystemerne. Disse konsulenter vælger ofte det samme udstyr, som ville blive anvendt i et kontorbyggeri, til et procesmiljø, uden at indse konsekvenserne for kunden. Udformningen af et system, der skal køre 24 timer i døgnet, 7 dage om ugen, med nøje regulering, adskiller sig markant fra det, der kræves til et kontorsystem, der er designet til at køre 12 timer om dagen og 5 dage om ugen. Det endelige resultat af et forkert valg vil være dårlig klimastyring, lav produktivitet og ofte ekstremt høje vedligeholdelsesomkostninger.

For at sikre, at den mest hensigtsmæssige klimastyring anvendes fra starten, er det afgørende, at specialister, såsom Condair, konsulteres for at samarbejde med designerne om at udvikle den rette løsning til hver enkelt anvendelse.

Fugtighedens indvirkning

Dårlig klimastyring, især med hensyn til fugtighed, kan på en række måder direkte påvirke den farmaceutiske produktionslinje. Fugtighedsniveauer under 45 % RH vil medføre, at der opbygges statisk elektricitet. Dette kan have alvorlige konsekvenser, hvor der anvendes opløsningsmidler i processen, og det kan også medføre, at produktet tørrer ud, hvilket påvirker dets ydeevne. Andre konsekvenser af statisk elektricitet er, at produkterne klæber til hinanden, hvilket fører til problemer med emballeringen.

Tilsvarende kan høj luftfugtighed medføre, at produkterne absorberer fugt under produktionen og den endelige emballering. Visse antibiotikatabletter nedbrydes, og deres effektivitet mindskes, hvis de absorberer fugt. Hvis produktet er følsomt over for fugt på lang sigt, vil det nedbrydes over tid, hvis det pakkes under forkerte forhold. Derfor bliver kontrollen med produktionsmiljøet stadig mere afgørende i takt med, at produktudviklingen skrider frem.

Behovet for miljøkontrol gælder ikke kun produktionsområderne, men kan også gøre sig gældende inden for selve produktionsmaskinen. Belægning af tabletter med vandbaserede opløsninger kræver ekstremt nøje kontrol af luftfugtigheden for at sikre, at belægningen ikke tørrer for hurtigt eller for langsomt. Der findes farmaceutiske trykprocesser, der kræver en fugtighedskontrol på mellem 95 og 98 % RF samt en temperaturregulering med en nøjagtighed på bedre end 1 °C for at forhindre, at vandbaserede trykfarver tørrer ud under forarbejdningen. Dette kan heller ikke opnås med konventionelle systemer, men fremskridt inden for fugtighedskontrol har betydet, at der nu kan anvendes systemer, der leverer disse strenge betingelser.

I den højteknologiske industri til fremstilling af medicinsk udstyr anvendes der ofte renrum. Udformningen af renrum er veldokumenteret. Imidlertid opnås den teknologi, der anvendes til at sikre miljøkontrollen, ofte ved hjælp af standardudstyr til opvarmning, ventilation og klimaanlæg. Man mener, at miljøet skal kontrolleres af hensyn til den personlige komfort, og man antager, at produktet også vil være stabilt i dette vidtvarierende miljø. Først når man konstaterer lave produktivitetsniveauer, og produktionsproblemerne spores tilbage til temperatur- og fugtighedsreguleringen, kan man virkelig se vigtigheden af det rigtige udstyr.

Budgetbeslutninger

Problemet for mange virksomheder er, at økonomidirektørerne fastlægger budgettet for udviklingen. Dette investeringsbudget tillader kun anskaffelse af billigt udstyr, især hvad angår anlægget til klimastyring. Det er sjældent, at driftsomkostningerne tages med i betragtning. Hvis det var tilfældet, ville billedet sandsynligvis se helt anderledes ud.

Selvom det umiddelbart kan koste mere at anskaffe specifikt udstyr, der giver den nødvendige optimale regulering, vil de samlede drifts- og vedligeholdelsesomkostninger for korrekt valgt udstyr ofte vise, at en tilsyneladende dyrere investering faktisk vil tjene sig ind inden for 12 måneder.

Et klassisk eksempel på dette, især med hensyn til dampbefugtere, er installationen af en typisk elektrode-dampbefugter, der i gennemsnit koster 10.000 £ om året at drive og vedligeholde. Dette beløb dækker reservedele, elektricitet, arbejdskraft osv. Denne typiske enhed vil have en anskaffelsesomkostning på omkring 2.000 £. Til sammenligning vil brugen af en indirekte varmtvand-til-damp- eller damp-til-damp-dampbefugter, såsom Condair SE, have næsten ubetydelige driftsomkostninger – sandsynligvis under 500 £ om året – hvis der er adgang til varmt vand ved middel temperatur eller endda procesdamp.

Anskaffelsesomkostningerne vil dog være omkring fire gange så høje som for en elektrisk luftbefugter, og på grund af disse høje anskaffelsesomkostninger tages den ofte ikke i betragtning. Alligevel vil enheden, der omdanner varmt vand til damp eller damp til damp, være omkring 30 % billigere i det første år og omkring 95 % billigere i de efterfølgende år, hvis man tager de samlede omkostninger i det første år – både investeringsomkostninger og driftsomkostninger – i betragtning. Derudover giver dampbefugteren, der omdanner varmt vand til damp eller damp til damp, en mere præcis regulering af det ønskede indstillingspunkt på grund af dens funktionsprincip.

Koldvands

Udviklingen inden for koldvandsluftbefugtning er også gået fremad i de sidste fem år og giver endnu større fordele med hensyn til effektforbruget, da vandet ikke skal opvarmes. Koldvandsluftbefugteren kan enten være et sprøjtesystem, såsom JetSpray, eller et system med fordampning, såsom Condair ME.

Der har altid været en vis tilbageholdenhed med at anvende koldtvandssystemer på grund af frygt for sikkerhedsrisici i forbindelse med legionella eller andre bakterielle problemer. I Health and Safety ACOP L8-dokumentet fastslås det, at så længe systemerne opfylder alle kravene i L8, er der ikke en større risiko end ved brug af dampsystemer – i nogle tilfælde er risikoen endda mindre. Det antages også ofte, at der ikke er nogen risiko, blot fordi et system er dampfodret. Desværre er dette ikke altid tilfældet.

Den største fordel ved koldtvandsluftbefugtere er, at de bruger mindre end 10 % af den energi, som elektriske dampbefugtere bruger. Da princippet bag koldtvandsluftbefugtning er adiabatisk, kan der desuden opnås frikøling. Dette kan medføre omkostningsbesparelser, ikke kun om vinteren – den primære befugtningssæson, hvor returluften fra produktionsområdet er varm, og der typisk anvendes store mængder frisk luft til at opnå fri køling – men også om sommeren, hvor de udendørs omgivelsestemperaturer er høje, og luften kan afkøles med op til 6 °C af luftbefugteren.

Man har altid ment, at koldvandsbefugtning ikke kan styres præcist. Også dette er en misforståelse. Hvis der kræves finregulering, kan der monteres reguleringsventiler med høj nøjagtighed, der muliggør regulering til ±0,5 °C dugpunkt.

Konkurrencefordel

Inden for forskning og udvikling kan reguleringen af luftfugtighed og temperatur have stor betydning for at bringe et produkt på markedet. Dette kan være set fra et produktionsmæssigt synspunkt, hvor udbyttet ofte er lavt, indtil luftfugtigheden og temperaturen reguleres nøjagtigt; farmaceutiske belægningsanvendelser er et fremragende eksempel herpå, ligesom stabilitetstest af farmaceutiske produkter.

På begge disse områder har det vist sig, at kontrol af miljøforholdene er afgørende. Dårlig kontrol kan medføre variationer i belægningen, hvilket gør det nødvendigt at kassere hele produktionspartier, der ofte udgør et lager til en værdi af tusindvis af pund. Endnu vigtigere er det, at afvigelser fra kontrolparametrene i langvarige stabilitetstest vil medføre, at processen skal genstartes. Dette kan forlænge forsknings- og udviklingstiden for et nyt produkt med uger eller endda måneder, hvilket giver konkurrenterne mulighed for at lancere lignende produkter hurtigere og dermed opnå den afgørende konkurrencemæssige fordel.

Det kan endda være økonomisk fordelagtigt at udvikle specifikt udstyr til en given anvendelse for at sikre, at kravene til luftstrøm, luftfugtighed og temperatur alle opfyldes på et optimalt niveau. Selvom dette kræver større investeringer, er det kendt, at produktionsudbyttet kan stige med op til ti gange i forhold til det, der opnås med standardudstyr.

Vedligeholdelse

Vedligeholdelse spiller også en vigtig rolle for den samlede stabilitet i et farmaceutisk produktions- og renrummiljø. Luftbefugtere kan kræve hyppig vedligeholdelse, afhængigt af vandforsyningens kvalitet. I områder med hårdt vand vil der være behov for vedligeholdelse efter nogle få hundrede driftstimer. Valg af den rigtige type luftbefugter gør det muligt at anvende vand behandlet med omvendt osmose, hvilket kan reducere vedligeholdelsen til en årlig eftersyn. Dette sparer ikke blot omkostninger i form af vedligeholdelse og nedetid i produktionsområderne, men reducerer også de samlede driftsomkostninger, da mængden af vand, der bruges til at fortynde mineralaflejringerne, ligeledes reduceres.

Driftsomkostningerne for luftbefugtere kan blive ekstremt høje, hvis der vælges en forkert model. Som tidligere beskrevet skal valget af luftbefugter overvejes nøje i starten af et projekt. En standardelektrodekedel vil, ved brug af almindeligt ledningsvand, kræve, at cylindrene udskiftes eller rengøres efter nogle få hundrede driftstimer. Cylindre kan koste op til 150 £ pr. gang. Det betyder, at omkostningerne plus arbejdsløn på en enhed med tre cylindre kan løbe op i 500 £ hver anden til tredje uge. Hvis man fra starten havde valgt en dampbefugter med modstandsopvarmning, ville der ikke være behov for udskiftning af cylindre, da kogekarene normalt er fremstillet af rustfrit stål 316. Omkostningerne ved en modstandsbefugter er typisk to og en halv gange så høje som ved en elektrodekedel, men besparelserne på vedligeholdelse vil meget hurtigt føre til, at investeringen tjener sig ind.

Derudover kan befugteren med modstandsopvarmning køre på omvendt osmosevand. Det kan elektrodekedlen ikke, da den er afhængig af vandets ledningsevne for at få vandet til at koge. I områder med naturligt blødt vand starter elektrodekedler muligvis ikke, eller det vil tage flere timer at opbygge den nødvendige mineralkoncentration for at opnå fuld ydelse, og i denne periode vil resultatet være dårlig regulering.

De gamle ordsprog »man får, hvad man betaler for« og »caveat emptor« beskriver ofte bedst de befugtningssystemer, der er installeret i mange farmaceutiske anlæg og renrum. Befugtning er ofte blevet beskrevet som en »sort kunst« – men det er den ikke! Det er en eksakt videnskab, der kræver en fuldstændig forståelse af ikke kun anvendelsen, men også udformningen og styringen af processen. Valget af den rigtige luftbefugter til anvendelsen og supporten af udstyret, når det er installeret, er afgørende for systemets langsigtede pålidelighed og drift. Når man overvejer disse spørgsmål, er det derfor vigtigt at konsultere en specialist i miljøkontrol i stedet for almindelige VVS-konsulenter.