BRPI0716257A2 - sistema de refrigeraÇço criogÊnio para liofilizaÇço, e, mÉtodo para liofilizar um produto - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE REFRIGERAÇçO CRIOGÊNICO PARA LIOFILIZAÇçO, E,MÉTODO PARA LIOFILIZAR UM PRODUTO. É revelado um sistema de refrigeração criogênico para liofilização. O sistema de refrigeração criogênico inclui um sistema trocador de calor criogênico adaptado para evaporar um líquido criogênico e usar o meio criogênico gasoso para resfriar o fluido de transferência d ecalor que resfria a câmara de liofilização, bem como o condensador. O circuito de resfriamento de transferência de calor revelado inclui um circuito fechado de recirculação primário adaptado para resfriar a câmara de liofilização com o fluido de transferência de calor, e uma ou mais válvulas que acoplam operativamente o sistema trocador de calor criogênico, o circuito fechado de recirculação primário e o circuito fechado de recirculação secundário.
Description
"SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO CRIOGÊNICO PARA LIOFILIZAÇÃO, E, MÉTODO PARA LIOFILIZAR UM PRODUTO" Campo Da Invenção
A presente invenção diz respeito a sistemas de refrigeração criogênicas para liofilização e, mais particularmente, a um sistema de refrigeração criogênico adaptado para resfriar tanto uma câmara de liofilização quanto o condensador usando um trocador de calor e fluidos de transferência de calor comuns. Fundamentos Da Invenção Liofilização ou secagem por congelamento é um processo de
sublimação que remove água livre ou outro solvente na forma de gelo. Secagem por congelamento é especialmente usada nas indústrias farmacêutica, química e de alimentos para remover água ou solvente de produtos sintéticos e biológicos sensíveis, em virtude de preservar sua integridade e atividade. O crescente uso de liofilização está impulsionado pela demanda global cada vez maior de embalagem ascética, preservação de medicamentos e o aumento na fabricação de produtos biológicos, incluindo produtos terapêuticos e vacinas a base de proteína.
Durante a liofilização, a maior parte do solvente (por exemplo, água e/ou um álcool) é removida de um produto depois que ele é congelado e colocado a vácuo. O processo realmente consiste em três etapas separadas, mas interdependentes: congelamento; secagem primária (sublimação em gelo); e secagem secundária (dessorção de umidade). Durante a secagem primária, 90 % ou mais do solvente mudam diretamente da fase sólida para vapor por meio de sublimação, sem passar por uma fase líquida. O solvente restante é adsorvido no produto como umidade. Parte deste solvente é subseqüentemente dessorvido durante o processo de secagem secundário para atingir a estabilidade do produto desejada. Em decorrência do processo de liofilização, o teor de solvente no produto é reduzido a um baixo nível que não pode mais suportar crescimento biológico ou reações químicas, preservando ainda a atividade e integridade do produto seco por congelamento.
Secagem por congelamento tem sido tradicionalmente realizada comercialmente usando sistemas de congelamento ou refrigeração mecânica. Embora sistemas de refrigeração mecânica possam ser usados, é desvantajoso fazê-lo em virtude de serem necessárias temperaturas muito baixas a fim de fazer com que vapor d'água congele no condensador do secador por congelamento. Temperaturas operacionais abaixo de -50°C afetam adversamente o desempenho, eficiência e confiabilidade dos sistemas de refrigeração mecânica.
Avanços recentes no campo de secagem por congelamento empregam o uso de fluidos criogênicos e trocadores de calor criogênicos, em vez de sistemas de refrigeração mecânica para realizar o processo de secagem por congelamento. As baixas temperaturas operacionais exigidas em um processo de liofilização não têm impacto adverso em sistemas de refrigeração criogênicas ativados por nitrogênio líquido com um ponto de ebulição normal de cerca de -196°C. Sistemas de refrigeração criogênica para aplicações de liofilização são capazes de prover as taxas de resfriamento elevadas e constantes por toda a faixa de temperatura de interesse. Sistemas de resfriamento criogênico da tecnologia anterior recuperam o frio armazenado do nitrogênio líquido em trocadores de calor criogênicos especialmente projetados por engenharia onde o nitrogênio líquido e/ou gás nitrogênio resfriará um fluido de transferência de calor que, por sua vez, resfria a câmara de liofilização. Separadamente, o produto criogênico resfriará o condensador pela expansão direta nas serpentinas ou placas do condensador. Infelizmente, o uso direto no condensador de qualquer refrigerante, independente se ele é um refrigerante de hidrocarbonetos típico ou um fluido criogênico, resulta em fluxo bifásico e troca de calor irregular interna e formação de gelo não uniforme fora das serpentinas ou placas do condensador. Também, o uso de técnicas ou sistemas de resfriamento separados para a câmara de liofilização e o condensador introduz complexidade adicional do sistema global, aumenta a área de fábrica do sistema e provavelmente incorpora custos adicionais em si
e para operar o sistema.
O que é necessário, portanto, é um sistema de refrigeração criogênico avançado que proteja as formulações durante a liofilização e que forneça maior flexibilidade, resfriamento mais uniforme e que seja de custo competitivo com sistemas de refrigeração mecânica equiparáveis e que supere as desvantagens de sistemas de refrigeração criogênica da tecnologia anterior.
Sumário Da Invenção
A presente invenção pode ser caracterizada como um sistema de refrigeração criogênico para liofilização, compreendendo: um trocador de calor criogênico adaptado para vaporizar um produto criogênico e usar o produto criogênico gasoso para resfriar o fluido de transferência de calor; um circuito fechado de recirculação primário em comunicação fluídica com o trocador de calor criogênico e adaptado para resfriar uma câmara de liofilização com o fluido de transferência de calor; um circuito fechado de recirculação secundário em comunicação fluídica com o trocador de calor criogênico e adaptado para resfriar um condensador com o fluido de transferência de calor; e uma ou mais válvulas que acoplam operativamente o trocador de calor criogênico, o circuito fechado de recirculação primário e o circuito fechado de recirculação secundário.
A invenção pode também ser caracterizada como um método para liofilizar um produto, compreendendo as etapas de: (i) colocar o produto em uma câmara de liofilização; (ii) resfriar o fluido de transferência de calor em um trocador de calor criogênico a uma primeira temperatura prescrita; (iü) circular o fluido de transferência de calor frio na primeira temperatura prescrita em um circuito fechado de recirculação primário para a câmara de liofilização para congelar o produto contido nela e retornar o fluido de transferência de calor para o trocador de calor criogênico; (iv) resfriar o fluido de transferência de calor no trocador de calor criogênico a uma segunda temperatura prescrita; e (v) circular uma porção do fluido de transferência de calor frio na segunda temperatura prescrita no circuito fechado de recirculação primário para a câmara de liofilização e uma porção do fluido de transferência de calor frio na segunda temperatura prescrita em um circuito fechado de recirculação secundário para resfriar um condensador durante as fases de secagem da liofilização do produto. Descrição Resumida Dos Desenhos
Os aspectos, recursos e vantagens supradescritos da presente invenção ficarão mais aparentes a partir da descrição seguinte mais detalhada da mesma, apresentada em conjunto com os desenhos seguintes, em que:
A figura 1 é uma representação esquemática de alto nível de uma unidade de secagem por congelamento incorporando o presente sistema de refrigeração criogênico; e
A figura 2 é uma representação esquemática mais detalhada do presente sistema de refrigeração criogênico e circuitos de resfriamento individuais em uma aplicação de liofilização. Descrição Detalhada Da Invenção
Com referência à figura 1, a unidade de secagem por congelamento ilustrada (200) tem vários componentes principais mais sistemas auxiliares adicionais para realizar o ciclo de liofilização. Em particular, a unidade de secagem por congelamento (200) inclui uma câmara de liofilização (202) que contém as prateleiras (204) e a formulação ou produto (não mostrado) a ser liofilizado. O produto a ser liofilizado é especialmente formulado e tipicamente contém o ingrediente ativo, um sistema solvente e diversos agentes de estabilização. Liofilização desta formulação ocorre a partir de recipientes especializados localizados em prateleiras ocas. Esses recipientes podem inclui frascos com limitadores, ampolas, seringas ou, no caso de liofilização em massa, vasilhas.
A unidade de secagem por congelamento ilustrada (200) também inclui um condensador (206) que é adaptado para remover o solvente sublimado e dessorvido da fase vapor pela condensação ou congelamento dela como gelo de forma a manter o vácuo adequado dentro do secador por congelamento. O condensador (206) pode ser localizado internamente na câmara de liofilização (202) ou como uma unidade externa separada em comunicação com a câmara de liofilização (202) por meio de uma assim chamada válvula de isolamento. A unidade de secagem por congelamento (200) também preferivelmente inclui uma bomba de vácuo (208) acoplada operativamente no condensador (206) e adaptada para formar um vácuo na câmara de liofilização (202) e no condensador (206).
O sistema de refrigeração criogênico (210) fornece a refrigeração para a unidade de secagem por congelamento (200) pelo resfriamento de um fluido de transferência de calor prescrito que é circulado nas prateleiras (204) dentro da câmara de liofilização (202) e do condensador (206). Conforme ilustrado, o sistema de refrigeração criogênico (210) compreende uma fonte de produto criogênico (208), tal como nitrogênio, um trocador de calor criogênico (220) e um circuito de fluido de transferência de calor (222), um suspiro (224), um aquecedor (226) e bombas (227, 228).
O trocador de calor criogênico (220) é preferivelmente um Sistema de Troca de Calor Criogênico sem Congelamento NCOOL™ disponível pela Praxair, Inc. Um aspecto importante do trocador de calor criogênico (220) é a evaporação do nitrogênio líquido dentro ou interno ao trocador de calor também de uma maneira que evita contato direto do nitrogênio líquido com as superfícies expostas ao fluido de transferência de calor.
O circuito de fluido de transferência de calor prescrito (222) é adaptado para circular um fluido de transferência de calor e é operativamente acoplado tanto na câmara de liofilização (202) bem como no condensador (206). Mais especificamente, o fluido de transferência de calor circula dentro das prateleiras ocas (204) dentro da câmara de liofilização (202) para comunicar precisamente o resfriamento ou aquecimento através das prateleiras (204) ao produto da maneira necessária. Além do mais, o fluido de transferência de calor prescrito também escoa através do condensador (206) para prover o meio de resfriamento necessário para condensar os vapores de solvente provenientes do gel em sublimação e solvente dessorvente. A bomba (227) e o aquecedor (226) ficam dispostos ao longo
do circuito de fluido de transferência de calor (222) a montante da câmara de liofilização (202) e a jusante do trocador de calor criogênico (220). A bomba (227) é dimensionada para mover o fluido de transferência de calor através do circuito de transferência de calor (222) nas vazões exigidas. O aquecedor (226) é preferivelmente um aquecedor elétrico adaptado para prover calor suplementar ao fluido de transferência de calor e à câmara de liofilização (202) tal como possa ser exigido durante os processos de secagem.
Como visto na modalidade representada na figura 1, o condensador (206) é também resfriado por um fluido de transferência de calor de baixa temperatura recirculante. Refrigeração do fluido de transferência de calor que escoa através do condensador (206) é também provida pelo trocador de calor criogênico (220). O trocador de calor criogênico (220) é capaz de resfriar o fluido de transferência de calor continuamente sem congelamento. Durante as fases de secagem, o trocador de calor criogênico (220) é ajustado ou adaptado para atingir a temperatura mais baixa exigida pelo condensador (206). Conforme descrito anteriormente, o trocador de calor criogênico (220) pré-evapora nitrogênio líquido em um gás frio criogênico para transferência de calor para o fluido de transferência de calor. A pré-evaporação do nitrogênio líquido garante que o nitrogênio líquido evita fervura direta sobre uma superfície de troca de calor onde o fluido de transferência de calor fica disposto no outro lado. Tal arranjo evita congelamento do trocador de calor criogênico (220), uma vez que nitrogênio líquido ferve a cerca de -196 graus centígrados à pressão atmosférica.
Embora não mostrada, a unidade de secagem por
congelamento (200) também inclui vários sistemas de hardware e software de controle adaptados para comandar e coordenar as várias partes do equipamento de secagem por congelamento, e realizar o ciclo de liofilização pré-programado. Os vários sistemas de hardware e software de controle podem também fornecer igualmente capacidades de documentação, registro de dados, alarmes e segurança do sistema.
Além do mais, sistemas auxiliares da unidade de secagem por congelamento (200) podem incluir vários subsistemas para limpar e esterilizar a câmara de liofilização (202), autocarregar e descarregar o produto na câmara de liofilização (202); e acessórios do sistema criogênico associados tais como patins de refrigeração, tanques de nitrogênio líquido, sistema de separação de fases, tubulação, válvulas, sensores, etc.
Um recurso importante da modalidade ilustrada é a utilização de um único sistema de troca de calor criogênico sem congelamento indireto (210) para prover refrigeração à câmara de congelamento e ao condensador, simultaneamente, a diferentes temperaturas necessárias. Em aplicações de secagem por congelamento típicas, a câmara de liofilização (202) exige uma grande demanda de refrigeração (isto é, grande queda de temperatura para congelar o produto dentro da câmara de liofilização representando uma carga com grande capacidade térmica e significante calor latente de fusão) por um período de tempo relativamente curto, ao passo que o condensador (206) tipicamente exige uma menor demanda de refrigeração, as por uma duração ou tempo de resfriamento significativamente maior.
É também importante em aplicações de liofilização que a temperatura do produto congelado na câmara de liofilização (202) seja precisamente controlada e geralmente mantida estacionária sem nenhum pico ou variações de temperaturas adversas na câmara de liofilização (202) incluindo, por exemplo, variações de temperatura dentro da câmara de liofilização superiores a cerca de 1 ou 2 graus centígrados.
De volta agora à figura 2, está mostrada uma outra representação esquemática do sistema de refrigeração criogênico preferido (2) aplicado ou integrado a uma unidade de secagem por congelamento. Em um sentido amplo, o sistema de refrigeração criogênico (2) inclui circuito de resfriamento criogênico (100) e um circuito de resfriamento flexível (102). Na modalidade ilustrada, o fluido de transferência de calor que escoa dentro do circuito de resfriamento flexível (102) é ligado e desligado de forma controlada em um circuito fechado de recirculação primário (104) e um circuito fechado de recirculação secundário (106) para satisfazer efetivamente e eficientemente as cargas de refrigeração e exigências de temperatura associadas tanto com o condensador (115) quanto com a câmara de liofilização (110).
O circuito de resfriamento criogênico inclui uma fonte de nitrogênio líquido (não mostrada), um trocador de calor criogênico (105) e uma linha de exaustão ou escape (108). Nitrogênio líquido (5) a temperaturas criogênicas é suprido ao trocador de calor criogênico (105). Dentro do trocador de calor criogênico (105) o nitrogênio líquido (5) é evaporado em um gás nitrogênio frio criogênico (7). O gás nitrogênio frio criogênico (7) é redirecionado para dentro do trocador de calor (105) para resfriar o fluido de transferência de calor que chega. Depois de transferir a maior parte de sua capacidade de refrigeração para o fluido de transferência de calor no trocador de calor criogênico (105), o gás nitrogênio residual (8) é exausto do trocador de calor (105) por meio da linha de escape (108). Em algumas aplicações, pode ser possível utilizar o gás nitrogênio ventilado em alguma outra aplicação de resfriamento ou aplicação de gás industrial na instalação. A estrutura e operação do trocador de calor criogênico preferido (105) estão descritos com detalhes na patente U.S. 5.937.656 (Cheng et ai.)·
O fluido de transferência de calor que escoa dentro do circuito de resfriamento flexível (102) entra no trocador de calor criogênico (105) Por meio do conduto (10), é resfriado pelo gás nitrogênio frio evaporado (7), e deixa o trocador de calor criogênico (105) por meio do conduto (12) como um fluido de transferência de calor frio. O fluido de transferência de calor frio é circulado para a câmara de liofilização (110) por meio de um circuito fechado de recirculação primário (104) incluindo uma pluralidade de condutos (15, 23, 24, 26 e 38) e para o condensador (115) por meio de um circuito fechado de recirculação secundário (106) incluindo uma pluralidade de condutos (16, 18 e 19).
Um aspecto importante da modalidade ilustrada é o circuito de resfriamento flexível (102) que inclui dois circuitos fechados de recirculação (104, 106) alimentados pelo trocador de calor criogênico (105) e acoplados fluidicamente um no outro por meio de uma ou mais válvulas cruzadas (70, 80) e uma válvula de controle de desvio (85). Desta maneira, a câmara de liofilização (110) pode ser resfriada na capacidade de refrigeração total (isto é, máxima taxa de resfriamento) provida pelo trocador de calor criogênico (105) direcionando substancialmente todo o fluido de transferência de calor frio, ou uma porção significante deste, que deixa o trocador de calor criogênico (105) diretamente para a câmara de liofilização (110) por meio do circuito fechado de recirculação primário (104). Uma vez que o congelamento do produto na câmara de liofilização (110) esteja completo, a demanda de refrigeração para a câmara de liofilização (110) é reduzida e o fluido de transferência de calor frio do trocador de calor criogênico (105) é redirecionado para o circuito fechado de recirculação secundário (106) para atender as demandas de refrigeração do condensador (115) durante as fases de secagem primária e secundária do processo de liofilização.
Também, depois da fase de congelamento inicial e durante as fases de secagem primária e secundária, o circuito fechado de recirculação primário (104) é adaptado para recircular o fluido de transferência de calor através da câmara de liofilização (110), restringindo ainda o retorno do fluido de transferência de calor para o trocador de calor criogênico (105). Assim, o circuito fechado de recirculação primário (104) torna-se um circuito fechado de refrigeração parcialmente fechado adaptado para manter a câmara de liofilização na temperatura desejada. Referindo-se novamente à figura 2, durante as fases de
secagem primária e secundária, a válvula de três vias (70) preferivelmente redireciona o fluido de transferência de calor frio do conduto (12) para o circuito fechado de recirculação secundário e parou completamente a alimentação do fluido de transferência de calor frio para a bomba (120) do circuito fechado de recirculação primário (104). Uma segunda válvula de três vias (80) disposta no circuito fechado de recirculação primário (104) é também ativada durante as fases de secagem para redirecionar o fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário (104) de maneira tal que ele não mais alimente o trocador de calor criogênico (105). Desta maneira, é formado um circuito de isolamento (136) incluindo condutos (23, 234, 25 e 26) com o fluido de transferência de calor que deixa a câmara de liofilização (110) recirculando por meio dos condutos (25, 26) de volta para a bomba (120) e novamente para a câmara de liofilização (110) pelos condutos (23, 24) e aquecedor (125). Para aquecer a câmara (110) a uma velocidade muito lenta e precisa, uma pequena quantidade de fluido de transferência de calor frio é sangrada do circuito secundário (106) através da câmara de controle de desvio (85). Isto evita superaquecimento nas prateleiras da câmara (110) para formulações de secagem lenta.
Conforme indicado anteriormente, o condensador (115) é resfriado na temperatura desejada controlando-se a temperatura e vazão do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação secundário (106). Durante as fases de secagem primária e secundária, o fluxo do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação secundário (106) é em geral alimentado de uma corrente de fluido de transferência de calor por meio do conduto (12) diretamente do trocador de calor criogênico que está preferivelmente a um ponto de ajuste da temperatura desejada. Entretanto, uma porção do fluido de transferência de calor frio pode ser desviada por meio do conduto (17) do circuito fechado de recirculação secundário (106) para o circuito fechado de recirculação primário (104) para manter o circuito fechado de recirculação primário (104) na temperatura desejada quando resfriamento adicional é necessário. Além do mais, um aquecedor (125) é também usado no circuito fechado de recirculação primário (104) e circuito de isolamento (136) para aumentar a temperatura do fluido de transferência de calor dentro do circuito de isolamento (136) e câmara de liofilização (110) quando é necessário aquecimento adicional. Tais ajustes de aquecimento e resfriamento são preferivelmente feitos a velocidades muito baixas, precisas e controladas a fim de manter as temperaturas das prateleiras, frascos e seus conteúdos no valor desejado. O desvio do fluido de transferência de calor frio do circuito
fechado de recirculação secundário (106) para o circuito fechado de recirculação primário (104) é preferivelmente obtido usando uma válvula de controle de desvio (85) e uma bomba (120) associada operativamente com o circuito fechado de recirculação primário (104). A modalidade ilustrada da figura 2 representa um circuito fechado de desvio (17) disposto entre o circuito fechado de recirculação primário (104) e o circuito fechado de recirculação secundário (106). O fluido de transferência de calor frio desviado do circuito fechado de recirculação secundário (106) mistura com o fluido de transferência de calor mais quente no circuito fechado de recirculação primário (104) que é isolado e que recircula através da câmara de liofilização (110).
A sangria ou desvio de uma pequena quantidade de fluido de transferência de calor do circuito fechado de recirculação secundário (106) para o circuito fechado de recirculação primário (104) não pode ocorrer se o circuito fechado de recirculação primário (104) estiver completamente fechado e a pressão da linha no circuito fechado de recirculação secundário e no conduto (16) for menor ou igual à pressão da linha no circuito fechado de recirculação primário (104) e no conduto (25). Para tornar possível a transferência, a bomba (130) no circuito fechado de recirculação secundário (106) deve ter uma maior capacidade de fluxo e coluna de pressão do que a bomba (1'20) no circuito fechado de recirculação primário (104). A medida que o fluido de transferência de calor frio desviado escoa para o circuito fechado de recirculação primário (104), pode ocorrer sobrepressurização. Em tal caso, o fluxo em excesso é liberado pela válvula de escape (90) para um circuito de transbordamento (140) incluindo uma pluralidade de condutos (36, 43, 28, 45 e 48), válvulas (90, 95) e tanque de armazenamento provisório (50).
O fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário (104) tipicamente expandirá e contrairá durante as fases de secagem, em decorrência das oscilações de temperatura causadas pelo aquecimento e resfriamento contínuo do fluido de transferência de calor nele. Para evitar cavitação das bombas, é importante que nenhuma bolha de gás esteja presente nos circuitos fechados de recirculação da expansão e contração do fluido de transferência de calor. Para abordar esta questão operacional, o fluido de transferência de calor em expansão é liberado do circuito fechado de recirculação primário por meio de uma válvula de alívio (90) de acordo com a necessidade. Similarmente, durante as oscilações de temperatura de resfriamento, o fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário (104) contrairá e uma válvula de retenção (95) se abrirá para permitir o reabastecimento do fluido de transferência de calor em excesso no circuito fechado de recirculação primário (104). Um tanque de armazenamento temporário (50) é disposto operativãmente no circuito de transbordamento (140) para absorver as variações no volume por causa da expansão e contração térmica do fluido de transferência de calor.
A operação da modalidade ilustrada na figura 2 é mais bem entendida a partir da consideração da descrição seguinte. Em um processo de liofilização típico, a primeira operação é a etapa de congelamento, onde as prateleiras da câmara de liofilização (110) são resfriadas a uma temperatura prescrita. Para facilitar o rápido resfriamento da câmara de liofilização (110), o trocador de calor criogênico (105) é ajustado na temperatura da câmara de liofilização desejada (por exemplo, -50 graus centígrados). Durante esta operação, uma válvula de três vias (70) impede que o fluido de transferência de calor frio vá para o condensador (115) e desvie substancialmente todo o fluido em direção à câmara de liofilização (110) pelo conduto (15). Uma bomba de recirculação (120) move este fluido de transferência de calor através do circuito fechado de recirculação primário (104). Em uma aplicação típica, o fluido de transferência de calor frio que escoa através do circuito fechado de recirculação primário (104) reduzirá a temperatura das prateleiras para a temperatura desejada em 1 a 2 horas, ou menos.
Durante esta fase de máxima velocidade de resfriamento ou fase de congelamento, o fluido de transferência de calor que deixa a câmara de liofilização (110) pelo conduto (26) pode estar alguns graus mais quente do que o fluido de transferência de calor no conduto (24) na entrada da câmara de liofilização (110). O fluido de transferência de calor mais quente retorna para o trocador de calor criogênico (105) por meio de uma válvula de transferência de três vias (80) adaptada para acoplar de forma controlada o trocador de calor no circuito fechado de recirculação primário (104). O fluido de transferência de calor mais quente sai da válvula de três vias (80) pelo conduto (38) e é conectado na linha de entrada (10) do trocador de calor criogênico para formar um circuito de transferência de calor completo para a câmara de liofilização (110).
Durante esta fase de congelamento, o sistema de refrigeração
criogênico (2) mantém a temperatura da câmara de liofilização (110) no ponto de ajuste prescrito por diversas horas para garantir que os produtos dentro dos frascos e vasilhas colocados nas prateleiras estejam completamente congelados. O exato perfil de temperatura durante esta fase de congelamento pode variar dependendo do produto a ser congelado. Por exemplo, alguns processos de liofilização exigem uma redução rápida na temperatura prescrita, ao passo que outros processos de liofilização exigem resfriamento inicial seguido por um patamar ou um aumento de temperatura posterior na câmara de liofilização para reforçar a estrutura cristalina do gelo no produto. Depois que os frascos na câmara de liofilização (110) tiverem
sido devidamente resfriados e os produtos estiverem congelados, a segunda etapa é resfriar o condensador (115) para começar os processos de secagem primário e secundário. O condensador (115) deve ser frio o bastante para congelar e capturar a vapor d'água (ou de solvente) que deixa a câmara de liofilização (110) pelo caminho de fluxo (60) durante a etapa de sublimação. Isto é realizado mudando o ponto de ajuste do trocador de calor criogênico
(105) para 10 a 20 graus centígrados mais frio do que a temperatura na câmara de liofilização, ou cerca de -60 ou -70 graus centígrados.
A válvula de três vias (70) é novamente ativada para redirecionar o fluxo (15) do trocador de calor criogênico (105) para o condensador (115) por meio do circuito fechado de recirculação secundário
(106). O fluido de transferência de calor mais frio (por exemplo, a -60 graus centígrados) entra no condensador (115) e reduz a temperatura do condensador (115) a uma velocidade prescrita. O fluido de transferência de calor mais quente que sai do condensador (115) pelo conduto (18) pode estar alguns graus mais quente do que a temperatura do fluido de transferência de calor que entra no condensador (115) pelo conduto (16). O fluido de transferência de calor mais quente então é transferido de volta para o trocador de calor criogênico (105) usando uma bomba de recirculação (130). O fluido de transferência de calor mais quente que deixa a bomba (130) pelo conduto (19) retorna para o trocador de calor criogênico (105) através da linha de entrada (10).
Entretanto, em virtude de a câmara de liofilização (110) precisar manter uma máxima temperatura uniforme nas prateleiras (por exemplo, -50 graus centígrados), um fluxo contínuo de fluido de transferência de calor deve ser mantido no circuito fechado de recirculação primário isolado (104). Preferivelmente, a temperatura da câmara de liofilização (110) deve subir com um rigoroso controle de temperatura de não mais que cerca de 0,5 - 20 graus centígrados por hora. O controle de temperatura da câmara de liofilização (110) durante esta fase é preferivelmente realizado pela sangria de uma pequena quantidade do fluido de transferência de calor mais frio do circuito fechado de recirculação secundário (106) através da válvula de controle de desvio (85) e do circuito fechado de desvio (17), onde resfriamento adicional do fluido de transferência de calor é necessário e/ou o aquecimento do fluido no circuito fechado de recirculação primário com um aquecedor elétrico (125) onde se deseja um aquecimento adicional do fluido de transferência de calor.
Quando o condensador (115) é completamente resfriado até sua temperatura final, vácuo é criado por uma bomba de vácuo (33) tanto para o condensador (115) quanto para a câmara de liofilização (110). O gelo nos frascos congelados vai sendo sublimado em vapor d'água ou de solvente em condições a vácuo e entra no condensador mais frio pelo caminho de fluxo (60). O vapor d'água ou de solvente extraído é recongelado e condensado na superfície do condensador como gelo, e qualquer matéria não condensável é levada até o suspiro. O ajuste da temperatura do condensador é feito da maneira necessária para manter o nível de vácuo desejado na câmara de liofilização.
Claims (10)
1. Sistema de refrigeração criogênico para liofilização, caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema trocador de calor criogênico adaptado para vaporizar um produto criogênico e usar o produto criogênico gasoso para resfriar o fluido de transferência de calor; um circuito fechado de recirculação primário em comunicação fluídica com o sistema trocador de calor criogênico e adaptado para resfriar uma câmara de liofilização com o fluido de transferência de calor; um circuito fechado de recirculação secundário em comunicação fluídica com o trocador de calor criogênico e adaptado para resfriar um condensador com o fluido de transferência de calor; e uma ou mais válvulas que acoplam operativamente o trocador de calor criogênico, o circuito fechado de recirculação primário e o circuito fechado de recirculação secundário.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais válvulas compreendem adicionalmente uma válvula de controle de três vias disposta a jusante do trocador de calor, a válvula de controle de três vias adaptada para direcionar o fluido de transferência de calor frio para o condensador por meio do circuito fechado de recirculação secundário ou para a câmara de liofilização por meio do circuito fechado de recirculação primário, ou tanto para o condensador por meio do circuito fechado de recirculação secundário quanto para a câmara de liofilização por meio do circuito fechado de recirculação primário.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais válvulas compreendem adicionalmente uma válvula de desvio adaptada para desviar uma porção do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação secundário para o circuito fechado de recirculação primário para reduzir a temperatura do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um aquecedor acoplado operativamente no circuito fechado de recirculação primário para aumentar a temperatura do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um circuito de isolamento acoplado no circuito fechado de recirculação primário e adaptado para reciclar o fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário de volta para a câmara de liofilização sem passar para o trocador de calor criogênico.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um circuito de expansão acoplado no circuito fechado de recirculação primário e adaptado para acomodar a expansão ou contração volumétrica do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário.
7. Método para liofilizar um produto, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: colocar o produto em uma câmara de liofilização; resfriar o fluido de transferência de calor em um trocador de calor criogênico a uma primeira temperatura prescrita; circular o fluido de transferência de calor frio na primeira temperatura prescrita em um circuito fechado de recirculação primário para a câmara de liofilização para congelar o produto contido nela e retornar o fluido de transferência de calor para o trocador de calor criogênico; resfriar o fluido de transferência de calor no trocador de calor criogênico a uma segunda temperatura prescrita; e circular uma porção do fluido de transferência de calor frio na segunda temperatura prescrita no circuito fechado de recirculação primário para a câmara de liofilização e uma porção do fluido de transferência de calor frio na segunda temperatura prescrita em um circuito fechado de recirculação secundário para resfriar um condensador durante as fases de secagem da liofilização do produto.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de desviar uma porção do fluido de transferência de calor frio na segunda temperatura prescrita do circuito fechado de recirculação secundário para o circuito fechado de recirculação primário.
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de aquecer o fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário durante as fases de secagem da liofilização do produto.
10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de reciclar uma porção do fluido de transferência de calor no circuito fechado de recirculação primário a jusante da câmara de liofilização de volta para a câmara de liofilização sem retornar para o trocador de calor criogênico.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06T | Formal requirements before examination [chapter 6.20 patent gazette] | ||
| B11E | Dismissal acc. art. 34 of ipl - requirements for examination incomplete | ||
| B11T | Dismissal of application maintained [chapter 11.20 patent gazette] |