Предизвикателството при последователната обработка
Договорните химически преработватели и фармацевтичните производители използват едно и също оборудване за обработка на различни продукти. Реакторът може да загрее Продукт А в понеделник, да бъде почистен и да загрее Продукт Б във вторник. Топлообменникът, потопен в реактора, контактува с двата продукта. Въпреки щателното почистване между партидите, повърхността на топлообменника може да задържи следи от Продукт А, които замърсяват Продукт Б.
Металните топлообменници са особено проблематични за последователна обработка. Техните оксидни повърхности са микро-грапави и химически активни. Молекулите на продукта се адсорбират върху оксидния слой, дифундират в повърхностните микро-пукнатини и се противопоставят на отстраняването по време на почистване. Остатъчното замърсяване, дори при нива на части-на-милион, може да бъде неприемливо за стандартите за фармацевтична чистота или може да катализира нежелани реакции в последващия продукт.
PTFE топлообменникът има не-абсорбираща, непо-пореста, молекулярно гладка повърхност. Молекулите на продукта не се адсорбират. Те не проникват. Те се отстраняват напълно чрез стандартни протоколи за почистване. Напречното{6}}замърсяване на ваната от повърхността на топлообменника е практически елиминирано.
Механизмът на повърхностна абсорбция на метали
Повърхностите от неръждаема стомана и титан са покрити с пасивен оксиден филм-Cr₂O₃ и Fe₂O₃ върху неръждаема стомана, TiO₂ върху титан. Тези оксидни филми имат повърхностни хидроксилни групи (-OH), които могат да образуват водородна -връзка с органични молекули в работния флуид. Водородната връзка е слаба поотделно, но колективно достатъчно силна, за да задържи молекулен слой от продукта на повърхността след източване.
Повърхността на оксида е микро-грапава, с характеристики в мащаб 0,1-1,0 μm. Молекулите на продукта могат да бъдат физически уловени в тези повърхностни неравности. Уловените молекули са защитени от почистващия разтвор и не могат да бъдат отстранени чрез стандартни процедури за почистване.
Когато се въведе следващият продукт, остатъчните молекули на Продукт А бавно се десорбират в Продукт Б. Замърсяването може да не бъде открито, докато Продукт Б не премине теста за качество, в който момент партидата може да бъде бракувана.
| Параметър на повърхностна абсорбция | Неръждаема стомана | Титан | PTFE |
|---|---|---|---|
| Повърхностна химия | Cr₂O3/Fe₂O3 с -OH групи | TiO₂ с -OH групи | -CF₂- (без полярни групи) |
| Грапавост на повърхността (Ra, μm) | 0.5-3.0 | 0.3-2.0 | 0.1-0.3 |
| Склонност към органична адсорбция | Умерено-Високо | Умерен | Много ниско |
| Почистваемост | Добър (изисква агресивни химикали) | добре | Отличен (изплакване с вода е достатъчно за много продукти) |
| Остатъчен продукт след почистване (ug/cm²) | 0.5-5 | 0.2-3 | < 0.1 |
| Риск-от кръстосано заразяване | Умерен | Ниска-Умерена | Много ниско |
Опростяване на проверката на почистването
Фармацевтичните и хранителни-процеси изискват валидирани почистващи процедури, които демонстрират премахване на предишния продукт до под допустимата граница на остатъците. Валидирането включва тампон на повърхността на топлообменника след почистване и анализ на тампона за остатъчен продукт. Валидирането се повтаря периодично и при всяка промяна на продуктовата последователност.
Металните топлообменници с техните абсорбиращи повърхности изискват агресивно почистване-горещ каустик, киселинна пасивация, обилно изплакване-за постигане на ограничението на остатъците. Процедурата за почистване е сложна, време-отнема и самата тя трябва да бъде валидирана. Всеки цикъл на почистване генерира поток от отпадъци, който трябва да се третира.
PTFE топлообменниците с тяхната не{0}}абсорбираща повърхност се почистват по-лесно. По-меките почистващи агенти, по-кратките времена за почистване и по-малкото вода за изплакване постигат необходимите граници на остатъци. Процедурата за почистване е по-лесна за валидиране. Потокът от отпадъци е по-малък. Времето на цикъла на почистване е по-кратко, което увеличава наличността на оборудването за производство.
Решението за специално срещу споделено оборудване
В някои индустрии рискът от кръстосано-замърсяване се счита за толкова висок, че се определя специално оборудване-отделни топлообменници за всеки продукт-. Този подход елиминира кръстосаното-замърсяване, но умножава капиталовите разходи.
PTFE топлообменник със своята почти-нулева абсорбция и отлична възможност за почистване позволява споделено използване на оборудване без кръстосано{1}}риск от замърсяване, който представляват металните топлообменници. Спестяването на капиталови разходи от споделеното оборудване може да бъде значително-един PTFE топлообменник, обслужващ множество продукти, вместо множество специализирани топлообменници.
Резюме
PTFE топлообменниците предотвратяват кръстосано{0}}замърсяване на ваните при последователна обработка чрез тяхната не-абсорбираща, молекулярно гладка повърхност, която не задържа молекулите на продукта. Повърхностите от метален оксид адсорбират органичните вещества и улавят остатъците в грапавостта на повърхността, създавайки риск от кръстосано-замърсяване дори след почистване. PTFE опростява валидирането на почистването, намалява времето за почистване и отпадъците и позволява споделено използване на оборудване, където иначе биха били необходими специални топлообменници.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник в много-продуктови и фармацевтични приложения е налична при подаване на химия на продукта, процедури за почистване, ограничения на остатъци и настоящи опасения за кръстосано-замърсяване.
