Lösungen für die industrielle Prozesskühlung in Pharmazie und Biotechnologie

Einsatz von Industriekälte

In der Pharmaindustrie und Biotechnologie werden vielfältige exotherme Prozesse umgesetzt. Ohne Kühlsystem führt die Wärmefreisetzung schnell zu einem Anstieg der Temperatur im Reaktor. Die Reaktion findet unkontrolliert statt. In der Folge können sich Struktur oder Funktion der Moleküle ändern, was ihre Wirksamkeit beeinträchtigt. Gleichzeitig kann eine hohe Temperatur zur Bildung von unerwünschten Nebenprodukten führen. Einige Wirkstoffe in der Pharmazie und Biotechnologie zersetzen sich bereits bei Raumtemperatur und Mikroorganismen können ihre Aktivität einstellen. Deshalb finden viele Prozessschritte unter industrieller Prozesskühlung statt.

Anforderungen an die industrielle Prozesskühlung

In der Industrie sind effektive und kostengünstige Produktionsprozesse sowie eine hohe Qualität die wichtigsten Parameter. Grundlegende Ansprüche an die industrielle Prozesskühlung sind:

• Betriebsdauer: schnelle Erzeugung der benötigten Kälte
• Betriebssicherheit: Sicherstellung einer konstanten Temperatur, unabhängig von der freiwerdenden Wärme
• Energieeffizienz: Kühlmittel mit hoher Wärmeübertragungsrate ermöglichen einen effizienteren Betrieb der Prozesskühlung

Moderne Kühlmittel für die industrielle Prozesskälte

Kühlungen mit Wasser erreichen maximal fünf Grad Celsius als Kühltemperatur. Fluorierte Kohlenwasserstoffe haben eine bessere Kühlleistung. Wegen der Schädigung der Ozonschicht sind viele Substanzen dieser Kategorie verboten. Eine Alternative stellen tiefkalt verflüssigte Gase wie Stickstoff (LN2) oder Kohlendioxid (R744) dar. Die Vorteile dieser Gase liegen darin: 

• Tiefe Verdampfungstemperatur bis zu -196 °C bei Stickstoff
• Schnelle Absenkung der Temperatur
• Inerte Stoffe, die die Korrosion nicht beschleunigen
• Verflüchtigen der Gase ohne Rückstände
• Nachhaltige Kühlmittel

Stickstoff wird in Luftzerlegungsanlagen aus der Luft gewonnen und anschließend verflüssigt. Kohlendioxid entsteht bei vielen Prozessen als Nebenprodukt. Aufgrund dieser Herkunft gelten Stickstoff und Kohlendioxid als nachhaltige Kühlmittel.

Anwendungen der Prozesskühlung

Die Kontrolle der Temperatur in Rühr- und Mischbehältern und Reaktoren gehört zu den wichtigsten Maßnahmen für einen zuverlässigen, exothermen Prozess. Häufige Prozesse in der Pharmazie und Biotechnologie, bei denen Kälteanlagen eingesetzt werden, sind:

• Lösen und Mischen: Einige Ausgangsstoffe für die Herstellung von Medikamenten erzeugen beim Lösen hohe Wärmemengen. Kryogene Anlagen sind ebenfalls für das Lösen und Mischen temperaturempfindlicher Mikroorganismen erforderlich.
• Chemische Reaktionen: Bei vielen Syntheseschritten treten exotherme Reaktionen auf. Für einen definierten Fertigungsprozess muss deshalb der Reaktor gekühlt werden. 
• Sonstige Prozesse: Bei der Anwesenheit von Mikroorganismen sind viele Verfahrensschritte unter Kühlung notwendig. Hierzu gehören Reinigungsschritte und Zentrifugation. Die Kühlung kann ebenfalls die Kristallisation beeinflussen.

Umsetzung der Industriekühlung

Die Nutzung von tiefkalt verflüssigten Gasen in der Industriekühlung bietet viele Vorteile. Für die Industrie ist eine Abstimmung von Anlagentechnik und Lieferbedarf sinnvoll. Welches Gas eingesetzt wird, hängt von den genauen Anforderungen des Prozesses ab.

Alaska^_TM-Kühlsystem für die industrielle Prozesskühlung

Eine flexible und effiziente Prozesskühlung von -40 bis -90 °C bietet das Alaska^TM-Kühlsystem. Das Prinzip basiert auf der Kühlung eines zirkulierenden Kühlfluids in einem Wärmetauscher durch das verflüssigte Gas. Die hohe Wärmeübertragungsrate von Stickstoff ermöglicht eine schnelle Herabsetzung der Temperatur und sichere Kontrolle in Ihrem Prozess. Optional kann auch ein Heizkreislauf impliziert werden. Das Alaska^TM-Kühlsystem ist in mehreren Leistungsstufen zwischen 5 und 100 kW erhältlich. Für besondere Anforderungen in der industriellen Kältetechnik bietet Air Liquide Ihnen schlüsselfertige Sonderlösungen.

Lieferformen technischer Gase für Prozesskälte

Flüssiger Stickstoff wird in speziellen Cryo-Behältern verschiedener Größen geliefert und gelagert. Die Gefäße, auch Deward-Behälter genannt, isolieren den flüssigen Stickstoff thermisch gegenüber der Umgebung. Kohlendioxid liefern wir Ihnen gemäß Ihren individuellen Bedürfnissen. Für kleinere Verbräuche stehen Ihnen Gasflaschen mit 50 l und Flaschenbündel mit zwölf Gasflaschen zu jeweils 50 l zur Verfügung. Besteht ein hoher Bedarf, kann bei Ihnen vor Ort ein Tank für flüssiges CO2 installiert werden.

Umgang mit verflüssigten Gasen

Der Umgang mit verflüssigten Gasen erfordert erhöhte Sicherheitsmaßnahmen. Die tiefen Temperaturen können zu Verletzungen führen. Verdampfte Gase können sich in der Raumluft anreichern und Gesundheitsbeschwerden verursachen. Eine Einweisung der Mitarbeiter im Umgang mit den Stoffen ist notwendig.