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Anwendungen von Durchflussmessern in der pharmazeutischen Industrie: Auswahl zwischen Turbinen- und Coriolis-Durchflussmessern und deren zukünftige Entwicklung
Time : 2025-09-09
In der pharmazeutischen Produktion sind Durchflussmesser entscheidende Messgeräte, die dazu dienen, die Durchflussrate (Volumen- oder Massenstrom) von Flüssigkeiten oder Gasen in Rohrleitungen genau zu überwachen. Anwendungen umfassen die Optimierung der Produktionskosten, die Kontrolle von Emissionsstandards und die Gewährleistung der Produktqualität. Da die in der pharmazeutischen Produktion eingesetzten Fluide flüchtig, korrosiv oder wertvoll sein können (wie bestimmte Wirkstoffe), ist eine präzise Durchflussmessung von besonderer Bedeutung. Beispielsweise werden bei der Tablettenbeschichtung Durchflussmesser eingesetzt, um die Dosierung des Beschichtungsmittels und die Luftzufuhr in der Beschichtungsmaschine streng zu regulieren, was sich direkt auf die Beschichtungsrate und die Dicke der Beschichtung auswirkt. Dieser Artikel stellt die beiden in der pharmazeutischen Industrie am häufigsten verwendeten Durchflussmesser – Turbinen- und Coriolis-Durchflussmesser – vor und untersucht zukünftige Entwicklungen in der Durchflusstechnik.
Die weitverbreitete Anwendung von Durchflussmessern in der Pharmazie
Messgeräte für Durchfluss spielen eine unverzichtbare Rolle entlang der gesamten pharmazeutischen Produktionskette, vor allem in den folgenden direkten und indirekten Anwendungen:
Direkte Anwendungen:
Handhabung von Rohmaterialien: Präzise Steuerung der Zufuhrmenge von Rohmaterialien, um genaue Mischverhältnisse sicherzustellen. Herstellung von Wirkstoffen (API): Überwachung des Stroms von Reagenzien und produkte während chemischer Synthese, Fermentation, Extraktion und Reinigung.
Formulierungsproduktion: Messung des Flusses von Rohmaterialien, Hilfsstoffen und Lösungsmitteln bei der Herstellung von Tabletten, Kapseln und Injektionslösungen.
Arzneimittelfüllung: Präzise Steuerung des Füllvolumens von Flüssig- oder Gassolutionsmitteln, um die Füllgenauigkeit sicherzustellen.
Prozesssteuerung: Echtzeit-Überwachung des Durchflusses während der Einzelprozesse wie Mischen, Rühren, Filtrieren und Trennen gewährleistet Prozessstabilität und Produktgleichmäßigkeit.
Indirekte Anwendungen:
Überwachung der Einrichtung und Energiemanagement: Durch Unterverbrauchsmessung lassen sich Abteilungskosten separat zuweisen, der Verbrauch von Wasser, Strom und Gas überwachen, die Ressourcenzuweisung optimieren und die Abrechnungsprozesse vereinfachen.
Umweltverträglichkeit: Überwachung von Abwasser und Luftemissionen, um die Einhaltung umweltrechtlicher Vorschriften sicherzustellen.
Pharmazeutische Produktionsprozesse sind anspruchsvoll, und eine präzise Durchflussregelung bietet Unternehmen dadurch besser kontrollierbare Prozesse, hilft die Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und eine gleichbleibende Produktqualität sicherzustellen.
Turbinendurchflussmesser: Eine kosteneffiziente und gängige Wahl
Turbinendurchflussmesser zählen zu den am häufigsten eingesetzten Durchflussmessertypen im pharmazeutischen und biotechnologischen Bereich. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass der Fluidstrom einen Schaufelrad-Läufer antreibt. Die Drehzahl des Läufers ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, mithilfe derer anschließend der Durchfluss berechnet wird.
Vorteile und Anwendungen
Turbine-Durchflussmesser werden in der pharmazeutischen Industrie aufgrund ihres einfachen Aufbaus, ihrer Kosteneffizienz, leichten Installation und Wartung, großen Durchflussmessbereichs und schnellen Ansprechzeit (ca. 0,25 Sekunden) weit verbreitet eingesetzt. Ihr hygienisches Design verwendet häufig GMP-konforme Materialien (wie z. B. Edelstahl 316L), um eine Kontamination des Mediums zu verhindern. Eine breite Palette an Prozessanschlüssen und Anpassungsmöglichkeiten ermöglicht es, spezifischen Temperatur-, Viskositäts- und Dichteanforderungen pharmazeutischer Prozesse gerecht zu werden, wobei ein geringer Druckverlust entsteht. Sie sind für routinemäßige, langlebige Anwendungen geeignet, wie z. B. die Herstellung von Wirkstoffen, Wasseraufbereitungssysteme und Durchflussüberwachung bei bestimmten Arzneimittelproduktionsprozessen.
Einschränkungen und Lösungsansätze
Turbine-Durchflussmesser weisen ebenfalls Einschränkungen auf, die bei der Auswahl berücksichtigt werden sollten:
• Empfindlich gegenüber Fluideigenschaften: Sie sind nur für saubere Gase und Flüssigkeiten geeignet, nicht jedoch für korrosive Medien oder viskose Flüssigkeiten. Luftblasen oder Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit können die Messgenauigkeit beeinflussen.
• Erfordert stabile Strömungsbedingungen: Um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten, ist eine relativ konstante Strömungsgeschwindigkeit erforderlich. • Erforderliche Ausrüstung: Um Partikel davon abzuhalten, das Turbinenrad zu beschädigen, wird oft ein Vorfilter benötigt; um Kavitation zu vermeiden, kann ein bestimmter Gegendruck erforderlich sein.
Daher sind Turbinendurchflussmesser am effektivsten und wirtschaftlichsten, wenn sie mit sauberen, niedrigviskosen, schnellen und stabilen Flüssigkeiten arbeiten.
Coriolis-Durchflussmesser: Synonym für hohe Genauigkeit und hygienische Konformität
Coriolis-Durchflussmesser messen die Massendurchflussmenge von Flüssigkeiten direkt basierend auf der Corioliskraft. Aufgrund ihrer hohen Messgenauigkeit, Zuverlässigkeit und exzellenten hygienischen Eigenschaften werden sie in der Pharmazie besonders geschätzt, insbesondere in Bereichen mit hohen Anforderungen an die Messtechnik.
Typauswahl: Gekrümmtes und Gerades Rohr
Je nach Anforderungen der Anwendung gibt es zwei Haupttypen:
• Gekrümmtes Rohr: Bietet höhere Messempfindlichkeit und eignet sich für Anwendungen, bei denen genaue, konsistente und einstellbare Messbereiche erforderlich sind.
• Gerades Rohr: Bietet hervorragende Entleerung und Reinigbarkeit, entspricht hygienischen Standards wie ASME BPE, verhindert effektiv Materialrückstände und Kreuzkontamination und ist besonders geeignet für Anwendungen mit Hygieneforderungen sowie Sterilisation vor Ort (CIP/SIP).
Kernvorteile in der Pharmazieindustrie
Die Vorteile von Coriolis-Durchflussmessern machen sie zur bevorzugten Wahl für viele kritische Prozesse:
• Hohe Messgenauigkeit: Die Genauigkeit kann ±0,1 % oder besser erreichen, und die Messung wird nicht durch Änderungen der Flüssigkeitstemperatur, des Drucks, der Dichte, der Viskosität oder der Leitfähigkeit beeinflusst. Dies ist entscheidend für Prozesse wie das Mischen von Wirkstoffen und das Hinzufügen von Impfstoffadjuvanzien, bei denen eine präzise Dosierung von größter Bedeutung ist.
• Hervorragendes hygienisches Design und Konformität: Das gerade Rohrdesign bietet eine glatte, nahtlose und vollständig schweißbare Innenfläche. Der Einsatz korrosionsbeständiger Metalllegierungen (wie z. B. Hastelloy) ermöglicht eine einfache Reinigung und Sterilisation und erfüllt strenge Vorschriften wie GMP und FDA. Dadurch wird das Kontaminationsrisiko erheblich reduziert.
• Weit gefächertes Anwendungsspektrum: Coriolis-Durchflussmesser können eine breite Palette von Flüssigkeiten, Gasen und Dampf messen, einschließlich korrosiver und toxischer Medien sowie Hochtemperatur- und Hochdruckflüssigkeiten. Ihre Verträglichkeit mit verschiedenen Medien ermöglicht einen umfassenden Einsatz im gesamten Prozess – von der Rohstoffverarbeitung (z. B. stark saure Lösungen) bis zur Fertigproduktabfüllung.
• Geringe Gesamtkosten über die Lebensdauer: Obwohl die Anschaffungskosten zunächst höher sind, reduzieren das nahezu wartungsfreie Design, die hohe Zuverlässigkeit und die lange Lebensdauer langfristig Ausfallzeiten und Betriebskosten.
Coriolis-Durchflussmessgeräte sind für die Messung von Wasser für Injektionen (WFI), Umkehrosmosewasser (RO) und entsalztem (DI) Wasser besonders geeignet, da sie eine hohe Reinheit des Wassers gewährleisten, ohne das Risiko einer Kontamination. Sie sind zudem eine exzellente Wahl für präzise Beschichtungsanwendungen bei der Tablettenbeschichtung, die dosierte Zufuhr von Nährstoffen in Bioreaktoren und das Abfüllen von Produkten.
Zukunftstrends bei Durchflussmessgeräten
Die Durchflussmesstechnik entwickelt sich kontinuierlich weiter, begleitet durch Fortschritte in der industriellen Automatisierung und Intelligenz. Ihre Anwendung in der pharmazeutischen Industrie wird zukünftig noch tiefer greifen und sich über weitere Bereiche erstrecken.
- Intelligenz und Vernetzung: Intelligente Durchflussmessgeräte, die Internet der Dinge (IoT), Big Data und Künstliche Intelligenz (KI) integrieren, werden sich als Standard etablieren. Sie ermöglichen Fernüberwachung, Echtzeit-Datenerfassung, Fehlerdiagnose und Frühwarnung (z. B. Rohrverstopfungen oder Lecks) sowie Datenanalyse zur Optimierung von Produktionsprozessen, Steigerung der Produktivität und um vorausschauende Wartung zu ermöglichen. Sie können über Protokolle wie Modbus und Profibus in PLC- und DCS-Systeme integriert werden und somit Teil der digitalen Fabrik sein. 2. Multimessgrößenintegration und Miniaturisierung: Zukünftige Durchflussmesser messen nicht nur Durchfluss, sondern integrieren auch Multimessgrößen wie Temperatur, Druck, Dichte und Viskosität und stellen somit umfassendere Prozessinformationen bereit, wodurch die Anzahl der benötigten Messgeräte reduziert wird. Dank ihrer miniaturisierten Bauweise finden sie zudem Anwendung in platzbeschränkten oder labormäßigen Anwendungsbereichen.
- Erweiterte Anwendungsbereiche: Die Anwendungen von Durchflussmessern werden sich beyond die traditionelle pharmazeutische Produktion hinaus auf intelligente Umweltschutztechnologien (Überwachung von Schadstoffemissionen), präzise Landwirtschaft (Wassermanagement in der Landwirtschaft und Pharmazie) sowie pharmazeutische Logistikmanagement in Smart Cities ausdehnen.
- Höhere Hygienestandards und Benutzerfreundlichkeit: Aufgrund immer strenger werdender Vorschriften wird das hygienische Design von Durchflussmessern weiter optimiert werden, wodurch Reinigungs- und Sterilisationsprozesse bequemer und effizienter werden. Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) werden benutzerfreundlicher gestaltet, unterstützen intuitive Konfiguration, den Zugriff auf Diagnoseinformationen und historische Datenprotokolle über mobile Geräte wie Tablets und Smartphones und verbessern dadurch die Bedienkomfort und Produktivität erheblich.
Fazit
In der Pharmazieindustrie sind Durchflussmessgeräte entscheidende Ausrüstungen, um Produktqualität, Produktionseffizienz und Einhaltung von Vorschriften sicherzustellen. Turbinendurchflussmessgeräte sind aufgrund ihrer wirtschaftlichen und praktischen Eigenschaften eine effektive Wahl für geeignete Flüssigkeiten und Betriebsbedingungen. Coriolis-Durchflussmessgeräte haben sich aufgrund ihrer äußerst hohen Präzision, hervorragenden Hygienevorteile und breiten Anpassungsfähigkeit als leistungsfähiges Werkzeug zur Erfüllung strenger pharmazeutischer Prozess- und Regelungsanforderungen etabliert.
Technologische Fortschritte treiben Strömungsmesser immer mehr in Richtung intelligenterer, besser integrierter und komfortablerer Funktionen. Für Pharmaunternehmen ist die Wahl des richtigen Durchflussmessers und das Monitoring seiner Entwicklungstrends entscheidend, um die Prozessqualität zu verbessern, Betriebskosten zu senken, die Arzneimittelsicherheit sicherzustellen und dem Trend der intelligenten Fertigung Rechnung zu tragen. In Zukunft wird mit der Reife von Technologien wie Miniaturisierung und Multi-Parameter-Integration der Wert von Durchflussmessern in der pharmazeutischen Industrie noch deutlicher werden.
