Stickstoffgeneratoren für die Pharmaindustrie
In der Arzneimittelherstellung hält Stickstoff den Sauerstoff vom Produkt fern: im Reaktor, beim Umfüllen und Trocknen, im Gefriertrockner und in der Verpackung. NITROBERG®-Generatoren erzeugen dieses Gas an Ihrem eigenen Standort aus Druckluft, in Reinheiten von 97 % bis 99,999 %. Diese Seite klärt, was Ihre Prozesse an Reinheit, Menge und Verfügbarkeit tatsächlich brauchen, bevor ein Modell ausgewählt wird.
Was Stickstoff in der pharmazeutischen Produktion leistet
Stickstoff ist im Pharmawerk ein Prozessgas. Er verdrängt Sauerstoff und Feuchte überall dort, wo beides das Produkt verändern würde: als Überlagerung von Lösemitteln und sauerstoffempfindlichen Zwischenprodukten, als Inertatmosphäre in Reaktoren und Trocknern, als Spülgas, das Behälter und Leitungen nach der Reinigung freispült, als Fördergas, das Pulver bewegt, ohne dass eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht, als Belüftungsgas im Vial vor dem Verschließen und als Kopfraum in Blistern und Flaschen. Gase, die Patienten verabreicht werden, unterliegen einem eigenen rechtlichen Rahmen mit eigenen Anforderungen. Darum geht es auf dieser Seite nicht.
Was die Versorgungsfrage hier schwieriger macht als in den meisten Branchen, ist nicht die Menge. Es sind die Verbraucher, die sich stark voneinander unterscheiden. Eine Reaktorinertisierung zieht über Stunden gleichmäßig. Ein Spülzyklus zieht für Minuten kräftig und hört dann auf. Eine Verpackungslinie zieht wenig, dafür ununterbrochen. Das QC-Labor zieht fast nichts und setzt trotzdem die höchste Reinheit im Werk.
Die Antwort darauf ist ein Stickstoffgenerator, der das Gas vor Ort aus Druckluft erzeugt. In einer PSA-Anlage strömt Druckluft durch ein Bett aus Kohlenstoffmolekularsieb, das Sauerstoff, Kohlendioxid und Restfeuchte sehr viel schneller zurückhält als Stickstoff. Zwei Betten wechseln sich ab: eines produziert, während das andere bei niedrigerem Druck regeneriert, sodass die Versorgung zwischen den Zyklen nicht aussetzt. Die Seite PSA Stickstoffgenerator beschreibt das Verfahren Schritt für Schritt, und der Beitrag Kohlenstoffmolekularsieb erklärt, warum genau dieses eine Bauteil die Obergrenze der Reinheit festlegt.
Welche Stickstoffreinheit jeder pharmazeutische Prozess braucht
Die Reinheit wird auf einem Pharmagelände meist einmal für alles festgelegt, und zwar von dem Prozess, der zufällig die höchsten Ansprüche stellt. Das ist die teuerste Variante. Die folgenden Reinheiten sind die in der Praxis üblichen. Nehmen Sie sie als Ausgangspunkt und gleichen Sie sie mit Ihren eigenen validierten Prozessparametern ab, denn die Anforderung verschiebt sich mit dem Produkt, dem Behälter und der Spülstrategie.
| Prozess | Typische Reinheit | Was der Stickstoff tut | Treiber |
|---|---|---|---|
| Reaktorinertisierung, Wirkstoffsynthese | 99,9 % bis 99,99 % | Inertatmosphäre über sauerstoffempfindlicher Chemie | Reinheit |
| Lagerung und Handhabung von Lösemitteln | 99,9 % | Überlagerung, die den Kopfraum unter der Sauerstoffgrenzkonzentration hält | Menge |
| Spülen von Behältern und Leitungen nach der Reinigung | 99,9 % | Entfernt Restluft und Restfeuchte vor der nächsten Charge | Menge |
| Trocknung und Pulverförderung | 99,9 % | Träger- und Trocknungsgas ohne oxidierende Atmosphäre | Menge |
| Lyophilisation, Belüften der Vials vor dem Verschließen | 99,99 % und darüber | Inerter Kopfraum im verschlossenen Vial | Reinheit |
| Kopfraum in Blister, Flasche und Beutel | 99,9 % bis 99,99 % | Verdrängt Sauerstoff im Moment des Versiegelns | Menge |
| Analysengeräte im QC-Labor | bis 99,999 % | Träger-, Kollisions- und Verdampfungsgas | Reinheit |
Lesen Sie die Tabelle spaltenweise statt zeilenweise. Die Menge kommt aus Überlagerung, Spülung und Verpackung, die ständig laufen und günstig zu versorgen sind. Die Reinheit kommt aus einem oder zwei Prozessen, die die Anforderung für das ganze Werk vorgeben, sobald niemand sie trennt. Wo eine Anforderung als Restsauerstoff im Behälter formuliert ist und nicht als Gasqualität, wiegt die Spülstrategie so schwer wie das Gas selbst: Zum ppm-Wert führt die Zahl der Spülzyklen, nicht das Typenschild des Generators.
Was höhere Reinheit an Druckluft kostet
Jede NITROBERG®-Baugröße verbraucht eine definierte Menge Druckluft je Kubikmeter Stickstoff, den sie liefert. Dieses Verhältnis, der Luftfaktor, ist über die ganze Baureihe gleich und hängt allein von der eingestellten Reinheit ab.
| Reinheit | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Luftfaktor | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Rechnen Sie das an einer konkreten Werkszahl durch. Ein Standort, der 60 Nm³/h für Überlagerung und Spülung zieht, braucht bei 99,9 % rund 204 Nm³/h Druckluft. Legen Sie stattdessen das ganze Werk auf 99,999 % fest, brauchen dieselben 60 Nm³/h rund 384 Nm³/h: nahezu der doppelte Kompressor, der doppelte Stromverbrauch und der doppelte Platzbedarf im Kompressorraum, für eine Gasqualität, mit der die Überlagerung nichts anfangen kann. Genau das ist das Argument, die Versorgung zu teilen. Analysengeräte und das Belüften der Vials an eine hochreine Linie, Überlagerung und Spülung an eine eigene, günstigere, jede auf ihre Aufgabe ausgelegt. Der Beitrag Energieverbrauch arbeitet die Betriebskostenseite dieser Entscheidung durch.
So legen Sie einen Stickstoffgenerator für ein Pharmawerk aus
Die Verbraucher auflisten, nicht das Werk
Nehmen Sie einen Wert je Verbraucher: Reaktor, Trockner, Verpackungslinie, Fördersystem, Labor. Trennen Sie dann die, die dauerhaft ziehen, von denen, die stoßweise ziehen. Ein Spülzyklus ist eine Spitze und keine Grundlast, und eine Anlage, die auf die Summe aller Spitzen ausgelegt ist, braucht niemand.
Die Reinheit aus dem Prozess ableiten, nicht aus dem Standort
Nehmen Sie die anspruchsvollste Anforderung auf der Liste und fragen Sie dann, ob sie an dieselbe Versorgung gehört wie alles andere. Wo die Spezifikation als Restsauerstoff im Behälter formuliert ist, klären Sie, was das für die Gasqualität bedeutet, bevor daraus eine Zahl für das ganze Werk wird.
Puffer und Reserve festlegen
Eine Charge, die nicht unterbrochen werden darf, verändert die Auslegung, bevor überhaupt ein Modell gewählt wird. Der Stickstoffbehälter trägt den Puffer, und wie groß er sein muss, folgt aus der längsten Unterbrechung, die Ihr Prozess verkraftet. Die Reserveversorgung wird gemeinsam mit dem Anlagenkonzept und den an Ihrem Standort geltenden Anforderungen festgelegt.
Druckluft prüfen, Menge und Qualität
Durchfluss mal Luftfaktor ergibt den Bedarf. Die Qualität zählt genauso viel wie die Menge und wird dabei am ehesten übersehen: Ölschlupf und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Kohlenstoffmolekularsiebs, deshalb kostet ein zu klein gewählter Trockner über fünf Jahre mehr als ein leicht zu klein gewählter Kompressor. NITROBERG® setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g) voraus.
Auslegung für Ihre Anwendung?
Für den Anfang brauchen Sie keinen vollständigen Datensatz. Sagen Sie uns ungefähr, was Sie heute verbrauchen, und wir sagen Ihnen, ob die Erzeugung vor Ort für Ihren Betrieb einen näheren Blick wert ist. Wenn Sie Durchfluss, Reinheit und Betriebsstunden schon zur Hand haben, schicken Sie sie uns, und Sie bekommen einen Auslegungsvorschlag zurück.
Stickstoffqualität im GMP-Umfeld dokumentieren
Bei geliefertem Gas kommt die Qualität als Zertifikat mit der Lieferung, und die Nachweiskette dahinter liegt bei jemand anderem. Bei der Erzeugung vor Ort gehört der Nachweis Ihnen, und er läuft kontinuierlich statt je Lieferung. Der Restsauerstoff im Produktstrom wird gemessen, während die Anlage läuft, sodass eine Abweichung als Alarm während der Charge auftaucht und nicht als Frage danach. Die meisten Betreiber halten das für die stärkere Position. Die Erzeugung vor Ort verlagert allerdings Arbeit nach vorn in die Planung.
Diese Arbeit sollte man beim Namen nennen, denn keine Generator-Spezifikation beantwortet sie. Wo sitzen die Probenahme- und Messstellen, und liegen sie am Verbrauchsort oder nur am Generator? Was wird kontinuierlich überwacht, was periodisch geprüft? Wie wird die Rohrleitung geführt, damit Toträume und Tiefpunkte nicht zunichtemachen, was der Generator liefert? Was muss qualifiziert werden, und welche Dokumentation braucht diese Qualifizierung? Für den Nachweis der Gasqualität am Verbrauchsort ist der Betreiber verantwortlich, und jede dieser Fragen ist vor dem Verlegen der Rohrleitung billiger zu klären als danach. Bringen Sie die Dokumentationsanforderung in das Auslegungsgespräch ein, dann lassen sich die Messstellen von Anfang an mit einplanen.
Stickstoff vor Ort im Vergleich zu Flaschen und Flüssigversorgung
Gasflaschen und ein Flüssigtank liefern beide die geforderte Reinheit, und bei beiden zahlen Sie für Zeit statt für Gas. Die Miete läuft auch in ruhigen Wochen weiter, die Verdampfungsverluste laufen auch nachts weiter, Verträge enthalten Preisgleitklauseln, die Flaschenhandhabung bindet Personal in einem Gebäude, in dem Reinraumfläche teuer ist, und den Lieferplan, der entscheidet, wann der Tank voll ist, bestimmen nicht Sie. Die Erzeugung vor Ort ersetzt das durch eine Investition und eine Stromrechnung. Bei vielen der von uns gelieferten Anlagen lag die Amortisationszeit gegenüber der Versorgung mit Flüssigstickstoff bei zwei bis drei Jahren. Ob das bei Ihnen so ist, hängt von Ihrem Verbrauchsprofil und Ihrem Strompreis ab, deshalb lohnt es sich, diese Rechnung gemeinsam aufzumachen statt mit einer Faustformel zu arbeiten.
Reinheit, die Sie einstellen und überwachen
Der Generator wird auf die Reinheit eingestellt, die Ihre Prozesse brauchen, und nicht auf die höchste verfügbare. Der Restsauerstoff im gelieferten Gas wird kontinuierlich gemessen. Eine Abweichung zeigt sich als Alarm und nicht auf einem Zertifikat, das mit der nächsten Lieferung eintrifft.
Verschleißteile aus dem Standardprogramm
Filter und Verbrauchsmaterial sind Standardware vom freien Markt. Nach dem Kauf wartet kein herstellergebundenes Ersatzteilprogramm auf Sie, und es lohnt sich, jeden Anbieter im Vergleich zu fragen, woher seine Filter kommen.
Kapazität, die dem Standort folgt
Die NITROBERG®-Baureihe reicht über 18 Baugrößen von 1,2 bis 1.709,1 Nm³/h, sodass dieselbe Technik eine einzelne Verpackungslinie, einen Abfüllbereich und ein komplettes Produktionsgebäude abdeckt. Kapazität wächst mit, wenn Linien hinzukommen.
Direkter Zugang zum Engineering
Fragen zu Auslegung und Dokumentation gehen an die Ingenieure, die die Maschinen konstruieren, und nicht an ein Callcenter. Lieferung, Inbetriebnahme und Service kommen aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Die Garantie läuft serienmäßig drei Jahre und mit Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
NITROBERG® Baugrößen für den Pharmaeinsatz
Die Baugrößen unten decken den Bereich ab, in dem die meisten pharmazeutischen Anlagen liegen, gezeigt bei den drei Reinheiten, auf die es hier ankommt. Kleinere Bedarfe liegen weiter unten in der Baureihe: Der NITROBERG® 500 liefert 1,2 Nm³/h bei 99,999 %, was für eine einzelne Abfülllinie oder einen Laborarbeitsplatz reicht.
| Modell | N₂ bei 99,9 % | N₂ bei 99,99 % | N₂ bei 99,999 % |
|---|---|---|---|
| NITROBERG® 1000 | 34,4 Nm³/h | 18,5 Nm³/h | 10,1 Nm³/h |
| NITROBERG® 1100 | 45,1 Nm³/h | 24,2 Nm³/h | 13,2 Nm³/h |
| NITROBERG® 1200 | 55,8 Nm³/h | 29,9 Nm³/h | 16,3 Nm³/h |
| NITROBERG® 1300 | 78,7 Nm³/h | 42,2 Nm³/h | 23,0 Nm³/h |
| NITROBERG® 1400 | 109,9 Nm³/h | 59,0 Nm³/h | 32,2 Nm³/h |
Achten Sie auf das Verhältnis der Spalten zueinander. Die Maschine, die bei 99,9 % 55,8 Nm³/h liefert, liefert bei Reinheit 5.0 noch 16,3 Nm³/h. Legen Sie ein ganzes Werk auf die Reinheit fest, die ein einzelnes Analysengerät braucht, kaufen Sie drei Maschinen, wo eine gereicht hätte. Oberhalb dieser Baugrößen läuft die Baureihe bis 1.709,1 Nm³/h weiter, und in diesem Bereich liegen Standorte, die mehrere Gebäude aus einer Quelle versorgen. Anwendbare NITROBERG®-Druckgeräte sind unter der PED 2014/68/EU im Rahmen des zertifizierten Geltungsbereichs konformitätsbewertet. Engineering und Fertigung sind Made in Germany.
Wo ein Standort kein geeignetes Druckluftnetz hat, fasst die Stickstoff-Komplettanlage Generator, Drucklufterzeugung, Aufbereitung, Speicher und Steuerung in einer vormontierten Einheit zusammen, in Plug-and-Play-Konfigurationen für NITROBERG® 500 bis 900. Die Pharmaindustrie ist eines von mehreren Einsatzgebieten dieser Technik: Die Laborseite behandelt die Geräteversorgung im QC-Labor, die Seite zu chemischen Anwendungen die Herstellung von Zwischenprodukten und Feinchemikalien.
FAQ: Stickstoffgeneratoren für die pharmazeutische Produktion
NITROBERG® PSA-Generatoren werden zwischen 97 % und 99,999 % konfiguriert. Bei 99,999 %, was der Reinheit 5.0 entspricht, liegt der Restsauerstoff bei 10 ppm oder darunter. Die Reinheit ist eine Konfigurationsentscheidung, die bei der Auslegung fällt, und keine feste Eigenschaft der Maschine. Deshalb lohnt es sich, sie an den Prozessen auszurichten, die Sie tatsächlich fahren. Höhere Reinheiten sind spürbar teurer in der Erzeugung, weil der Druckluftbedarf je Kubikmeter Stickstoff mit der eingestellten Reinheit steigt.
Nein. Stickstoff in der pharmazeutischen Produktion ist ein industrielles Prozessgas. Er inertisiert, überlagert, spült und trocknet in Herstellung, Umfüllung und Verpackung, und er wird keinem Patienten verabreicht. Gase, die Patienten verabreicht werden, unterliegen einem eigenen rechtlichen Rahmen mit eigenen Anforderungen, und darum geht es bei diesen Anlagen nicht. Wenn Ihre Spezifikation eine definierte Gasqualität jenseits der hier beschriebenen Reinheiten verlangt, bringen Sie das bei der Anfrage zur Sprache, damit die Anforderung auf dem Tisch liegt, bevor etwas ausgelegt wird.
Der Generator erzeugt das Gas. Der Qualitätsnachweis wird darum herum aufgebaut, und dafür ist der Betreiber verantwortlich. In der Praxis heißt das: festlegen, wo Probenahme- und Messstellen sitzen, was kontinuierlich überwacht und was periodisch geprüft wird, wie die Rohrleitung Toträume und Tiefpunkte vermeidet und was qualifiziert und dokumentiert werden muss. Diese Entscheidungen kosten vor der Installation weit weniger als danach, deshalb gehört die Dokumentationsanforderung in das Auslegungsgespräch und nicht in die Inbetriebnahme.
Der Stickstoffbehälter hält einen Puffer bereit, der kurze Unterbrechungen abdeckt und Zeit zum Reagieren gibt. Wie groß dieser Puffer sein muss, folgt aus der längsten Unterbrechung, die Ihr Prozess verkraftet, und diese Frage klärt man besser vor der Modellwahl als danach. Jenseits des Puffers bleibt eine Reserveversorgung Teil einer vernünftigen Planung. Die Reservestrategie wird gemeinsam mit dem Anlagenkonzept und den an Ihrem Standort geltenden Anforderungen festgelegt.
Der Generator läuft mit Druckluft, und wie viel davon nötig ist, hängt von der gewählten Reinheit ab: Multiplizieren Sie Ihren Stickstoffbedarf mit dem Luftfaktor, der von 2,3 bei 97 % bis 6,4 bei Reinheit 5.0 reicht. Die Luftqualität zählt genauso wie die Menge, denn Ölschlupf und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Kohlenstoffmolekularsiebs. NITROBERG® setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g) voraus. Wo ein Standort kein geeignetes Netz hat, bringt die Komplettanlage auf Skid ihre eigene Drucklufterzeugung und Aufbereitung mit.
Er kann es, und die Frage ist, ob er es sollte. Eine gemeinsame Versorgung arbeitet auf dem Reinheitsniveau ihres anspruchsvollsten Verbrauchers, also würden Überlagerung und Spülung auf Laborqualität laufen und die Druckluft dafür mitbezahlen. Wo das Labor 99,999 % braucht und die Produktion nicht, ist eine getrennte hochreine Linie für die Analysengeräte meist günstiger, als das ganze Werk auf diese Reinheit zu heben. Die Laborseite behandelt die Geräteversorgung im Detail.
Nein. Die Verschleißteile sind Standardbauteile und kein herstellergebundenes Programm, was die laufenden Kosten unter Wettbewerbsdruck hält: Filter lassen sich beziehen, wo Sie wollen, und Serviceangebote lassen sich vergleichen. Über die Nutzungsdauer der Maschine wiegt das meist schwerer als der Unterschied im Anschaffungspreis. Die Garantie läuft serienmäßig drei Jahre und in Verbindung mit einem Servicevertrag bis zu fünf Jahre.