Systèmes de confinement par isolateur

Jusqu'à l'emballage du médicament fini, un agent pharmaceutique fait l'objet d'une série d'étapes les plus diverses. Après la synthèse et le séchage de l'agent, celui-ci est alors disponible sous forme pulvérulente.

Suite à l'accroissement du développement de produits actifs ainsi qu'à l'intensification des dispositions juridiques internes à l'entreprise pour la protection de ses collaborateurs apparaît, entre autre, l'exigence de protéger le produit pulvérulent et la personne en ayant la charge. Pour réaliser juste cette protection, au cours des dernières années, les systèmes les plus divers ont été développés pour créer une barrière entre l'agent toxique et l'opérateur.

Ci-après seront évoqués des systèmes de protection pour des agents très actifs. Les isolateurs représentent une vie une fermée autour des secteurs de procédés, avec lesquels une charge de poussière doit être prise en compte.

Définition dans le domaine des Isolateurs de confinement

Dans le domaine des Isolateurs de confinement, on utilise fréquemment des mots anglais ainsi que différentes abréviations. Les plus fréquemment utilisées sont décrites ci-après :

Containment-System (système de confinement) (isolateur) :

Avec ce terme, on entend un système isolant et donc protégeant l'opérateur du contact avec des agents actifs par le capotage de la zone d'exposition à la poussière. Le Containment-System se caractérise par un système en dépression.

OEL (Occupational Exposure Limite) :

Lors du traitement de produits pulvérulents, on a inévitablement une dispersion des particules de produit dans l'atmosphère ambiant. La concentration maximum de produit admise, pour ce qui concerne la protection de l'opérateur, indiquera un rapport poids/volume de poussière dans l'air ambiant, pour lequel on considérera une moyenne supérieure à 8h/jour. Cette valeur limite est définie dans l'usage anglais par "Occupational Exposure limite", brièvement "OEL". L'équivalent allemand pour cela est "le MAK" (concentration maximale admissible). 

Remarque : certaine valeur peuvent être extrêmement faible, comme quelques nano grammes/m³. Par rapport à ces différentes valeurs OEL, la plupart des entreprises ont défini les mesures préventives correspondantes et qui doivent être consultées à l'observation des concentrations limites.

Filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter) :

Le lieu de travail à l'intérieur de l'isolateur connaît un changement de gaz constant. En quittant l'isolateur, le gaz, dans sa majeure partie, doit être nettoyé des particules d'agent. Ces filtres à haut degré d'efficacité sont utilisés à cet usage.

RTP-System :

Les systèmes Rapid-Transfer-Port servent à entrer/sortir le produit ou des composants de l'installation du système de confinement. La double porte peut être ouverte, uniquement si le récipient est verrouillé et relié.

Système double clapet (split valve) :

Un système double clapet correspond essentiellement à une vanne composée de deux clapets: Un clapet comme partie active avec les commandes, l'autre comme partie passive. La partie active est reliée au module stationnaire, alors que la partie passive est reliée à des récipients mobiles. On apporte les deux parties ensemble et l'on peut, après le verrouillage, faire un transfert de produit avec le minimum de contamination.

WIP (Washing In Place) (Lavage en Place) :

"WIP" décrit un nettoyage ou un système de nettoyage avec lequel un pré nettoyage est réalisé dans le Containment-Systems. Un WIP (Lavage En Place) est généralement suivi d'un un nettoyage final dans une autre pièce.

CIP (Cleaning In Place) (Nettoyage en Place) :

"CIP" décrit un nettoyage ou un système de nettoyage avec lequel le nettoyage final est réalisé dans le Containment-Systems(isolateur).

Intégration de procédés dans les Isolateurs

Lors de l'intégration d'installations dans les isolateurs, des exigences élevées en matière d'ingénierie sont imposées. Pour le dimensionnement des isolateurs, il faut particulièrement tenir compte des points suivants :

  • Conception des sas
  • Opérabilité (ergonomie)
  • Arrivée du produit
  • Nettoyabilité

Transfert de produit sur un système double clapet

Intérieurement et Extérieurement

L'isolateur doit être intégré dans le flux du produit existant. Il s'agit donc de considérer les étapes du procédé avant et après l'isolateur. Le type et la forme du conditionnement du produit ont une influence très importante sur la conception des sas, puisque cela conditionne la quantité de produit à traiter, la façon dont le produit arrive de l'extérieur à la zone de traitement et de et de la façon dont le produit sera retiré de l'isolateur. 

Pendant le passage des différents sas, le confinement doit être maintenu. Pour la réalisation de sas, il existe sur le marché, plusieurs technologies et conceptions différentes. Si le produit se trouve dans des récipients, il peut être transféré directement par un système double clapet dans l'isolateur et éventuellement introduit dans le procédé.

Pour les produits conditionnés en sac (p. ex. Film PE, fûts PE...) ont utilise souvent le Rapid-Transfer-port. Pour empêcher une contamination du récipient de liaison, il faut éviter une exposition de poussière dans l'isolateur à l'ouverture des portes de transfert. Si le produit doit être conditionné dans un film plastique, des systèmes de films continus peuvent également être une solution appropriée.

Avec le choix de la conception du sas approprié, il faut considérer que chaque interface représente une source d'exposition potentielle aux poussières. Cela signifie que, plus les exigences en matière de confinement sont élevées, plus le nombre d'interface doit être faible.

Sortie de produit par Rapid-Transfer-port

 
Exemple pratique chez un client :

Le produit doit d'abord être transféré par un système double clapet (OEL < 3 µg/m³) d'un sécheur dans plusieurs récipients. Le même système double clapet est approprié pour transférer le produit par le toit de l'isolateur. Les parties actives sont installées au sécheur et à l'isolateur, alors que les parties passives sont adaptées aux récipients. La trappe peut être ouverte dans le cas unique où le récipient est relié avec la partie passive et verrouillé à la partie active du système double clapet. Par l'ouverture commune des deux clapets maintenant liés (partie passive et active), il est assuré que le produit à transvaser ne vient jamais en contact avec les environs et le confinement reste maintenu. Le clapet actif est entouré d'une hotte en matière plastique dans laquelle une légère dépression permanente est assurée. Cela permet également à ce qu'aucune particule de produit ne puisse s'échapper et que l'opérateur soit protégé. Ensuite le produit est micronisé sur l'installation de broyage dans l'isolateur, conditionné dans des sacs et évacué par une Rapid-Transfer-port.

 
     

Simple et confortable

Un des grands challenges lors de l'intégration de procédés dans des isolateurs consiste à implanter l'ensemble du système de la façon la plus ergonomique possible. Cette simple demande place les fabricants des systèmes complexes devant les plus grands défis pour la conception des composantes du procédé ainsi que pour leurs implantations dans les isolateurs.

Des critères de conception importants dans ce cas sont entre autres :

Conception d'isolateur :

L'isolateur doit "plié" autour du procédé de telle sorte que toutes les composantes soient simplement accessibles et contrôlables.

Aide à la manipulation :

Pour les manipulations complexes, des systèmes adaptés doivent être étudiés. Des aides et des soutiens doivent être mis à la disposition pour des étapes de manipulation difficiles, de sorte que l'opération puisse s'effectuer par une personne.

Poids particuliers :

Certaines pièces mécaniques de l'installation, que l'on doit démonter pour l'inspection ou le nettoyage, ne doivent pas excéder un poids de 10 kg (et moins pour les pièces dont l'accès est difficile).
Pour les pièces lourdes qui doivent être manipulées par les gants, on peut éventuellement prévoir des suspensions ou des bras.

Composants électriques :

Les commandes, les instruments et les autres composants électriques doivent être placés si possible pour des raisons d'hygiène à l'extérieur de l'isolateur.

Remarque : Une ergonomie optimale de l'installation améliore aussi la protection des personnes.

Broyeur à impact dans un isolateur

 
Exemple pratique chez un client :

Un broyeur tamiseur, une vis doseuse, un broyeur à jets d'air en spirale, un filtre et une balance doivent être intégrés dans un isolateur. Les agglomérats dans le produit peuvent être réduits par le broyeur tamiseur et conduits à l'aide de la vis doseuse au broyeur à jets d'air en spirale pour sa micronisation. Le produit est convoyé par un transport pneumatique jusqu'au filtre, où il est séparé du courant de gaz. Derrière le filtre, on intercale un filtre HEPA double étage. Ensuite le produit micronisé peut être pesé précisément sur la balance.

Puisque la construction conventionnelle du broyeur tamiseur et de la vis doseuse n'était pas appropriée pour l'intégration dans l'isolateur, leur conception a été entièrement réétudiée. Le broyeur tamiseur est maintenant équipé d'un moteur spécial qui autorise le démontage du rotor et du tamis par les gants. La trémie de la vis doseuse est taillée dans la masse et est tenue sur une articulation que l'on peut faire pivoter sur le côté après démontage. Le filtre, étant la plus grande composante de l'installation, est accroché sur un système de levier qui permet ainsi de le déplacer facilement dans la hauteur avant qu'on ne le fixe en position à l'aide de clamp. A l'exception des sondes de niveau et de la balance, tous les composants et instruments électriques sont placés à l'extérieur de l'isolateur. Pour faciliter le démontage des composants, des tôles d'acier sont prévues en particulier pour les clamps et l'étanchéité des barres de suspension.

 
     

Chaque gramme compte

Le produit actif présent sous forme pulvérulente a généralement déjà fait l'objet d'une longue chaîne de transformation et augmente sa valeur ajoutée. Puisque le développement de produits toujours plus actifs conduit en outre à la réduction des quantités de produit, les frais par gramme augmentent dans la même proportion. La perte de produit minimale est un autre critère de conception pour la fabrication des isolateurs.

Avec les procédés de broyage, on doit apporter une attention particulière sur les composantes suivantes :

Dosage :

Le doseur doit être en mesure de passer si possible la quantité intégrale de produit dans le broyeur. Pour cela les jeux doivent être réduits au minimum et les trémies doivent avoir les parois les plus abruptes possibles. Le remplissage de la trémie du doseur doit être assuré de façon à éviter au maximum les poussières.

Broyeur :

La géométrie à l'intérieur du broyeur doit limiter au maximum les zones et quantité de rétention de produit.

Tuyauteries :

Les tuyauteries doivent être les plus courtes et droites possibles afin de réduire les rétentions de produit.

Filtre :

Les dimensions du filtre et sa surface filtrante doivent être choisies le plus largement possible pour l'obtention d'une bonne séparation et assurant ainsi des durées de fonctionnement optimales. Pour la réduction des pertes de produit et/ou pour faciliter sa récupération, les filtres devraient être les plus petit possibles. Il est par conséquent nécessaire d'étudier précisément au cas par cas afin de trouver un compromis adéquat.

Broyeur et vis doseuse dans un isolateur

 
Exemple pratique chez un client :

Un produit dont un seul kilogramme n'est disponible, doit être broyé dans un isolateur. Puisque le produit est très coûteux, une attention particulière doit être apportée à la minimisation de perte de produit dans l'installation. Dans la vis doseuse, les rétentions de produit sont réduites au maximum grâce à l'agitateur et aux formes intérieures optimales. La tuyauterie de liaison entre la vis doseuse et le broyeur peut être réalisée très directement en traversant la paroi d'isolateur. Pour réduire les rétentions de produit dans le broyeur, des buses de fluidisation ont été ajoutées dans la chambre de broyage. Celles-ci nettoient les parois au moyen d'une impulsion de gaz après broyage. La trémie de sortie est commune au broyeur et au filtre. La quantité de gaz du procédé peut être réduit par le retour de gaz dans la trémie de sortie, et ainsi réduire la surface du filtre au minimum.

 
     

Propre mais rapide

L'avantage certain à l'intégration des procédés dans un isolateur, est surtout que le volume du secteur contaminé est largement réduit. Il ne s'agit pas de toute une pièce mais "seulement" l'intérieur de la boîte qui est contaminé. Contrairement à des installations isolées les composants à l'intérieur des isolateurs doivent être totalement nettoyées ou au minimum pré lavées. Pour cela les isolateurs sont équipés de systèmes de nettoyage. Ces systèmes se composent normalement de tuyauteries qui se terminent à l'intérieur des isolateurs par des buses de pulvérisation. De plus, dans la plupart des cas un pistolet de pulvérisation est disponible dans l'isolateur. Dans l'isolateur, les surfaces horizontales seront munies de pentes canalisant le média de nettoyage en direction de la vanne de drainage. De cette façon, le média de nettoyage peut s'écouler et donne la possibilité d'effectuer une vidange automatique.

Pour ouvrir l'isolateur après le nettoyage une qualité de propreté définie est à respecter. La qualification de cette qualité a généralement lieu à l'état sec. Il apparaît donc la nécessité de réduire le temps de séchage. De plus, l'opérateur ne doit pas être exposé aux vapeurs de solvant.

Par conséquent, beaucoup de temps peut se perdre du nettoyage à la phase de séchage suivante. Contrairement à une machine à laver, aucune source de chaleur n'est disponible pour le séchage.

Pour optimiser le séchage, il faut tenir compte des points suivants :

  • "Balayer" l'isolateur avec de l'azote sec
  • Utilisation pour l'installation de surfaces aussi grandes que possible et libres
  • Utilisation de solvants facilement volatils pour le dernier nettoyage

L'application soigneuse des règles mentionnées ci-dessus aide à réduire, de façon notable, les temps de séchage et de nettoyage et réduit par conséquent les temps d'arrêt des installations.

L'intégration d'installations complexes dans les isolateurs n'est pas facile. Dans ce cas, on doit répondre d'une part aux questions de conception des sas, de l'opérabilité, de la production de produit et de la nettoyabilité de l'ensemble. D'autre part, il s'agit de résoudre de nombreux problèmes d'interfaces entre le procédé et l'isolateur.

Pour résoudre de façon optimale ces tâches dans le sens de la stabilité du procédé et de la sécurité du travail, il faut parfaitement connaître les deux systèmes dans le détail et bien les comprendre. Le groupe Hosokawa peut livrer des systèmes complets en réduisant les coûts de coordination et de planification du client et lui assurant une installation fiable. La réalisation d'un grand nombre d'installations de confinement ainsi que la coopération étroite avec les clients démontrent la compétence et l'expérience du groupe Hosokawa dans ce domaine.

Olaf Born, Ing diplômés (FH) & Norbert Gebel, Ing diplômés (FH),
Département Pharma et Food, Hosokawa Alpine AG

 

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