Fabian Kapellari

• Pufferlösungen sind in pharmazeutischen Prozessen unerlässlich, um einen stabilen pH-Wert gewährleisten zu können und die Stabilität sowie Wirksamkeit von Arzneimitteln während ihrer Herstellung und Lagerung zu sichern. Systeme zur Herstellung Pufferlösungen mischen Stammlösungen eines bestimmten Salzes mit einer bestimmen Säure und einem großen Anteil an Reinstwasser, um die charakteristische Fähigkeit zu erlangen, Säure-Base-Stöße ausgleichen zu können. Die konventionelle Produktion und anschließende Lagerung erfolgt in relativ großen Tanks von bis zu 20 Kubikmetern, notwendigerweise wegen des hohen Massenverhältnisses (bis zu 10.000:1) zwischen Pufferlösung und Endprodukt. Diese Methode beansprucht deswegen einen erheblichen Flächenanteil und zugleich konnten wertvolle Ressourcen bei einer Inline-Produktion eingespart werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, die benötigten Stammlösungen in einem kontinuierlichen Prozess in ausreichender Güte mischen zu können, um das Potenzial in Zeitreduktion und Ressourceneinsparung auszureizen. Die vorgegebenen Toleranzgrenzen erfordern eine genaue Regelung der Dosierungskomponenten, um die Anforderungen an den pH-Wert und den Salzgehalt zu erreichen. Eine geeignete Strategie und die passenden Parameter für die PID-Regler sind notwendig, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Ein Prototyp im kleineren Masstab dient Test- und Verifizierungszwecken. Um die gewünschten Ziele zu erreichen, wird die gesamte Anlage modelliert und in ihrem physikalischen Verhalten analysiert sowie regelungstechnisch formuliert. Jede relevante Komponente des Regelkreises wird untersucht und mathematisch beschrieben, um den realen Prozess so nahe wie möglich abbilden zu können. Die identifizierten Parameter für die Pilotanlage und die Validierung des Prozessmodells werden durch die Funktionalität der Internal Model Control (IMC)-Strategie für das Mehr-größen-System unter Beweis gestellt. Diese ist für Systeme mit großer Transportzeit ein entscheidender Faktor und ein Maß für die Qualität der Regelung und dessen Modellierung.
• The pharmaceutical industry faces new challenges continuously – higher efficiency at lower costs in broad sections while delivering high quality output is mandatory. One considerable part are buffer solutions, which are essential in pharmaceutical processes to maintain a stable pH value, ensuring the stability and efficacy of drug formulations throughout the manu-facturing, equilibration, cleansing and storage process. Buffer conditioning systems blend specificstock solutions with pure water to achieve characteristic resistance against limited acid or base impacts during the process. Conventional production involves mixing in relatively large tanks, up to 20 cubic meters, due to the high ratio between the buffer solution and the final product. In Consequence, these buffer solution tanks must be stored and operated, while a high percentage of their content is just pure water. This occupies a significant amount of space, which could be saved, if the buffer solution were produced on demand.This thesis proposes blending the stock solutions inline, offering the significant advantage of continuous operation for this part of the process. Due to tight tolerance limits, an accurate control strategy is required to meet pH value and salt purity tolerance requirements. Therefore, a suitable control strategy and appropriate parameters for the PID controllerare necessary to achieve satisfactory outcomes. A prototype was built, and tests were conducted on a smaller scale to get deeper insights of the behavior. To achieve descriptive output, the entire plant is modeled and analyzed in terms of its physical behavior and described mathematically. The model components are processed and then implemented into the plant controller to run a real process recipe for a downstream process.The identified parameters for the pilot plant and the validation of the process model indicates the functionality of the Internal Model Control (IMC) strategy in the multivariable sys-tem, where its parameterization is crucial for systems with significant transport time and influence.