Utilization of commercial batch process simulator for the process design of bio and pharmaceutical processes

Abstract

The aim of the thesis is to examine can a commercial batch process simulator be used for the conceptual process design of bio and pharmaceutical processes. Bio and pharmaceutical processes are oftentimes batch processes. Their conceptual design involves sizing of the main process by solving the mass and energy balances, batch scheduling, clean utility system quantification and plant investment cost evaluation. Additionally, the simulation needs to be able to schedule multiproduct facilities that are common in bioprocessing.

A commercial batch process simulation package provided by Intelligen Inc. is evaluated by simulating two conceptual processes in the thesis. The Simulation package is consisted of batch process simulator SuperPro Designer® and scheduling software SchedulePro®. The simulated case processes are fractionation of human blood plasma and an industrial enzyme manufacturing process. The simulation models, based on the case processes, are created and the performance of the software is evaluated.

The strength of the software package lies in batch process scheduling, multipurpose and multi-product facility scheduling. Additionally, the software package performs well in clean utility consumption monitoring. As the result, the software package can be recommended for further testing and commissioning for the conceptual design of bio and pharmaceutical processes.

Diplomityön tavoitteena on selvittää voiko kaupallista simulointiohjelmaa hyödyntää bio- ja lää-keaineprosessien konseptisuunnittelussa. Bio- ja lääkeaineprosessit ovat usein eräprosesseja, jonka vuoksi prosessia joudutaan tarkastelemaan dynaamisesti. Bio- ja lääkeaineprosessien konseptisuunnittelu sisältää yleensä pääprosessin mitoituksen aine ja energiataseen perusteella, prosessin eräaikataulun luomisen, käyttöhyödykejärjestelmien kapasiteetin selvittämisen ja laitoksen investointikustannuksen arvioinnin.

Diplomityössä arvioidaan kaupallisen simulointiohjelmiston toimintaa simuloimalla kaksi esimerkkiprosessia. Simulointiohjelmisto koostuu SuperPro Designer®-prosessisimulaattorista ja SchedulePro®-aikataulutusohjelmasta. Esimerkkiprosessit ovat veriplasman fraktiointi Cohnin prosessilla ja teollisuusentsyymien valmistusprosessi.

Simuloinnin perusteella voidaan todeta, että ohjelmisto soveltuu bio- ja lääkeprosessien suunnitteluun konseptisuunnitteluvaiheen tarkkuudella. Ohjelmistoa voidaan suositella käyttöönottoa ja lisätestausta varten.