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Das Continuous Manufacturing bahnt sich seit fast 20 Jahren seinen Weg in die Pharma- und Nutritionproduktion. Mit ihm verbinden sich vielfältige Vorteile: Integrierte Prozesse steigern die Prozesssicherheit und Effizienz. Die Prozessdauer verkürzt sich im Vergleich zu Batch-Verfahren, während die spezifische Produktionsleistung zunimmt. Markteinführungen sind schneller realisierbar und die Produktion wird insgesamt flexibler.
Bei der Tablettenproduktion stößt die kontinuierliche Direktverpressung auf wachsende Akzeptanz, da sie prozesstechnisch attraktiv erscheint und im Vergleich zur Batch-to-Batch-Produktion ein schlankeres Anlagendesign ermöglicht. Die Gründe für die weiterhin dominierende Rolle der Batch-Produktion sind vielfältig und liegen unter anderem in altbekannten Vorbehalten.
Ökonomische Vorbehalte überwinden
Ein zentrales Bedenken ist auf Beobachtungen bei bestehenden kontinuierlichen Anlagen zurückzuführen: Diese beanspruchen häufig eine hohe Grundfläche und Raumhöhe, wofür im Vorfeld meist Umbauten an Bestandsgebäuden oder sogar Neubauten erforderlich sind. Hinzu kommen Bedenken wegen langer Vorlaufzeiten für die Konstruktion und Fertigung sowie tendenziell hohe Investitionen, weil Anlagen kundenspezifisch ausgelegt werden müssen. Auch die Komplexität lässt viele Hersteller zurückschrecken, da wissenschaftliches Personal für die Einrichtung und speziell ausgebildete Anwender für die Bedienung gefragt sind. Im Betrieb befürchten Interessenten zudem lange Stillstandzeiten aufgrund der aufwendigen Reinigung und Umrüstung.
Aus diesen „Pain Points“ lassen sich umgekehrt auch Schlussfolgerungen für ein wirtschaftliches Continuous Manufacturing ableiten. Dabei geht es um weniger komplexe und leichter zu adaptierende Anlagen, die auf einer vereinfachten Prozesskette basieren. Das Verfahren der Direktverpressung schafft hierfür optimale Voraussetzungen.
Kompaktes und flexibles Gesamtsystem
Aufbauend auf diesen Schlussfolgerungen hat Fette Compacting das Continuous Manufacturing für die Tablettenproduktion von Grund auf neu gedacht. Das Ergebnis ist das kontinuierliche Tablettiersystem. Es besteht aus einer geschlossenen Dosier-Misch-Einheit inklusive Pulver-Transport-System FE CPS, einer Tablettenpresse FE55 und einem Bedienterminal. Die komplette Anlage kann auf nur einer Ebene in bestehende Produktionsräume integriert werden. Bauliche Investitionen sinken somit auf ein Minimum.
Die FE CPS verarbeitet ein breites Spektrum an Formulierungen mit Durchsatzspannen von etwa 5 bis 200 kg pro Stunde. Damit bietet sie eine hohe Prozessflexibilität: von der Produktentwicklung über kleinere Chargen bis zur großvolumigen Fertigung. Die Tablettenpresse FE 55 verfügt über drei statt zwei Druckstationen, womit sie längere Druckhaltezeiten bei einem niedrigeren Druck ermöglicht. Das bewirkt eine schonendere Verarbeitung und einen noch flexibleren Tablettierprozesses. Ein solcher Aufbau eignet sich auch für ein Multiple-Unit-Pellet-System (MUPS), da sich Entmischungsvorgänge effektiv reduzieren lassen.
Fokus auf Sicherheit und Einfachheit
Bei der Entwicklung der FE CPS stand die Sicherheit der Bediener im Vordergrund. Der Prozessbereich wurde dafür staubdicht designt. Einen zusätzlichen Schutz bietet die geschlossene Bauweise, zu der auch abgedichtete Glasscheiben und ein Unterdruck im Prozessraum beitragen.
Die Reinigung und Umrüstung galten bislang als kritische Arbeitsschritte bei kontinuierlichen Anlagen, da diese aus über hundert Einzelteilen bestehen. Die neue Dosier-Misch-Einheit ist hingegen mit deutlich weniger Teilen und Schnittstellen konstruiert und verfügt über getrennte, leicht zugängliche Prozess- und Technikbereiche. Dafür wurde sie so aufgeteilt, dass sich im Prozessraum die Prozessteile der Nachfüllstationen, der Dosierstationen und des eigens entwickelten Mischers befinden. Der davon staubdicht abgetrennte Technikraum beherbergt unter anderem die Antriebe, die Elektronik und die Verkabelung. Sämtliche Bauteile können einfach aus dem Prozessbereich herausgenommen und gereinigt werden.
Darüber hinaus folgt die Anlage einem Designprinzip, das konsequent auf Einfachheit in den Dimensionen Betrieb, Umrüstung und Wartung setzt. Herzstück ist das Human Machine Interface (HMI), über das Bediener einen Überblick über sämtliche Parameter des Dosierens, Mischens, Tablettierens und der Prozessanalyse erhalten. Damit genügt künftig ein einziges Terminal, um den kontinuierlichen Prozess vollständig zu erfassen, inklusive Rezepten, Protokollen, Ereignissen und Diagnosen. Der Umgang mit dem HMI ist in kurzer Zeit gelernt, sodass die Qualifikationsschwelle für die Bedienung im kontinuierlichen Betrieb signifikant sinkt.
Prozessanalyse vollständig integriert
Einen großen Einfluss auf die Stabilität des kontinuierlichen Prozesses haben die Materialeigenschaften und das Maschinen- beziehungsweise Prozessdesign. Hier setzt die kontinuierliche Direktverpressungsanlage neue Maßstäbe. Zur Überwachung der entscheidenden Qualitätsattribute verfügt sie über eine neuartige Technik zur Inline-Prozessanalyse (embedded Process Analytical Technology, ePAT), bei der hoch entwickelte Sensoren in die Prozesseinheiten integriert sind. Sie können an vier Stellen positioniert werden, um relevante Produktionsparameter durchgehend zu überwachen: am Auslass des Mischers, am Einlass der Tablettenpresse, an der Fill-O-Matic und im Prozessraum der Tablettenpresse. Beispielsweise prüft der Sensor am Mischer die Mischhomogenität. Solche Inline-Messungen, die unmittelbar im Produktionsfluss erfolgen, erlauben eine schnelle Reaktion bei Qualitätsabweichungen und die direkte Anpassung des Produktionsprozesses.
Mit der Datenerfassung und -analyse in Echtzeit setzt die FE CPS auch in Bezug auf die Mess- und Reaktionsgeschwindigkeit neue Maßstäbe. Bei den Messmethoden hat sich die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) als besonders effizient erwiesen. Ihr Vorteil liegt darin, dass viele Wirkstoffe gut in diesem Spektralbereich erfasst werden können. Die Infrarotstrahlen dringen tief in die Tablette ein, ohne sie zu schädigen. NIRS ermöglicht ultraschnelle Qualitätskontrollen an größeren Probenmengen, wodurch sie sich optimal für Hochleistungstablettenpressen wie die FE55 und den vorgelagerten Mischer eignet. Je nach Bedarf ermittelt Fette Compacting mit den Anwendern eine individuelle PAT-Lösung, um das volle Effizienzpotenzial der kontinuierlichen Tablettierung auszuschöpfen.
Fette Compacting GmbH, Schwarzenbek5
Autor: Dr. Marten Klukkert
Manager Technology Center,
Fette Compacting
