Schälzentrifugen für die Pharmaproduktion

Dr. Harald Reinach

Die wichtigsten Eigenschaften einer zu trennenden Suspension sind Partikelgröße, Feststoffkonzentration, Dichtedifferenz zwischen Feststoff und Flüssigkeit und das abrasive Verhalten des Feststoffes. Mit diesen Eigenschaften und dem gewünschten Trennergebnis läßt sich der geeignete Maschinentyp zur Trennung in flüssige und feste Phase ermitteln. Schälzentrifugen sind immer dann geeignet, wenn niedrige Restfeuchten, gute Waschergebnisse, Flexibilität bei wechselnden Produkten und die Inspizierbarkeit des Verfahrensraumes gefordert werden.

Der typische Zyklus einer vertikalen Schälzentrifuge besteht aus den Prozeßschritten Einstellen der Fülldrehzahl, Füllen, Beschleunigen auf Schleuderdrehzahl, Zwischenschleudern, Waschen des Feststoffes, Trockenschleudern, Abbremsen auf Schäldrehzahl und Ausschälen des Feststoffes. Wie der Ablauf dieser Arbeitsschritte zeigt, werden Kuchenbildung, Abtrennen der Mutterlauge, Waschen und Austragen des Feststoffes in einer Schälzentrifuge nacheinander ausgeführt. Sämtliche für den Füllvorgang relevanten Parameter wie Füllvolumenstrom, Fülldrehzahl und Füllzeit lassen sich so optimal einstellen. Die Bandbreite der Anwendungen reicht von der Entfeuchtung grobkörniger Salze (z. B. Kochsalz), über die Entfeuchtung von Schlamm bis zur Abtrennung wertvoller Zwischen- und Endprodukte in der Pharmaproduktion.

Vertikale Schälzentrifugen werden je nach Art des Feststoffaustrages in drei Gruppen eingeteilt: Obenentleerung manuell, Entleerung mit pneumatischem Feststofftransport sowie Untenentleerung (Abb. 1). Obenentleerungszentrifugen werden heute nur noch in Sonderfällen eingesetzt, da zum Entleeren der Deckel geöffnet werden muß. Es ist kein Austrag in einem geschlossenen System möglich, d. h. speziell Sauerstoff gelangt an das Produkt und Dämpfe von Feststoff und Restflüssigkeit gelangen in die Umgebungsatmosphäre.

Die Untenentleerungszentrifuge eignet sich speziell für die Abtrennung von Zwischenprodukten. Der Betrieb erfolgt im geschlossenen System, wobei die Zentrifugen mit Stickstoff beaufschlagt sind. Wenn es die Produktqualität erfordert, kann zusätzlich auch eine Sauerstoffüberwachung installiert werden. Der schräge Füllteller ermöglicht in vertikalen Schälzentrifugen einen zylindrischen Feststoffkuchen (Abb. 2). Gleichzeitig wird eine gute Ausnutzung des Trommelvolumens erzielt. Pneumatische Restschichtentfernungssysteme – Blosomat von innen und Resomat von außen – reinigen das Filtermedium am Ende des Schälvorganges. Der Füllvorgang der nächsten Charge ist somit nicht durch eine sich sukzessiv verlegende Restschicht beeinflußt. Das aus verschiedenen Reinigungsdüsen bestehende CIP-System rundet die Ausstattung der Zentrifuge ab. Die Vorteile des niedrigeren Investitionsaufwandes und der langjährigen Erfahrungen des Betriebspersonals sind häufig ausschlaggebend zur Anschaffung einer vertikalen anstatt einer horizontalen Zentrifuge.

Horizontale Schälzentrifugen zeichnen sich im Gegensatz zu vertikalen Maschinen durch eine klare Trennung des Verfahrens- und Antriebsraumes aus, wobei der rechteckige Verfahrensraum dem Anwender zahlreiche Inspektionsmöglichkeiten bietet. Gerade bei der Produktion von Pharmaendprodukten in Mono- und Multi-Purpose-Anlagen spielt dies eine große Rolle. So ermöglichen die seitlichen Gehäusetüren eine schnelle visuelle Kontrolle des Gehäuses, des Filtratablaufes und der Trommel, ohne daß eine Versorgungsleitung bewegt oder gar abgekoppelt werden muß (Abb. 3). Wird die Fronttür geöffnet, sind sämtliche produktberührten Flächen der Zentrifuge zugänglich. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise das Ergebnis der CIP-Reinigung einfach überprüfen, oder bei Produktwechsel gegebenenfalls das Filtermedium austauschen. Wie die vertikalen Zentrifugen lassen sich diese Geräte mit pneumatischen Restschichtentfernungs- und CIP-Reinigungssystemen ausstatten sowie mit Stickstoff beaufschlagen.

Die Schälzentrifuge im Durch-die-Wand-Design ist im Verfahrensraum nahezu baugleich mit der Zentrifuge in Kompaktbauweise. Aus der konsequenten Trennung von Verfahrensraum und Antriebsbereich resultiert ein Minimum an Prozeßanschlüssen, die durch die Wand geführt werden. Eine an Zentrifuge und Mauerrahmen befestigte Membrane nimmt die Bewegungen der Zentrifuge auf. Das Schälmesser ist elektrisch angetrieben, so daß Hydraulikleitungen im prozeßseitigen Gebäudeteil nicht erforderlich sind.

Horizontale Schälzentrifugen bieten einige verfahrenstechnische Vorteile gegenüber vertikalen Geräten. In der horizontalen Ausführung sind bauartbedingt bei gleichem Trommeldurchmesser höhere Zentrifugalbeschleunigungen möglich, die niedrigere Restfeuchten und/oder kürzere Chargenzeiten erlauben. Der gleichmäßige Kuchenaufbau innerhalb der Trommel erlaubt darüber hinaus gute Waschergebnisse bei niedrigerem Waschflüssigkeitsverbrauch.

Im Laufe der Jahrzehnte sind parallel zur Weiterentwicklung der Zentrifugen verschärfte Vorschriften hinsichtlich Arbeitssicherheit, Produktqualität und Nachweis der Produktionsqualität entstanden. Dementsprechend kommt der Steuerung einer Schälzentrifuge immer größere Bedeutung zu. Die Zentrifugen lassen sich problemlos in ein Prozeßleitsystem einbinden. Des weiteren sind die Steuerung und Regelung von Anlagenbereichen, die im Medienaustausch mit der Zentrifuge stehen, bis zu kompletten Systemsteuerungen realisierbar. Optimale produktabhängige Prozeßparameter, die zum Teil empirisch zu ermitteln sind, können beispielsweise in produktspezifischen Rezepturen abgelegt werden.

Weitere Informationen cav-200