Gemäß dem Fachbuchautor Bernard Favre-Bulle gilt es, bei der Automatisierung komplexer Systeme den Zustandsverlauf der in ihnen ablaufenden Prozesse so zu beeinflussen, dass sich ein Systemverhalten gemäß Anforderungsprofil ergibt. Prozessautomatisierung berücksichtigt dabei nicht nur technische, sondern auch wirtschaftliche Ziele. Ein gelungenes Beispiel ist die Anlage von Frewitt zur Aufbereitung von Schüttgütern mit ganz unterschiedlichen Produkteigenschaften.
Der Autor: Luc Vuichard Projektleiter Automatisation, Frewitt
Metforminhydrochlorid, Magnesium- und Kalziumsalze, Maisstärke und Laktose sind die zu verarbeitenden Ausgangsstoffe, die in einem 25-kg-Sack aus Polyethylen (Primärgebinde) im Innern eines Umkartons (Sekundärgebinde) zwischengelagert werden. Das Produkt soll manuell aus den PE-Säcken in einen Einlauftrichter entleert, gebrochen, desagglomeriert, zu rieselfähigem Pulver zerkleinert und einem Container auf einer Bodenwaage gravimetrisch zugeführt werden. Erst nach der staubfreien Beschickung mit der präzise dosierten Charge sämtlicher Wirk- und Hilfsstoffe, geht der Container in die nächste Phase, den Mischprozess. Ein Verfahrensziel ist es, eine enge Korngrößenverteilung zu erreichen, um einer Entmischung des Produkts vorzubeugen.
Zur Wahl und Auslegung der Anlage waren Produktversuche durchzuführen. In Absprache mit dem Auftraggeber, der Aenova Unternehmensgruppe aus Deutschland, führten die Frewitt-Ingenieure diese Versuche mit den Originalprodukten im Frewitt-Technikum durch und ließen die Resultate anschließend im eigenenLabor auswerten.
Erste Ergebnisse
Die ersten Produktversuche zeigten schnell, dass aufgrund der unterschiedlichen Produkteigenschaften nur ein polyvalentes System die Anforderungen erfüllen könnte. Maisstärke hat eine Dichte von 0,65 g/cm³, im Vergleich dazu liegt Magnesiumsalz bei 3,58 g/cm³, im Fall von Metforminhydrochlorid ist nebst der Dichte auch die Mindestzündenergie (MZE>1000 mJ ) ZT 390° in Betracht zu ziehen. Die Feuchtigkeit der Produkte kann von 0,1 bis 15 % variieren, was das Fließverhalten des Produkts nicht unerheblich beeinflusst.
Zusätzlich zu den Testergebnissen griff man auch auf allgemeine Erkenntnisse aus der Praxis zurück und berücksichtigte beispielsweise auch die Tatsache, dass Feststoffe aufgrund ihrer hygroskopischen Eigenschaften teilweise oder ganz ihre lockere Konsistenz und ihre Rieselfähigkeit verlieren. Dieser Umstand kann zur Agglomeration, Klumpenbildung und zum vollständigen Verbacken des Pulvers in den angelieferten Transportgebinden führen.
Bei sämtlichen Produkten konnte man aufgrund der Lagerung eine gewisse Tendenz zur Agglomeration und Zeitverfestigung feststellen. Bei einem Produkt darf sogar von Klumpen- und Brockenbildung gesprochen werden. Aufgrund der Produktversuche auf der Anlage, der im Labor ausgewerteten Korngrößenanalyse und praktischer Erfahrungen von Aenova entschied man sich als erstes für das Herzstück der Anlage: Die DelumpWitt (kombinierte Maschine aus Klumpenbrecher und Mahlanlage).
Vom Produkt zur Anlage
Die Produkteigenschaften waren klar, das Anlagenkonzept bestimmt, nun ging es in Anlehnung an das Pflichtenheft von Dragenopharm an die Festlegung der einzelnen Komponenten. Die Anlage sollte in einem Raum mit 5000 mm freier Höhe mit einer Plattform für den Bediener installiert werden können. Von dieser Plattform sollte der Bediener das Produkt aus PE-Säcken in einen Einschütttrichter entleeren. Das Produkt musste vom Einschüttttrichter gravimetrisch in ein Modul befördert werden können, in dem es desagglomeriert und gemahlen wird. Am Auslauf des Mahlsystems sollte eine Absperrklappe montiert sein, die als Nachrieselschutz dient. Durch eine spezielle Andockvorrichtung fließt es schließlich staubfrei und gewichtsgenau in den Container.
Spezifische Materialeigenschaften und auch hohe Anforderungen der Kunden schränken den Einsatz herkömmlicher Klumpenbrecher stark ein, zumal diese besonders in der Prozessleistung und GMP-Konformität schnell an ihre Grenzen stoßen. Ein weiterer Nachteil konventioneller Systeme ist es, mit zwei getrennten Systemen arbeiten zu müssen, dem Klumpenbrecher und der Mahlanlage. Dieses Zwei-schrittverfahren generiert höhere Anschaffungskosten, verlangsamt den Prozess und erfordert zudem größere Räumlichkeiten.
Der Einlaufkonus im Innern mit statischen Dornen, montiert nach dem Einlauftrichter, dient als Brechhilfe verdichteter und zeitverfestigter Blockware, die anschließend im Vorbrecher zerkleinert und im Mahlsystem auf die Endkorngröße gemahlen wird. Damit ist bereits der Kern der Anlage umschrieben, die DelumpWitt, in der ein Klumpenbrecher im klassischen Sinne entfällt. Am Einlauf zur DelumpWitt befindet sich ein Anschluss zum Absaugen der staubhaltigen Luft und ein Auswurfschacht zum Entsorgen der leeren PE-Säcke. Im oberen und unteren Teil der DelumpWitt sind Düsen zur CIP-Reinigung montiert. Die Anlage ist zur Reinigung mit Isopropanol, AP und weiteren zugelassenen Lösemitteln vorgesehen.
Besonders wichtige Elemente zur Erreichung der engen Korngrößenverteilung mit geringem Feinanteil sind die auswechselbaren Siebeinsätze (mit runden oder eckigen Öffnungen oder als Raspel ausgeführt), die Rotorarme (rund oder rechteckig) und die stufenlose Drehzahlregelung des Rotors. Da auf dieser Anlage trockene Produkte vermahlen werden, sind Rotorarme mit rechteckigem Profil montiert.
Das Thema Sicherheit durchzieht jeden Anlagenteil: Ein am Einlauf montierter magnetischer Endschalter sorgt dafür, dass die Anlage nur startet, wenn der Einlauftrichter montiert ist. Ein gasgespültes Antriebslager mit Druckreduzierventil kontrolliert die Temperatur und schützt Lager und Produkt vor Kontamination in der Mahlkammer. Am Auslauf der DelumpWitt befindet sich ein Nachrieselschutz. Der pneumatische Drehantrieb verhindert, dass Material von der Mahlkammer in den Container fällt, wenn das voreingestellte Chargengewicht erreicht ist.
Track & Trace lückenlos
Das Tüpfelchen auf dem i dieser Anlage ist das bis ins Detail durchdachte Automatisierungskonzept: Die Beeinflussung des Systems und der Prozesse auf strategischer (Prozessführungsfunktionen), auf taktischer (Steuerungen und Regelungen) und auf operativer Ebene (Sensoren und Aktoren). Die Anlage ist auf zwei Etagen installiert, auf der oberen Etage befindet sich das Terminal MP 277 mit Bediener-oberfläche und in der unteren Etage kann der Bediener auf einem zweiten Terminal das ausgegebene Gewicht der Bodenwaage ablesen.
Die elektrische Steuerung entspricht den Richtlinien der Gamp 5. Ein Kommunikationsprotokoll RS 232 gibt dem Anwender die Möglichkeit, zu jedem Zeitpunkt die Menge des zugeführten Produktes zu sehen und damit die Chargenzeit gemäß dem Produktionsmanagement zu überwachen.
Halle 1, Stand 442
prozesstechnik-online.de/cav0413403
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