Eine Frage der Richtung

Peter R. Frei

Für das Trocknen hochwertiger pharmazeutischer Zwischenprodukte (API’s) haben sich in der Industrie horizontale und vertikale Schaufeltrockner in cGMP-gerechter Ausführung etabliert. Die an solche Trockner gestellten Anforderungen sind neben hoher Trockenleistung ein problemloses Produkthandling, die Vermeidung von Produktverlusten, eine gute Reinigbarkeit und die Sicherstellung völliger Kontaminationsfreiheit des Produktes wie auch des Umfeldes. Bei gleichzeitig hoher Betriebssicherheit der Produktionsanlage und damit der Gewährung hoher Wirtschaftlichkeit lassen sich diese Forderungen mit Schaufeltrocknern beider Bauweisen gleichermaßen erfüllen. Typische Vertreter sind der Comber-Pharmadry, der Turbodry sowie der neu entwickelte Condry.

Um mögliche Änderungen bzw. Beschädigungen der Kristallstruktur des Produkts oder Schädigungen durch Überhitzung vorzubeugen, sollten hohe Scherkräfte, örtliche Verdichtungen oder Überhitzungen des Produktes, bedingt durch das Rührwerk ,vermieden werden. Ferner gilt es ein fließendes Fördern des Produkts durch den Rührer zu verhindern, um der Bildung von Agglomeraten vorzubeugen. Letztere werden vorwiegend durch schnelllaufende Rührwerke verursacht, die dann einen Zerhacker erforderlich machen. Die Zerkleinerung der entstandenen Agglomerate ist allerdings selten vollständig. Da Agglomerate im Kernbereich nicht vollständig austrocknen, stellen sie eine Verunreinigung des Endprodukts mit Lösemittel dar. Schnelldrehende Zerhacker verursachen zudem genau die produktschädigenden Scherkräfte, örtlichen Verdichtungen oder Überhitzungen, die es eigentlich zu vermeiden gilt. Im Endstadium des Trocknens addiert sich die Staubentwicklung der Zerhacker zur ohnehin schon hohen Staubentwicklung schneller Rührer.

Zur Trocknung empfindlicher Produkte werden von Comber vergleichsweise langsame Rührsysteme vorgesehen, die dennoch ein wirksames und gleichmäßiges, jedoch schonendes Mischen gewährleisten. Ein weiterer Vorteil dieser Rührer ist die geringe Staubentwicklung während des Trockenvorgangs, wodurch die Brüdenfilter kleiner dimensioniert werden können.

Die Comber-Trockner lassen sich mit CIP-Systemen gut reinigen und anschließend gut inspizieren. Alle produktberührten Oberflächen sind totraumfrei gestaltet, d. h., es gibt nur abgerundete Übergänge, gut umströmbare Einbauten und keine Verschraubungen. Die produktseitigen Flansche lassen sich zudem aseptisch ausführen. Alle produktbenetzten Oberflächen werden auf eine hohe Güte spiegelpoliert, bei Bedarf zusätzlich elektropoliert. Dadurch verbessern sich die Fließeigenschaften pulvriger Produkte. Der Trocknerbehälter selbst ist ausgedreht.

Der Rührer ist fliegend gelagert, d. h. der Antrieb, die Lagerung und die Wellenabdichtung sind außerhalb des Behälters angebracht. Damit erübrigen sich unerwünschte Lagerungen, Zapfen o. ä. im Produktraum. Die Wellenabdichtung erfolgt mithilfe einer doppeltwirkenden Gleitringdichtung, die von außen ohne Abbau des Antriebs demontierbar ist. Entsprechend den Anforderungen werden flüssigkeitsgeschmierte, trockenlaufende oder kontaktfrei dichtende Lift-Off-Gleitringdichtungen eingesetzt. Die Dichtheit und Funktion der Gleitringdichtung wird durch geeignete Systeme im Betrieb überwacht.

Zur Reinigung des Trockners sind Behälter, Brüdenfilter und Austragarmatur mit CIP-Sprühkugeln bzw. Düsen ausgestattet. Diese ermöglichen das Besprühen sämtlicher produktbenetzter Oberflächen im Innern der Trockner. Der Nachweis für die Wirksamkeit des eingebauten CIP-Systems und der Totraumfreiheit des Behälters erfolgt üblicherweise mithilfe eines Riboflavintests. Dazu wird das Innere des Behälters, des Brüdenfilters und des Austragventils mit einer wässrigen Riboflavin-Lösung benetzt. Danach wird das CIP-System mit Wasser bei festgelegtem Druck betätigt. Nach der Reinigung muss alles Riboflavin von den Oberflächen entfernt sein. Die Reinigungswirkung wird mit einer Ultraviolett-Leuchte kontrolliert. Oft werden die Trockner vor der CIP-Reinigung mit Lösemittel geflutet, wobei das Lösemittel erhitzt wird und der Behälter damit ausgekocht wird. Alternativ wird auch das Rückflussverfahren eingesetzt, wobei die Schmutzstoffe durch die kondensierenden Dämpfe von der Oberfläche gelöst werden.

Wo erforderlich, kann der Trockner zusätzlich sterilisierbar ausgeführt werden, wobei der Behälter mit den zusätzlichen Temperaturfühlern zur Überwachung der Sterilisation ausgestattet wird. Alle Außenflächen des Trockners sind geschliffen und poliert. Damit lassen sich die Trockner auch von außen gut reinigen.

Bei horizontalen Schaufeltrocknern wie dem Pharmadry erfolgt der Produktaustrag über eine im vorderen Teil des Behälters, unten angeflanschte Austragarmatur. Dazu werden pneumatisch betätigte Kugel- bzw. Kugelsegmentventile oder tot-raumfreie Drehstopfenventile eingebaut. Die geringe Bautiefe der Schaufeltrockner ermöglicht mit rieselfähigen Produkten eine nahezu vollständige Entleerung des Trockners.

Bei Vertikaltrocknern mit konischem Unterteil wie dem Condry erfolgt der Produktaustrag über ein zentral im Konus des Behälters, unten angeflanschtes pneumatisch betätigtes Kugel- bzw. Kugelsegmentventil. Der konische Unterteil ermöglicht mit rieselfähigen Produkten eine nahezu vollständige Entleerung des Trockners.

Bei Vertikaltrocknern mit flachem, pfannenförmigem Boden (Turbodry) erfolgt der Produktaustrag über eine seitlich angebrachte, hydraulisch betätigte, metallisch dichtende Armatur mit einem an die Behälterkontur angepassten Stopfen und außerhalb des Produktdurchgangs liegenden, austauschbaren Dichtringen. Damit ist die Dichtheit der Armatur auch bei mehrmaligem Betätigen während eines dosierten Austrags gewährleistet.

Alternativ zur Austragsarmatur kann der Produktaustrag über einen Isolator (Glove Box) erfolgen. Der Austrag erfolgt in diesem Fall über einen manuell betätigten Stopfen, der im Inneren des am Trocknerbehälter befestigten Isolators geöffnet wird. Das Produkt wird über einen im Isolator integrierten Trichter einem geeigneten Gebinde zugeführt. Mittels einer Auskehrvorrichtung kann noch im Trockner verbliebenes Produkt ausgetragen werden. Bei großen Trocknern erfolgt der Restproduktaustrag über einen diagonal gegenüber der Austragarmatur angebrachten Isolator. Den Vorgaben entsprechend werden Isolatorsysteme als einfache, über Hepa-Filter belüftete und nur dem staubfreien Austrag dienende Systeme bis hin zu unter kontrolliertem Unterdruck in inerter Atmosphäre stehenden Systemen mit MAK-Werten im Nanogramm-Bereich ausgeführt.

Die Vertikaltrockner mit pfannenförmigem Boden bieten in Kombination mit einem geeigneten Isolatorsystem somit Vorteile beim vollständigen Austrag schlecht oder nicht rieselfähiger und auch toxischer Produkte.

Sämtliche produktberührten Trockneroberflächen sind beheizt. Dies trifft auch für den Rührer zu, bei dem die Rührerwelle, die Rührerarme und Rührerschaufeln einen Großteil der übertragenen Wärme einbringen. Daher werden die Rührerarme und Schaufeln möglichst großflächig ausgeführt.

Zur Gewährleistung eines optimalen Wärmeaustausches und zur Durchmischung der gesamten Produktmasse vollführt der Rührer in vertikalen Comber-Schaufeltrocknern gleichzeitige Dreh-, Hub- und Senkbewegungen. Mit engen Toleranzen zwischen Rührer und Behälterwandung wird ein Anhaften des Produktes an den Wandungen und damit die Bildung von isolierenden Verkrustungen vermieden. In der Endphase der Trocknung bilden sich kaum noch Brüdenströme, die restlichen Lösemitteldämpfe lassen sich somit nur äußerst langsam austragen, was die Trocknungszeiten entsprechend verlängert. Zur Ausbringung von Restfeuchten, insbesondere auch bei geruchsintensiven Lösemitteln, kann in der Endphase ein Schleppgas (N2) über speziell konstruierte Düsen eingebracht werden. Bei Einsatz gasgeschmierter Gleitringdichtungen wird eine gewisse Menge Schleppgas über die systembedingte Leckage der Dichtungen in den Trockner eingeblasen. Eine weitere Möglichkeit zur Verkürzung des Trocknungsvorganges bildet die zusätzliche Beheizung mit Mikrowellen. Die Mikrowellenenergie wird kontrolliert über den Deckel in den Trockner eingestrahlt, wobei zusätzliche Messeinrichtungen lokale Produktüberhitzungen ausschließen.

Comber-Anlagen werden nach den Vorgaben der DGRL und Atex mit entsprechender Baumusterprüfbescheinigung geplant und gebaut. Für den Betrieb der Anlage in einem als Gruppe II 1 G/D entsprechend Ex-Zone 0/20 klassifizierten Produktraum kommt das Comber-Inertisierungs-System (C.I.S.) zum Einsatz, das eine sichere Prozessführung auch unter diesen Voraussetzungen garantiert. Für die Steuerungstechnik kommen zusätzlich die Richtlinien GAMP 4, der Namur und, wo sinnvoll, auch die funktionale Sicherheit SIL nach IEC 61508 zur Anwendung. Neben den rein sicherheitstechnischen Aspekten werden zusätzlich alle verfahrenstechnisch wichtigen Vorgaben, wie die relevanten cGMP- und FDA-Richtlinien, berücksichtigt. Für Validierungsdienstleistungen wie Durchführung der IQ und OQ zur Bestätigung der entsprechenden konformen Ausführung des Trockners steht qualifiziertes Personal zur Verfügung. Neben den traditionellen Methoden zur Prozessüberwachung und Dokumentation werden vermehrt auch PAT-(Process Analytical Technology)-Systeme eingesetzt. Die Anlagendokumentation wird gemäß dem jeweiligen Lieferumfang mit der entsprechenden Validierungsdokumentation ergänzt. Damit sind alle Voraussetzungen für die Sicherheit von Personal, Anlage und Produkt wie auch für eine optimale Prozessführung gegeben.

Halle 4.0, Stand Q14

cav 475

Der Turbodry TD ist ein Vertikal-Vakuum-Schaufeltrockner, bestehend aus einem vertikalen, zylindrischen Behälter mit pfannenförmigem, flachem Bodenunterteil und einem Klöpperboden als Deckel. Bei abgesenktem Unterteil ist das Innere des Trockners zur Reinigung und Inspektion gut zugängig. Der Rührer ist oben fliegend gelagert, gleichzeitige Dreh- und Vertikalbewegungen des Rührers sind möglich. Die Wellenabdichtung erfolgt mithilfe einer von außen zugängigen, doppeltwirkenden Gleitringdichtung und einem Faltenbalg. Der Produktaustrag ist über eine seitlich angebrachte Armatur mit metallischer Dichtung oder über einen Isolator möglich.

Der Condry TDC ist ein Vertikal-Vakuum-Schaufeltrockner mit konischem Unterteil. Dieser Trockner wird auf der Achema 2006 erstmals ausgestellt. Im Gegensatz zum Turbodry TD besitzt der Condry TDC ein konisches Bodenunterteil. Der Produktaustrag erfolgt über unten angeflanschte Kugel- oder Kugelsegmentventile.

Der Pharmadry PH ist ein Vakuum-Schaufeltrockner mit horizontaler Anordnung. Er besitzt einen zylindrischen Behälter mit einem flachen, verschweißten hinteren Deckel und eine flach, an einem Scharnier aufgehängte und über den gesamten Behälterumfang öffnende Fronttüre. Bei offener Fronttüre ist das Innere des Trockners zur Reinigung und Inspektion gut zugänglich. Die kurze und kompakte Bauform ergibt gute Entleereigenschaften. Der Rührer ist hinten fliegend gelagert. Die Wellenabdichtung erfolgt ebenfalls mit einer von außen zugänglichen, doppeltwirkenden Gleitringdichtung. Der Produktaustrag erfolgt über unten angeflanschte Kugel- oder Kugelsegmentventile.

Mehr zu den Trocknern

Achema 2006