Effektive Fest-Flüssig-Trennung

Ein Engpass der Produktion am Standort Avlon in Großbritannien war die Filtration und Trocknung des Wirkstoffs. Die Trocknungskapazitäten mussten erweitert, die dafür erforderliche Zeitdauer verkürzt werden. Der Auswahl der dafür erforderlichen Maschinen und Anlagen kam somit zentrale Bedeutung zu.

Die Informationen über die Eigenschaften des Produktes waren anfänglich dürftig. Es sei schlecht filtrierbar, hieß es. Über die Feststoffkonzentration der Suspension gab es nur Daten auf Basis von Laborergebnissen und Rasterelektronenaufnahmen der Kristalle. Entlang eines detaillierten Maßnahmenplans wurden die notwendigen Daten über das Verhalten des Produktes ermittelt und ein Produktionsplan auf Basis eines diskontinuierlichen Prozesses erstellt. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurden dann Versuchsapparate ausgewählt und ein Versuchsplan vorbereitet.

In die Auswertung einbezogen waren Nutschfilter, die Horizontalschälzentrifuge HZ Ph, Stülpfilterzentrifugen, Bandfilter und Vakuum- und Drucktrommelfilter und auf der Trocknerseite Pfannentrockner, Kugeltrockner, Schaufeltrockener, Mischertrockner mit Oben- und Untenantrieb, Doppelkonustrockner und Wirbelschichttrockner. An kombinierten Verfahren wurden Zentrifugentrockner (Wirbelschicht), Zentrifugentrockner (Konvektionstrocknung), Sprühtrockner und Stromtrockner geprüft.

Die Filtrationsapparate wurden nach den folgenden Kriterien beurteilt:

• Kompression des Filterkuchens

• Durchsatz

• Auswirkungen auf die Kristallstruktur (Kornbruch)

• Reinigbarkeit und Einsatz mehrerer Waschflüssigkeiten

• Dichtheit

• GMP-Konformität

• Möglichkeit zur Grundschichtentfernung

Entsprechend waren die Bewertungskriterien für die Trocknungsapparate, hinzu kamen der Wirkungsgrad, Wasser- oder Lösemitteltrocknung und das Verhalten bei Anbackungen. Nach Auswertung der Informationen wurden Versuche mit der Horizontalschälzentrifuge in Pharmaausführung, einer Stülpfilterzentrifuge und der Kombination aus Zentrifuge und Wirbelschichttrockner durchgeführt.

Als effektivster Trennapparat wurde die Kombination aus Zentrifuge und Wirbelschichttrockner ermittelt. Den Zuschlag erhielt schließlich die Krauss-Maffei Process Technology mit der Horizontalschälzentrifuge Hz Ph und einem Mischertrockner für Pharma- und Feinchemieanwendungen. Mit Eigenschaften wie vollständige Inspizierbarkeit, totraumarme Ausführung und optimale Reinigbarkeit entspricht die HZ Ph den Anforderungen, die für eine moderne Produktion pharmazeutischer und feinchemischer Erzeugnisse heute Stand der Technik sind. Ein weiteres Merkmal der vor kurzem überarbeiteten Zentrifuge ist ihre kompakte Bauweise. Dadurch konnten das Volumen des Verfahrensraums und die produktberührte Oberfläche deutlich reduziert werden.

Weitere wesentliche Optimierungen wurden am Produktaustrag vorgenommen. Selbst stark anhaftende und tixotrope Produkte können nahezu ablagerungsfrei ausgeschält werden. Damit wird das Einsatzspektrum für Horizontalschälzentrifugen in Pharmaausführung deutlich ausgedehnt. Die Füllstandmessung erfolgt berührungslos durch Ultraschall. Auch häufig wechselnde Lösemittel verursachen dabei keine Probleme.

Der Mischertrockner von Krauss-Maffei Process Technology wird immer dann eingesetzt, wenn sensible und wertvolle Produkte schonend getrocknet werden müssen. Er kann sowohl atmosphärisch, als auch unter Vakuum oder unter Druck betrieben werden. Das Trockengut wird von einem vertikal angeordneten Behälter aufgenommen. Für die Durchmischung sorgt ein Mischwerk, bei dem sich die Mischschnecke um die eigene Achse und reversierend um die Behälterwand bewegt. Behälterwand und Mischschnecke sind für den Wärmetausch temperierbar. Durch die vakuumdichte Ausführung des Behälters können alle Vorteile der produktschonenden Vakuumtrocknung bei niedrigen Temperaturen mit hohem Wirkungsgrad genutzt werden.

Die wichtigsten Vorteile dieses Mischertrockners sind:

• verlustfreier Produktaustrag durch konische Behälterform sowie zuverlässigen Feststoffaustrag über spezielles, hoch wirksames Austragsventil

• problemloser Einbau auch in Reinräume über konsequente Trennung der Verfahrens- und Antriebsteile

• schnelle und flexible Trocknung über intensiven Wärmetausch sowohl aufgrund der Behälter- als auch durch die Mischschneckenbeheizung; direktes Messen und Überwachen der Produkttemperatur.

Die gesamte Anlage erstreckt sich über vier Stockwerke. Der Feststofftransport erfolgt durch die Schwerkraft. Sowohl Zentrifugen als auch Trockner sind in einem Reinraum aufgestellt. Für die einfache Reinigung und Validierung der einzelnen Chargen sorgen vollautomatische CIP (Cleaning in Place)-Einrichtungen.

Der Verfahrensteil der Zentrifuge wird durch die Reinraumwand vom Antriebsteil der Zentrifuge getrennt. Damit befinden sich alle mechanischen Teile außerhalb des Reinraumes. Aufgrund der optimierten Geometrie der Austragsvorrichtungen verläuft der Produktaustrag reibungslos und ohne Verstopfungen. Die automatische Grundschichtentfernung sichert eine nahezu vollständige Produktausbeute.

Das entwässerte Produkt wird durch die Schwerkraft in den Mischertrockner transportiert. Brüdenkondensation und Produktanbackungen werden durch den schonenden und regelbaren Wärmeeintrag vermieden. Nach Beendigung des Trocknungsprozesses liegt ein klumpenfreies, frei fließendes Endprodukt vor, das weiter verarbeitet oder in Tonnen gelagert wird.

Um das aufwändige Detailengineering zu ersparen, wurde die Trocknungsanlage in Modulbauweise ausgeführt. Der Kunde erhielt vormontierte und geprüfte Module, die an Ort und Stelle nach dem Baukastenprinzip zusammengebaut wurden. Damit entfiel nicht nur das Detailengineering, auch potentielle Fehlerquellen konnten bereits beim Factory Acceptance Test (FAT) des Herstellers ausgeschlossen und die Montagezeiten vor Ort auf ein Minimum reduziert werden. Die Inbetriebnahmeparameter wurden zunächst auf Basis der Scale-up-Versuche festgelegt und in Folgeversuchen optimiert.

Halle 5.0, Stand D13-E16