Firmen im Artikel
Das Verfahren der kontinuierlichen Fertigung setzt sich aufgrund zahlreicher prozesstechnischer Vorteile zunehmend als Alternative zum Batch-to-Batch-Verfahren durch. Auch die Arzneimittelbehörde Food and Drug Administration (FDA) betrachtet das Verfahren als zukunftsweisendes, qualitätsgetriebenes Instrument zur Modernisierung der Nahrungs- und Arzneimittelproduktion. Aus guten Gründen, denn Continuous Manufacturing ist aufgrund integrierter Prozesse in der Regel effizienter und prozesssicherer als viele Batch-Verfahren. Das Anlagendesign ist – entgegen manchen Vorbehalten – platzsparend realisierbar und die Bedienung einfach zu erlernen.
Direktverpressung neu gedacht
In einer mehrjährigen Entwicklungsarbeit hat Fette Compacting die kontinuierliche Tablettenproduktion per Quality-by-Design von Grund auf neu gedacht. Bevorzugtes Verfahren ist die Direktverpressung, weil sie ein breites Anwendungsspektrum eröffnet, das sich mit einer raum- und ressourcenschonenden Anlagenplanung kombinieren lässt. Daraus ist schließlich das kontinuierliche Verarbeitungssystem FE CPS (Continuous Processing System) hervorgegangen, das zusammen mit einer Tablettenpresse und einem Bedienterminal eine vollständige kontinuierliche Direktverpressungslinie bildet. Durch die Erprobung verschiedenster material- und prozessbezogener Szenarien ist die Linie in der Lage, ein breites Spektrum an Inhaltsstoffen in einem variablen Durchsatzbereich von fünf bis 200 Kilogramm pro Stunde zu verarbeiten. Sie kann bis zu sechs unterschiedliche pulverförmige Ausgangsmaterialien genau dosieren, mischen und an den nachgelagerten Tablettierprozess übergeben. Die gesamte Anlage ist auf nur einer Ebene in bestehende Produktionsräume integrierbar.
Fünf Prozessschritte
Das Produktionsverfahren lässt sich in fünf Prozessschritte gliedern:
1. Material zuführen: Schon die Zufuhr entscheidet über eine reibungslose kontinuierliche Tablettenproduktion. Kommen hierbei Pulver mit besonderen Eigenschaften – etwa bei Dichte, Fließfähigkeit, Kohäsion oder Adhäsion – zum Einsatz, ist der Prozess der Nachfüllung anfällig für Anhaftungen, Brückenbildungen oder andere Pulverphänomene. Für einen zuverlässigen Betrieb sorgt bei der FE CPS daher ein spezielles Design: Die Öffnungen der Materialzufuhr von einzelnen Zutaten oder Vormischungen verfügen über ein eigens entwickeltes automatisches Nachfüllsystem (Automatic Refill System, ARS) mit speziellen Schnecken. Auf diese Weise gelangt selbst anspruchsvolles Rohmaterial gleichmäßig in den Dosierprozess.
2. Dosieren: Im zweiten Schritt kommen bis zu sechs gravimetrische Pulverdosierer (Loss-in-Weight, LIW) zum Einsatz. Für jeden Dosierer ist die Konzentration des jeweiligen Materials in der Rezeptur im anlagenübergreifenden Produktrezept hinterlegt. Kombiniert mit dem geforderten Anlagendurchsatz errechnet die Steuerung automatisch die benötigte Fördermenge. Die LIW-Dosierer verwenden Doppelschnecken, um das Material mit der erforderlichen Dosierleistung und minimaler Dosiervariabilität in den nächsten Prozessschritt zu dosieren.
3. Mischen: Die FE CPS verlässt die Pfade konventioneller Horizontalmischer. Das Design besteht aus zwei aufeinanderfolgenden, aber voneinander entkoppelten Mischzonen. Somit entfällt die tote Zone im Zwischenbereich. Jede Mischzone verfügt über zwei Einlassöffnungen mit einer Kombination von Fallrohren und Übergabetrichtern. Dadurch lassen sich Mischprozesse mit hoher und niedriger Scherenergie in einem einzigen Mischer kombinieren und optimale Ergebnisse für die jeweiligen Rezepturanforderungen erzielen. Je nach spezifischer Trichterkombination entscheidet sich, welcher Auslass des Dosierers mit welchem Einlass des Mischers verbunden ist. Verschiedene Trichterkonfigurationen sorgen für eine große Flexibilität und bestimmen für jeden Inhaltsstoff die individuelle Mischzeit. Das führt zur bestmöglichen Prozesseinstellung für ein breites Spektrum an Rezepturen.
4. Prüfen: Am Ausgang des Mischers besteht die Möglichkeit, eine eingebettete Prozessanalytik (embedded Process Analytical Technology, ePAT) einzusetzen. Ein nahinfrarotspektroskopischer Sensor prüft unter anderem die Homogenität des gemischten Pulvers und kann über chemometrische Vorhersagemodelle die Konzentration des Wirkstoffs anzeigen. So kann die Anlage permanent überwacht und auf Qualitätsabweichungen direkt reagiert werden. Gerade in der Produktentwicklung ist es relevant, den Mischprozess kontinuierlich zu erfassen und zu optimieren. Weitere ePAT-Sensoren befinden sich in der Tablettenpresse, womit eine fortlaufende Inprozesskontrolle unter Hochgeschwindigkeit realisierbar ist.
5. Fördern: Klassische Anlagen nutzen in der Regel die Schwerkraft, um die Pulvermischung zum Einlass der Tablettenpresse zu befördern. Dieser Aufbau setzt jedoch hohe Produktionsräume voraus. Das von Fette Compacting entwickelte Transportsystem befördert das Produkt hingegen auf nur einer Raumebene per Dichtestromförderung ohne Entmischungsgefahr. Die Mischung gelangt über einen Förderschlauch störungsfrei zum Einlauf der Tablettenpresse – über eine Strecke von bis zu zehn Metern. So lassen sich die FE CPS und die Tablettenpresse bei Bedarf auch in getrennten Räumen aufstellen. Die Installation kann folglich ohne größere Umbauten in einer bestehenden Produktionsanlage erfolgen.
Schlüsselfertige Kontinuität
Die beschriebene Kombination aus schlankem Anlagendesign und integrierter Prozessanalyse hat bereits mehrere Unternehmen bei Produktversuchen überzeugt. Zahlreiche Tests bestätigten die einfache Einrichtung, hohe Produktqualität und konstante Durchsatzleistung. Auch zeigte sich, dass sich die Rezepte der Batch-Herstellung ohne Änderung der Inhaltsstoffe auf der kontinuierlichen Anlage verarbeiten lassen. Anwender erhalten somit eine schlüsselfertige Gesamtlösung für das Continuous Manufacturing in der Tablettenproduktion.
Suchwort: Fette Compacting
Halle 3.0, Stand F3
Autor: Dr. Marten Klukkert
Vice President
Customer Development
Center,
Fette Compacting
