Durch die präzise, kontrollierte und gleichmäßige Trocknung nasser Feststoffe haben sich Wirbelschichttrockner in einer Vielzahl von Industriebereichen unentbehrlich gemacht. Doch erst die Fortschritte in der Steuerungstechnik und der industriellen Automatisierung erschließen das volle Potenzial dieser Systeme. Investitionen in die vorhandenen Anlagen steigern die Leistung und erschließen die Möglichkeiten des Smart Manufacturing.
Mit hohen Trocknungsraten und kurzen Zykluszeiten helfen Wirbelschichttrockner den Durchsatz zu maximieren. Durch ihre thermodynamische Effizienz, den gleichmäßigen Feuchtigkeitsentzug und die mechanisch schonende Behandlung der Materialien unterstützen sie zudem qualitätsorientierte Prozesse. Wirbelschichttrockner fördern die Bildung starker Bindungen für die Agglomeration von Pulverformulierungen. Daher werden sie verbreitet bei der Verarbeitung von Pulvern oder Granulaten zu festen Darreichungsformen zum Einnehmen (Oral Solid Dosages, OSD) wie Tabletten, eingesetzt. Darüber hinaus hat die Wirbelschichttrocknung direkten Einfluss auf Produkteigenschaften wie Haltbarkeit und Qualität: Die Reduzierung des Wassergehalts in den Endprodukten verlangsamt sowohl die biologische Kontamination als auch unerwünschte Reaktionen. Hiervon profitieren die Lager- und Transportfähigkeit.
Auf die Steuerung kommt es an
Neben den genannten direkten Vorteilen für industrielle Trocknungsprozesse ist die lange Lebensdauer ein großer Pluspunkt dieser Anlagen – 35 Jahre und mehr sind durchaus keine Seltenheit. Da sie ohne bewegliche Teile auskommen, ist der Wartungsaufwand niedrig. Entsprechend gering sind die Betriebskosten und Ausfallzeiten.
Trotz ihrer Langlebigkeit sind diese Systeme keineswegs vom technischen Fortschritt abgeschnitten. Vielmehr stellt der Markt immer höhere Anforderungen an die Hersteller, sodass die kontinuierliche Weiterentwicklung der Produktionsverfahren unabdingbar ist, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Veraltete Einstellungen können Unter- oder Übertrocknung verursachen und so die Qualität und den Wert des Produktes schmälern. Regelmäßige Aktualisierungen der Steuer- und Kontrollsysteme verbessern hingegen die Zeit-, Kosten- und Energieeffizienz.
Moderne Steuerungstechnologien und digitale Lösungen haben in kürzester Zeit äußerst vorteilhafte Möglichkeiten für Wirbelschichtprozesse eröffnet. Durch intelligente Steuersysteme, die mit wichtigen Sensoren und Analysegeräten sowie mit Überwachungs- und Visualisierungsplattformen kommunizieren, lassen sich detaillierte Einblicke in Wirbelschichtanlagen, deren Komponenten sowie die Prozesse, Rohstoffe und Produkte gewinnen.
Diese Erkenntnisse lassen sich zur Optimierung aller Aktivitäten nutzen – von der Anlagenwartung bis hin zu den Fluidisierungs- und Trocknungsbedingungen. Entsprechende Anpassungen erfolgen manuell oder automatisch, wobei die Wirbelschichttrockner ihre Abläufe präzise und reaktionsschnell selbst regulieren, um die Effizienz, Produktqualität und Ressourcennutzung zu optimieren. In vollautomatischen Anlagen ermöglicht die Steuerung den Aufbau vernetzter, smarter Fertigungssysteme, die den Produktionsbetrieb zukunftssicher machen.
Für Unternehmen in stark regulierten Sektoren kommt hinzu, dass moderne Steuerungssysteme wertvolle Prozessinformationen speichern und Dokumentationen für Qualitätsaudits für die regulatorische Compliance und der aktuellen guten Herstellungspraxis (Current Good Manufacturing Practices, cGMP) liefern können.
Produktivitätssteigerung von 50 % für die Wirbelschichttrocknung
Ein Full-Service-Anbieter wie Optimal garantiert bei der Aktualisierung von Wirbelschichtsteuersystemen die Kompatibilität mit vorhandenen Komponenten und berücksichtigt die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften und regulatorischer Compliance. Bei Bedarf kümmert er sich um das Reverse Engineering vorhandener Systeme oder um Situationen, in denen es an Dokumentation fehlt, damit das neue System reibungslos funktioniert.
In einem Beispiel wollte ein bekannter Pharmahersteller durch die Modernisierung der Wirbelschichttrockungsprozessen die Grenzen seiner alten Steuerungskonfiguration überwinden, die als klassische Drucktastensteuerung nur grundlegende Funktionen erfüllte. Optimal erweiterte den Funktionsumfang des Systems mithilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Hierbei wurden ein modernes Steuerungssystem und grafische Benutzerschnittstellen (HMI) sowie Scada-Software zur Überwachung und Steuerung der Prozesse integriert. Hieraus ergaben sich komplexere Steuermöglichkeiten und eine präzise Materialverfolgbarkeit. Eine umfassende Überwachungslösung unterstützt das Pharmaunternehmen jetzt während des gesamten Herstellungsprozesses bei der Verwaltung der Rohstoffe, vom Ausgangsmaterial bis zum Endprodukt.
Zur Rückverfolgbarkeit kommen Chargen-Berichte in Echtzeit als überaus wertvolle Dokumentation für Qualitätsaudits. Durch optimierte Dosierungsprozesse und Mengensteuerung konnte Optimal mit seiner nahtlos integrierten und autonomen Lösung eine bemerkenswerte Produktivitätssteigerung von 50 % für die Wirbelschichttrocknung erreichen. Dieser Effizienzzuwachs bedeutete nicht nur eine rasche Amortisation, sondern positionierte den Pharmariesen auch als Vorreiter der modernen Fertigung.
Digitalisierung der Wirbelschichttrocknung
Als sich bei einem führenden Pharmahersteller die Notwendigkeit präziserer Wirbelschichttrocknungsprozesse ergab, um die Produkteinheitlichkeit zu verbessern und die Verarbeitungszeiten zu verkürzen, beauftragte dieser seinen bevorzugten Partner für Automatisierung und Systemintegration Optimal mit der Entwicklung eines geeigneten Steuerungssystems. Als Spezialist für prozessanalytische Technologie (PAT) empfahl Optimal ein modernes, PAT-gestütztes Prozessleitsystem. Dieses unterstützt die Echtzeit-Feuchtigkeitsüberwachung durch prozessinterne Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR), die in Verbindung mit Daten von vorhandenen Sensoren die Grundlage für ein robustes MVA-Modell (multivariate Analyse) bildet.
Mit dieser Lösung gewann das Unternehmen einen detaillierten Einblick in die Trocknungsphasen und eine einzigartige Entscheidungsgrundlage für Bedienpersonal und Prozessbeauftragte. Das bessere Prozessverständnis resultierte in kürzeren Zykluszeiten, höherer Produktqualität und deutlichem Rentabilitätszuwachs. Das Steuerungssystem auf Basis der prämierten PAT-Wissensplattform synTQ ermöglicht prozessbegleitende Temperaturregelung zur Optimierung der Endproduktqualität und Verarbeitungszeiten. Durch PAT wurde das System zukunftssicher und skalierbar – auch zur Optimierung weiterer Aspekte des Herstellungsprozesses.
Mehr Transparenz für regulatorische Compliance
Als ein führender OSD-Hersteller die Transparenz, Zugänglichkeit und Integrität seines Wirbelschichttrocknungsprozesses und seiner Produktdaten verbessern wollte, implementierte Optimal für ihn eine sichere und regulatorisch konforme Lösung für die Weitergabe und Speicherung von Daten. Das vorhandene System beherrschte bereits die verlässliche Datenerfassung und -speicherung mittels einer modernen Scada-Plattform.
Zur Optimierung der Zugänglichkeit und regulatorischen Compliance wurde ein von der Information Technology Company (ITC) gemanagtes Datencenter für den direkten, nahtlosen Datenempfang und die Visualisierung durch die britische Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency (MHRA) eingerichtet. Nach der deutlichen Verbesserung der cGMP-Compliance entschloss sich der Pharmahersteller zur Ausweitung der Lösung auf weitere Produktionsbereiche.
Autor: Alan Messenger, Sales Director, Optimal Industrial Automation
