Zur Umsetzung eines Containment-Konzeptes greifen Ingenieure gerne auf gängige Technologien wie z. B. Isolatoren, Doppelklappensysteme und Containment Bags zurück. Bei einer Extruderanlage gibt es allerdings einige spezifische Herausforderungen hinsichtlich des Containments. So besteht die kontinuierliche Anlage meist nicht nur aus dem Pharmaextruder, zusätzlich werden eine gravimetrische Dosiereinrichtung und eine nachgeschaltete Kühl- und Ausformeinrichtung benötigt. Darüber hinaus ist zu beachten, dass bei größeren Durchsätzen die Dosierung kontinuierlich nachgefüllt werden muss.
Um auf Nummer sicher zu gehen, müssen alle Komponenten (d. h. Dosierung, Extruder und Kühleinrichtung) in einen festen Isolator eingebaut werden. Nicht alle Kühleinrichtungen sind dafür allerdings geeignet. Der Einsatz einer gekühlten Walze hat sich als zuverlässige technische Lösung erwiesen. Die technischen Herausforderungen solch einer Anlage sind also vielfältig: So müssen die Prozessteile innerhalb des Isolators sein, die Antriebe jedoch außerhalb. Dies erfordert zum einen eine exakte Abstimmung der Dimensionen zwischen den Aggregaten. Zum anderen muss ein ausgeklügeltes Dichtungskonzept erarbeitet werden, da einige rotierende Wellen abgedichtet werden müssen. Zwar wird der Isolator im Unterdruck betrieben, dieser muss jedoch auch bei Ausfall des Lüftungssystems für eine vorgegebene Zeit gehalten werden. Eine zweite Herausforderung ist die durch den Extrusionsprozess im Isolator entstehende Wärme, die es abzuführen gilt. Gleichzeitig müssen alle Prozessteile durch einen WIP-Prozess (Washing in Place) benetzt und gereinigt werden: Das bedeutet, dass alle Teile innerhalb des Isolators mittels Handschuhen demontiert, gereinigt und ausgeschleust werden müssen. Dies erfordert umfangreiche konstruktive Änderungen an den Standardaggregaten für die Dosierung, dem Extruder und der Kühlwalze. Eine sogenannte Mock-up-Studie (der Bau eines Modell-Isolators) ist hierfür unerlässlich. Die Anforderung, die Prozessteile durch die Handschuhe montieren und bedienen zu können, schränkt naturgemäß auch die Anlagengröße ein, schließlich müssen alle Teile in der Armlänge der Handschuhe erreichbar sein.
Je nach Prozess muss die Dosierung automatisch befüllt werden. Hier kommen üblicherweise Doppelklappensysteme zum Einsatz. Es ist jedoch darauf zu achten, ob das jeweilige System eine OEB-5-Anforderung erfüllt. Für niedrigere Mengen empfiehlt sich das manuelle Nachfüllen anhand von Containment Bags. Dadurch kann der potenzielle Staubanfall im Isolator konzeptbedingt minimiert werden.
Bild 1 zeigt eine Anlage mit Dosierung, Extruder und Kühlwalze im geschlossenen Isolator. Sie erfüllt die Anforderungen einer OEB-5-Anlage. Im umgebenden Raum selber müssen keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, da Staub nur innerhalb des Isolators entsteht und dieser erst geöffnet wird, wenn alle Teile sauber bzw. benetzt sind. Je nach Richtlinien kann vorher ein Swab-Test (Wischtest) durchgeführt werden.
Alternative: Flexibler Isolator
Diese aufwendige Technologie lohnt sich jedoch nicht für alle Anwender. Insbesondere dann, wenn nur sporadisch hochpotente Wirkstoffe gefahren werden. Eine Lösung kann hier der Einsatz eines flexiblen Isolators sein, bei dem die Isolationstechnik aus einer Kunststofffolie besteht. Der Vorteil: Man kann die Anlage bei ungefährlichen Wirkstoffen auch ohne Containment fahren. Im flexiblen Isolator werden nach Batchende die Anlagenteile lediglich benetzt, da man davon ausgeht, dass die Gefährlichkeit des Stoffes dadurch wesentlich reduziert wird. Dann wird die gesamte Folie einfach abgezogen und entsorgt.
Aus wirtschaftlicher Sicht weist der starre Isolator höhere Planungs- und Investitionskosten auf. Der flexible Isolator ist in der Anschaffung günstiger, hat jedoch höhere Folgekosten durch den Verbrauch der Folie.
Bei Einsatz eines flexiblen Isolators wird oft nur die Dosierung eingehaust. Die Philosophie dahinter: Der hochpotente Wirkstoff ist nur als Pulver wirklich gefährlich. Auf eine zusätzliche Einhausung des Extruders kann verzichtet werden, da das Gemisch nach der Knetzone als Schmelze vorliegt. Bei dieser Variante müssen jedoch besondere Vorkehrungen im Bereich der Schneckenwellenabdichtung vorgenommen werden.
Zusätzliche Optionen
Im Bereich der Schmelzgranulation wird das Granulat oft durch einen Vibrationsförderer gekühlt. Dabei werden die Förderböden mit Wasser gekühlt und damit die Temperatur des Granulates reduziert. Konstruktiv ist es nicht möglich, ein solches Gerät im Isolator einzubauen. In diesem Fall wird das Aggregat im Unterdruck betrieben und ebenfalls mit WIP-Düsen ausgestattet. Bild 4 zeigt eine solche Anlage (ZSE 27 HP-PH mit Kühlwendelförderer).
Die einfachste Lösung bei kleineren Anlagen (bis max. 10 kg/h) besteht darin, das Produkt in einem speziellen Behälter abzufüllen, der durch eine manuelle Doppelklappe eine sichere Befüllung der Dosierung unter Containment-Bedingungen ermöglicht. Für die Dosierung selbst, den Extruder und die Nachfolge ist kein Containment vorgesehen.
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Autor: Albrecht Huber
Leiter Erzeugnisbereich
Pharma & Life Science,
Leistritz Extrusionstechnik
