Die Aussichten für das Continuous Manufacturing sind ausgesprochen gut. Für die nächsten Jahre prognostizieren Marktforschungsinstitute ein überdurchschnittliches Wachstum von rund zehn Prozent (z. B. Prognose von Infinium Global Research bis 2028). Die kontinuierliche Herstellung könnte sich aufgrund prozesstechnischer Vorteile als Alternative zum Batch-to-Batch-Verfahren durchsetzen. Auch Regulierungsbehörden wie die Food and Drug Administration (FDA) betrachten das Verfahren als zukunftsweisendes, qualitätsgetriebenes Werkzeug zur Modernisierung der Pharma- und Food-Industrie.
Kontinuierliche Direktverpressung als Königsweg
Bei Fette Compacting ist die kontinuierliche Fertigung ein zentraler Entwicklungsbereich, wobei der Schwerpunkt auf der Direktverpressung liegt. Dies ist vor allem auf einen breiteren Anwendungsbereich im Vergleich zur Batch-Direktverpressung zurückzuführen, der sich mit einer raum- und ressourcenschonenden Anlagenplanung sowie mit einer präzisen Prozessanalyse kombinieren lässt. Bei der Direktverpressung wird das Pulver ohne zusätzliche Granulation vom Dosier-Misch-Modul in die Tablettenpresse geleitet. Im Vergleich zur granulationsbasierten Produktion entfallen mehrere Produktionsschritte, weshalb der Platzbedarf sinkt und der Prozess schlanker wird.
Zur Weiterentwicklung der kontinuierlichen Direktverpressung verfolgt Fette Compacting seit Jahren einen Quality-by-Design-Ansatz, der zu einem vielseitigen Prozessdesign beigetragen hat. Letztlich ist daraus die Dosier-Misch-Einheit FE CPS hervorgegangen. In Kombination mit einer Rundläufertablettenpresse und einem zentralen Bedienterminal bildet sie eine vollständige kontinuierliche Direktverpressungslinie. Die gesamte Anlage ist auf nur einer Ebene in bestehende Produktionsräume integrierbar.
In fünf Schritten zur Tablette
Auf dem Weg zur fertigen Tablette durchläuft das Pulver beziehungsweise die Vormischung mehrere flexibel einstellbare Prozessschritte: von den Einlassöffnungen für die Materialien bis zur Auslassöffnung für die Mischung, die wiederum mit dem Einlass der nachgeschalteten Tablettenpresse verbunden ist. Der kontinuierliche Produktfluss lässt sich in den folgenden fünf Stufen zusammenfassen und beschreiben.
1. Materialzufuhr
Die Dosier-Misch-Einheit verfügt über bis zu sechs Öffnungen für die Materialzufuhr. Jeder Einlass kann für eine einzelne Zutat oder eine Vormischung aus mehreren Zutaten genutzt werden. Eine Vormischung wird verwendet, wenn die Gesamtzahl der Inhaltsstoffe sechs übersteigt oder die Konzentration eines Inhaltsstoffs in der Formulierung besonders niedrig ist. Jede Zufuhr ist mit einem automatischen Nachfüllsystem (Automatic Refill System, ARS) ausgestattet, welches das Material zuverlässig und gleichmäßig intermittierend dem nächsten Prozessschritt zuführt. Da dieser erste Schritt für den korrekten Betrieb der gesamten Anlage entscheidend ist, hat Fette Compacting ein eigenes Nachfüllsystem mit speziellen Schnecken entwickelt. Sie sind in der Lage, sehr anspruchsvolles Rohmaterial zuverlässig und gleichmäßig in den Dosierprozess zu befördern.
2. Dosierung
Die Dosierung bildet sozusagen das Herzstück der neuen Technologie. Hier kommen bis zu sechs gravimetrische (Loss-in-Weight, LIW) Pulverdosierer 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 erforderliche Fördermenge. Die LIW-Dosierer verwenden Doppelschnecken, um das Material mit der erforderlichen Dosierleistung und minimaler Dosiervariabilität in den nächsten Prozessschritt zu dosieren.
3. Mischprozess
Im nächsten Schritt kommt ein eigens entwickelter horizontaler Pulvermischer zum Einsatz. Er verfügt über zwei aufeinanderfolgende, aber unabhängige Mischzonen – ohne eine tote Zone dazwischen. Das ermöglicht, Mischprozesse mit hoher und niedriger Scherenergie in einem einzigen Mischer zu kombinieren und die besten Mischergebnisse je nach Rezepturanforderungen zu erzielen. Der Mischer ist mit vier Einlassöffnungen ausgestattet: zwei in der ersten Mischzone und zwei in der zweiten. Die verschiedenen Zutaten werden von den LIW-Dosierern zu den Einlassöffnungen des Mischers geleitet, wobei eine Kombination aus Fallrohren und Übergabetrichtern verwendet wird. Jede spezifische Trichterkonfiguration legt fest, welcher Auslass des Dosierers mit welchem Einlass des Mischers verbunden ist. Darüber wird die Mischdauer der jeweiligen Zutat festgelegt. Es stehen verschiedene Trichterkonfigurationen als Formatteile zur Verfügung, die eine große Flexibilität bieten. So erreichen Anwender für ein breites Spektrum an Rezepturen die optimale Prozesseinstellung aus Scherintensität und Mischdauer.
4. Inline-Qualitätskontrolle
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 die Konzentration des Wirkstoffs. 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 an der Tablettenpresse, womit eine fortlaufende Inprozesskontrolle unter Hochgeschwindigkeit realisierbar ist.
5. Fördern
Als letzter Schritt vor der Tablettierung wird die Pulvermischung gleichmäßig und ohne Entmischungsgefahr zum Einlass der Tablettenpresse befördert. Zu diesem Zweck wurde ein Pulvertransportsystem entwickelt, welches das Produkt per Dichtstromförderung ohne Entmischungsgefahr über eine Strecke von bis zu zehn Metern befördert. Über einen Förderschlauch gelangt es auf den Förderarm der FE CPS, der flexibel auf den Einlauf der Tablettenpresse ausgerichtet werden kann. So ist sichergestellt, dass das durchgemischte Pulver störungsfrei in die Tablettenpresse gelangt und dort in der gewohnten Qualität verpresst wird. Das Mischungsfördersystem ermöglicht auch eine Zweiraumaufstellung der Direktverpressungslinie. Die FE CPS kann in einem Raum platziert werden, während sich die Tablettenpresse im Nebenraum befindet. Dies kann interessant sein, wenn das System in einer bestehenden Tablettenproduktionsanlage installiert werden soll.
Neue Perspektiven
In ihrer Zusammenwirkung eröffnen diese Prozessschritte neue Perspektiven für die Effizienz und Produktqualität in der Tablettierung. Durch ein schlankes Anlagendesign und eine darauf abgestimmte Prozessanalysetechnologie bietet die FE CPS eine kompakte und gleichzeitig prozesssichere Lösung für das Continuous Manufacturing.
Fette Compacting GmbH, Schwarzenbek
Halle 16, Stand B16
Für eine exakte kontinuierliche Dosierung stehen verschiedene Sätze von Doppelschnecken zur VerfügungBild: Fette Compacting
Der horizontale Spezialmischer kombiniert Mischprozesse mit hoher und niedriger ScherungBild: Fette Compacting
Autor: Dr. Marten Klukkert
Vice President
Customer Development Center
Fette Compacting
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