Das Problem: Es gibt an dieser Stelle keine perfekte Lösung. Es muss stets ein bestmöglicher Kompromiss gefunden werden, der die bestehenden Bedingungen erfüllt. In einer ersten Analyse des Projekts muss die Produktgewinnung die obligatorischen 4 „C’s“ Bedingungen des Pulverhandlings erfüllen:
Complete (vollständig): Das gesamte Produkt soll gewonnen werden, um die Produktionsausbeute maximal zu halten. Dadurch wird gleichzeitig die Reinigung erleichtert und eine Kreuzkontamination der Chargen vermieden.
Convenient (angenehm): Für den Bediener ist gute Zugänglichkeit und einfache Bedienung zu gewährleisten.
Contained (eingeschlossen): Sowohl zum Schutz des Bedieners als auch zur Vermeidung einer Kontamination von außen läuft der Prozess vom Bediener abgeschottet in einem definierten Raum ab.
Cost-efficient (kosteneffizient): Errichtung einer rentablen Produktionsanlage, unter Berücksichtigung sowohl der Investitionen als auch der Produktionsausbeute.
Betrachtet man diese Randbedingungen, so wird deutlich, dass die Lösung stark produktionsabhängig ist. Die erforderliche Güte des Containments hängt von der Toxizität der Verbindung ab, und die wirtschaftlichen Auswirkungen hängen vom Mehrwert des jeweiligen Produkts ab. Aus diesem Grund steht immer eine große Auswahl an Lösungen zur Verfügung, und man muss das Anlagenkonzept sorgfältig auswählen. Darüber hinaus kann man auch die Anpassungsfähigkeit des Systems berücksichtigen, wenn es für verschiedene Produkte(gruppen) geeignet sein soll.
In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Anlagen zur Erreichung dieser vollständigen Produktgewinnung mit ihren Vor- und Nachteilen für die Handhabung von Feststoffen bei der Herstellung von API vorstellen.
Zentrifuge und Trockner separat oder der integrierte Filtertrockner?
Die Trocknung auf eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit ist oft der Engpass in der Produktion. Um ein sehr trockenes Produkt mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von bis zu 0,1 % zu erhalten, wird ein entsprechend geeigneter Trockner benötigt. Für eine schnelle und effiziente Trocknung, bei der die Moleküle vor hohen Temperaturen geschützt werden sollen, empfiehlt sich die Trocknung unter Vakuum. Um hier effizient vorzugehen, muss der Feststoff vor dem Trocknen von der Flüssigkeit bis auf eine Restfeuchte getrennt werden. Dafür benötigt man entweder zwei Anlagen oder ein „All-in-One-Gerät“, welches die zwei Prozesse integrieren kann.
Die Anschaffung von zwei Anlagen, eine für die Trennung und die andere für die Trocknung, kann mehr Flexibilität und höhere Produktivität bieten. Bei hohem Durchsatz kann man sogar verschiedene Trockner aus demselben Abscheider beschicken. Allerdings geschieht dies üblicherweise auf Kosten des Produkt- und Bedienerschutzes, beziehungsweise wird der Aufwand, den Schutz aufrechtzuerhalten, durch zusätzliche Transferwege deutlich erhöht. Auch erhöht sich der Platzbedarf und der potenzielle Produktverlust. Durch die zusätzlichen Komponenten und den zusätzlichen Pulvertransfer wird es somit kompliziert und aufwendig, die 4 „C’s“ der Pulverhandhabung zu erfüllen.
Wenn man einen hohen Grad an Sicherheit beim Pulverhandling benötigt, ist es bequemer, eine „All-in-One“-Lösung zu verwenden. Die Lösung für die Trocknung ist dann ein Filtertrockner, im englischen Agitated Nutsche Filter Dryer (ANFD) genannt.
Dieser Anlagentyp bietet die Möglichkeit, im selben Behälter erst eine Filtration, dann eine Kuchenwäsche und schließlich eine Vakuumtrocknung durchzuführen.
Wenn man die 4 „C’s“ des Pulverhandlings berücksichtigt, sind Filtertrockner die beste Lösung, um eine vollständige, bedienerfreundliche, geschlossene und kosteneffiziente Feststoffgewinnung zu erreichen.
Der offene Austrag ist irrelevant geworden
Egal, ob man sich für einen Trockner oder einen Filtertrockner entscheidet, die Frage der Zugänglichkeit des Produktionsraums hängt immer von der Toxizität des Produkts ab. Lange Zeit wurde das einfache Öffnen eines Behälters für nicht-toxische Produkte als akzeptabel angesehen. Dies war ein wichtiger Vorteil von Trocknern, insbesondere von kugelförmigen und konischen Trocknern, deren Form die vollständige Entleerung erleichtert.
Für die anderen Formen von Trocknern und für Filtertrocknern boten Lösungen wie kippbare Behälter gute Ergebnisse. Für die pharmazeutische Industrie und für gefährliche oder sehr reine Produkte, die nach GMP-Richtlinien hergestellt werden, ist dies aber nicht mehr gut genug. Heutzutage ist die Erhaltung der Produktreinheit und die Vermeidung von Fremd- und Kreuzkontaminationen nicht mehr mit dem offenen Herausschaben des restlichen Produkts aus einer großen Behälteröffnung vereinbar. Diese Lösung ist sicherlich die beste für eine vollständige und kostengünstige Entleerung, entspricht aber nicht den Containment-Anforderungen in der modernen Produktion. Daher werden für die Entleerung spezielle Technologien benötigt.
Glove Box als Seitenaustrag
Das Anbringen einer Glove Box an der Seitenaustragsöffnung ist ein gängiges Mittel, um das restliche Produkt geschützt aus dem Behälter zu holen, nachdem der Rührer das meiste Produkt automatisiert ausgetragen hat. Direkt unterhalb der Glove Box kann nachfolgend eine Abfüllung vorgesehen werden – bei Höhenproblemen kann zudem eine Powder Pump zwischengeschaltet werden, um das Produkt in eine Abfüllung oberhalb oder neben der Glove Box zu leiten. Durch geeignete innovative Konstruktionsmerkmale wie z. B. einer Sauglanze oder eines Glove Box Kratzers mit Bajonett-/ oder Teleskop Verschlusstechnik ist diese Technologie auch ausreichend bequem für den Bediener. CIP-Installationen verhindern zusätzlich eine Kreuzkontamination.
Bei großen Behältern ist es jedoch immer noch schwierig, das Produkt in geschlossener Art und Weise vollständig aus dem Filtertrockner auszutragen. Mit nur einer Zugangsöffnung können die Glove-Box-Kratzer nicht die gesamte Oberfläche des Mediums erreichen, denn der Kratzer mit zunehmender Länge immer schwieriger handzuhaben. Ein Anlagenkonzept mit zwei gegenüberliegenden Glove Boxen kann eine Lösung sein, um die Filteroberfläche vollständig abzudecken, allerdings im Vergleich zu automatischen Lösungen oftmals zu inakzeptablen Mehrkosten.
Automatisches Entleerungssystem
Für größere Behälter, dies betrifft in der Regel Apparate mit Filterflächen größer als 2 m², sind automatische Entleerungssysteme meist die bessere Lösung, um getrocknetes Pulver vollständig, gesichert in geschlossener Form („contained“), bedienerfreundlich und auch kostengünstig auszutragen. Es gibt nur wenige solcher Systeme auf dem Markt. Ein gängiger Ansatz ist die Verwendung von Luft (oder Stickstoff für Atex-Konformität, beziehungsweise wenn das Produkt vor Oxidation geschützt werden muss), um das Produkt über das Seitenaustragventil auszutreiben. Natürlich trägt das Rührwerk den größten Teil des Pulvers über das Seitenaustragventil aus. Die Hauptschwierigkeit ist jedoch stets die Gewinnung der untersten Restschicht: das Pulver, manchmal verklumpt, welches im Zwischenraum zwischen dem Filtermedium und der Unterkante der Rührerblätter am Ende des Hauptaustrags liegen bleibt. Dieser Zwischenraum dient als Sicherheitsabstand, um eine Beschädigung des Filtermediums durch den Rührer zu verhindern, wenn dieser in der untersten Position dreht.
Das Gas Knife, das von De Dietrich Process Systems angeboten wird, ist sicherlich eine der besten Lösungen, um den kompletten Austrag inklusive Restschicht zu automatisieren. Kleine Düsen befinden sich auf dem Gas-Knife-Rührflügel, um gezielt Gas auf die Restschicht zu blasen und so das Pulver auf kurzem Weg in das Seitenaustragventil zu befördern.
Da das Pulver durch diesen direkten Abzug nicht überall in den Behälter verteilt wird, ist diese automatische Entladung die schnellste und mit einer produktabhängigen Effizienz von bis zu 99 % auch die vollständigste. Darüber hinaus kann das Gas Knife zur Reinigung von Filterboden und Ventilsitz und zum besseren Mischen der Feststoffe verwendet werden. Es trägt auch zur Verkürzung der Trocknungszeit bei, indem über das Einblasen von trockenem/heißen Stickstoff die letzten Lösemittelreste effizient entfernt werden.
Dadurch kann die Ausbeute der Produktion erheblich gesteigert werden. Im Gegensatz zur Glovebox müssen die Betriebsparameter an das jeweilige Produkt vorgängig angepasst werden.
Integration in die Gesamtanlage
Wie bereits erläutert hängt die Lösung, die bei allen 4 „C’s“-Kriterien am besten abschneidet, immer von der Kritikalität des Produkts ab. Dies hängt auch von der Größe der Installation ab. Die Integration des Filtertrockners in die gesamte Anlage und das aktuelle oder zukünftige Prozessmanagementsystem sind ebenso wichtig wie Toxizität und Batchgröße.
Insbesondere das Pulverhandlingsystem, mit welchem das Produkt von einem Filtertrockner in eine Abpackstation entladen wird, beeinflusst die Lösung. Zusätzliche Vorteile können die Integration von CIP- und Dosiersystemen in die Automatisierung mit sich bringen. Die Entwicklung übergeordneter Lösungen in Übereinstimmung mit dem übergeordneten Prozess ist notwendig, um das effizienteste und kostengünstigste System zu realisieren. Hierbei können integrierte Systeme von De Dietrich Process Systems eine geeignete Variante sein.
Fazit
Der Überblick hilft bei der konzeptionellen Beschreibung und Auswahl der besten Lösung für eine zukünftige Anlage. Die Entscheidung ist komplex, da sie verschiedene Disziplinen umfasst. Es gibt keine universelle Lösung, sondern verschiedene beste Ansätze für ein Produkt. Daher ist es entscheidend, die möglichen Lösungen im Voraus zu testen. De Dietrich Process Systems unterstützt mit dem neuen Atex-konformen Technikum für Versuche in Filtration, Trocknung und Powder-Handling-Lösungen für die chemische und pharmazeutische Industrie.
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