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Sanfte Sprühtrocknung mit Elektrostatik

Verfahren ermöglicht niedrige Temperaturen
Sanfte Sprühtrocknung mit Elektrostatik

Bei der Sprühtrocknung von thermisch sensiblen Produkten ist eine niedrige Trocknungstemperatur entscheidend. Das von Fluid Air entwickelte System Polardry beruht auf dem Einsatz von Elektrostatik. Mit dem System sind Trocknungstemperaturen von bis zu 30 °C möglich. Es eignet sich sowohl für die Trocknung von anaeroben Bakterien, Probiotika, Spezialmilchpulver und Vitaminen als auch für Anwendungen der Mikroverkapselung.

Die Sprühtrocknung wird in unterschiedlichen Branchen zur Herstellung von Pulvern eingesetzt. Klassische Anwendungen sind die Trocknung von Milchpulver, Enzymen, Proteinen, Vitaminen und pharmazeutischen Wirkstoffen. Das hergestellte Pulver wird in den meisten Fällen nachgranuliert, um es fließfähig zu machen und danach entweder abgefüllt oder weiterverarbeitet.

In Anwendungen mit thermisch sensitiven Produkten kommt es bei der Trocknung unter anderem auf ein wichtiges Kriterium an, die Trocknungstemperatur. Im industriellen Maßstab ist die Sprühtrocknung oftmals auf hohe Trocknungstemperaturen limitiert. Hierfür kann das von Fluid Air, einer Tochter von Spraying Systems Co., entwickelte
Polardry-System eine Alternative sein. Durch den Einsatz von Elektrostatik als Kernelement dieser Technologie sind Trocknungstemperaturen von bis zu 30 °C möglich.

Der elektrostatische Effekt

Die Theorie hinter der Polardry-Technologie beruht auf unterschiedlichen Polaritäten in der flüssigen Ausgangslösung. Durch die elektrostatische Aufladung der Flüssigkeit vor dem Versprühen in den Sprühturm werden die Komponenten mit der höchsten Polarität, also die Lösungsmittel, am stärksten aufgeladen. Wird ein aufgeladener Partikel nun im Schwerefeld des Sprühturms betrachtet, drängen die leitfähigen und stark aufgeladenen Moleküle an den äußeren Rand des Partikels. Dies führt zu einer vereinfachten Aufnahme der Feuchtigkeit durch das aufgewärmte Trocknungsgas, was letztendlich geringe Trocknungstemperaturen ermöglicht. Im Polardry-
System wird ausschließlich Stickstoff als Trocknungsgas verwendet. Durch seine inerten Eigenschaften kommt es einerseits zu keiner Explosion im Sprühturm, andererseits lässt sich dadurch Oxidation am Produkt vermeiden. Produkte, die mit dem Polardry-System getrocknet werden, zeichnen sich durch geringe Denaturierung und einen hohen Erhalt an thermisch sensitiven Komponenten aus.

Mikroverkapselung

Darüber hinaus kann Polardry auch für
Mikroverkapselungsanwendungen eingesetzt werden. Die Idee dahinter ist, dass die Ausgangslösung aus drei Komponenten besteht: Lösungsmittel, Trägermaterial und Wirkstoff. Das Lösungsmittel besitzt die höchste Polarität. Es wird bei der elektrostatischen Aufladung am stärksten aufgeladen, an den äußeren Rand der Partikel gedrängt und verdampft. Das Trägermaterial besitzt in der Regel eine mittlere Polarität, während der Wirkstoff unpolar ist oder eine sehr geringe Polarität aufweist. Aufgrund dieser
Eigenschaften wird der Wirkstoff nicht oder kaum aufgeladen und bleibt folglich im Partikelzentrum. Das Trägermaterial hingegen wird elektrostatisch aufgeladen und bewegt sich vom Partikelzentrum weg. Dabei legt es sich wie eine Hülle um den Wirkstoff und schließt ihn ein.

Änderung der Partikeleigenschaften

Eine weitere Besonderheit des Polardry-
Systems ist die Möglichkeit, Partikelmorphologie und Partikelgrößen zu ändern. Neben Parametern wie Temperatur und Druck, die auch bei der konventionellen Sprühtrocknung zur Einstellung von Partikelmorphologie und -größen eingesetzt werden, kommt beim Polardry-System mit der Elektrostatik ein weiterer physikalischer Parameter hinzu. Durch intermittierende elektrostatische Aufladung können Feinanteile reduziert und Partikelgrößen beeinflusst werden. Bei dem patentierten Prinzip der Pulsweitenmodulation wird die Suspension für einige Sekunden mit hoher Spannung und darauffolgend mit niedriger Spannung aufgeladen. Daraus entstehen im Sprühturm einerseits Partikel, die schneller getrocknet und kleiner sind, andererseits Partikel, die etwas feuchter und größer sind. Durch die Wirbelbewegung des Trocknungsgases im Sprühturm treffen die feuchten und trockenen Partikel aufeinander, haften zusammen und werden nachgetrocknet. Tests zeigen, dass Partikelgrößen von bis zu 400 µm möglich sind. Üblicherweise stellt das System Pulver mit einer Partikelgröße im Bereich von 70 bis 120 µm her. Aus diesem Grund wird auf einen Agglomerationsschritt mithilfe eines internen oder externen Fließbettes nach der Trocknung verzichtet. Unter anderem durch größere Partikel lässt sich die Dispergierung in Flüssigkeiten und die Fließfähigkeit von Pulvern steigern.

Skalierbares System

Aufgrund seiner geringen Bauhöhe benötigt das System in einer Produktionshalle oder in einem Labor nur sehr wenig Platz. Außerdem wird auf ein Separierzyklon zur Produkt-/Gas-Trennung und einen nachgeschalteten Filter verzichtet. Die Produkt-/Gas-Trennung erfolgt unterhalb des Sprühturms in einer Separiereinheit.

Die elektrostatische Sprühtrocknung wird für viele Anwendungen eingesetzt, etwa für die Trocknung von anaeroben Bakterien, Probiotika, Spezialmilchpulver wie Colostrum oder Lactoferrin und Vitaminen. Ein Anwendungsbeispiel für die Mikroverkapselung ist die Herstellung von Omega-3-Fettsäure-Präparaten aus Fischölen.

Das Produktportfolio umfasst verschiedene Ausführungen für eine Verdampfungsrate von 0,1 bis 200 kg/h. Dabei ist eine Skalierbarkeit von der Labor- bis zur Industrieanlage möglich.

Fluid Air Germany,
Witten

Halle 3C, Stand 211


Autor: Marcel Ziemski

Produktspezialist,

Fluid Air Germany

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