Verbessern Sie die Produktion von Wirbelschichttrocknern durch Trockenmitteltechnologie, Teil 1

Von Scott Haynes und Mario Ranieri, Munters Corporation-Cargocaire Division

Anmerkung des Herausgebers: Dieser zweiteilige Artikel behandelt den Einsatz der Trockenmitteltechnologie in einer pharmazeutischen Produktionsanlage. Teil 1 untersucht kritische Probleme beim Trocknen von Arzneimitteln, während Teil 2 spezifische Trockenmitteltechniken bespricht, einschließlich des Cargocaire HoneyCombe Adsorptionstrockners.

Eine Prüfung bei einem Pharmaunternehmen in New Jersey, das mehr als ein Dutzend verschreibungspflichtige Arzneimittel herstellt, ergab eine Möglichkeit, den Durchsatz während der Sommermonate durch eine Verringerung der Prozessfeuchtigkeit zu steigern. Wie können wir selbst an den heißen, feuchten Sommertagen eine winterliche Luftfeuchtigkeit erreichen? Durch Adsorptionsentfeuchtung. Bei jedem Prozess oder jeder Produktionslinie, die im Winter besser, schneller oder mit höherer Produktqualität zu laufen scheint als im Sommer, besteht eine sehr gute Chance, dass es sich um ein Problem im Zusammenhang mit übermäßiger Luftfeuchtigkeit handelt.

Beim Trocknen pharmazeutischer Produkte wirken drei Variablen: Temperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit. Die drei Variablen werden manchmal durch das Produkt selbst begrenzt. Beispielsweise können große, zerbrechliche Partikel durch hohe Luftgeschwindigkeiten beschädigt werden und benötigen daher höhere Temperaturen oder trockenere Luft (weniger Luftfeuchtigkeit), um die Geschwindigkeitsreduzierung auszugleichen.

Viele pharmazeutische Produkte sind temperaturempfindlich. Um einen ausreichenden Durchsatz in der Produktion zu erreichen, muss man daher den Wärmemangel durch eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit und eine Verringerung der Luftfeuchtigkeit ausgleichen. Eine höhere Luftgeschwindigkeit wird durch die Verwendung eines Wirbelbetts erreicht. Eine effizientere Möglichkeit, trockenere Luft zu erreichen, besteht darin, die Luft durch ein Trockenmittel zu leiten, bevor die Luft mit dem Produkt in Kontakt kommt.

Die Kombination aus dem Trockenmittel-Entfeuchtungssystem und dem Wirbelbett bildet das Wirbelschicht-Verarbeitungs- und Trocknungssystem. Wirbelschichttrockner sind dafür bekannt, dass sie die Trocknungszeit im Vergleich zu Hordentrocknern und Vakuumtrocknern erheblich verkürzen können. Der Trocknungsprozess ist isotherm und die hohe Trocknungsgeschwindigkeit führt zu einer Verdunstungskühlung, die die Produkttemperaturen niedrig hält und gleichzeitig hohe Trocknungstemperaturen vom Luftbehandlungssystem zum Wirbelschichttrockner liefert.

Wirbelschichtsysteme sind normalerweise so konfiguriert, dass die Luft zur Fluidisierung und Trocknung von außerhalb des Gebäudes durch Vorfilter und in unserem Beispiel durch eine Frostschutzschlange, einen Adsorptionsentfeuchter, einen Luftbefeuchter, eine Endheizung, ein Temperaturregelgerät und HEPA angesaugt wird Endfilter. Beim Verlassen des Produktbetts strömt die feuchtigkeitsbeladene Luft durch eine Art Produkt-/Luftfilter, einen Ventilator und möglicherweise einen Endfilter und wird in die Atmosphäre abgegeben.

Die Wirbelschichttrocknung erfolgt schnell, da die gesamte Produktoberfläche dem großvolumigen Luftstrom ausgesetzt ist. Die Wärme wird durch Konvektion an die Produktoberfläche übertragen. Die kräftige Mischwirkung des Wirbelbetts führt dazu, dass der Prozess isotherm ist, eine wünschenswerte Bedingung für den Betrieb mit temperaturempfindlichen Materialien. Durch den Einsatz eines Adsorptionstrockners können Pharmahersteller die zum Trocknen einer Charge erforderliche Zeit aufgrund des extrem niedrigen Taupunkts der Adsorptionstechnologie sogar noch weiter verkürzen als mit herkömmlicher Kühltechnologie.

Funktionsweise der Trockenmittel-Entfeuchtung: Bevor die Außenluft in der Anlage den Wirbelschichttrockner erreicht, strömt sie durch Vorheiz- und Kühlschlangen. Die Prozessluft strömt dann durch einen Adsorptions-Luftentfeuchter Cargocaire HCD-4500, der die Luft auf einen sehr niedrigen Taupunkt von 12 °C oder 10 g/lb trocknet, was den besten Taupunkten im Winterbetrieb entspricht. Abschließend strömt die Luft erneut durch Kühl- und Heizschlangen und wird dem Glatt-Trockner mit dem erforderlichen Feuchtigkeits- und Temperaturniveau zwischen 54,5 °C und 77 °C bei 10 g/lb zugeführt.

Seit der Installation des Adsorptionsentfeuchters im August 1996 haben sich die Trocknungszeiten für eine Charge der kardiovaskulären Produktgranulate im Sommer um 15 Prozent verkürzt. Aufgrund erheblicher Verbesserungen wie dieser verwenden die meisten pharmazeutischen Produktionsanlagen kühlungsbasierte und/oder trocknende Entfeuchtungssysteme, um Feuchtigkeit aus dem Betrieb zu entfernen.

Kühlungsbasierte EntfeuchtungKühlungsbasierte Entfeuchtung ist die gebräuchlichste Methode zur Entfernung von Feuchtigkeit aus der Luft. Die meisten Klimaanlagen entfeuchten beim Abkühlen. Das Grundprinzip besteht darin, dass kalte Luft Feuchtigkeit nicht so gut speichern kann wie warme Luft – Luft wird gekühlt, um Feuchtigkeit durch Kondensation zu verdrängen. Um dieses Prinzip zu veranschaulichen, stellen Sie sich im Sommer und Winter ein kaltes Glas Limonade oder Bier vor. Im Sommer kondensiert bei hoher Luftfeuchtigkeit eine große Menge Feuchtigkeit. Im Winter hat die Luft weniger Feuchtigkeit, sodass weniger Kondensat auf der kalten Glasoberfläche kondensiert. Direktexpansionskühlung (DX) ist die am weitesten verbreitete Methode – die meisten Klimaanlagen sind vom DX-Typ. Das Grundprinzip besteht darin, dass Wärme von einem Luftstrom auf einen anderen übertragen wird, indem ein Gas erhitzt und mit einem Kompressor bewegt wird. Ein spezielles Gerät ist der „Cool-Reheat“-Luftentfeuchter im „Sears“-Stil, der die Luft kühlt, um sie zu entfeuchten, und dann die abgegebene Wärme nutzt, um die Luft nach der Entfeuchtung erneut zu erwärmen. Da alle BTUs effektiv genutzt werden, gilt diese Methode als die energieeffizienteste aller Luftentfeuchter – alle BTUs werden effektiv genutzt.

Vorteile der Kühlung

Ende von Teil 1

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Mario Ranieri, Business Development Engineer, Munters Corporation-Cargocaire Division, 79 Monroe St, Amesbury, MA 01913. Tel.: 508-388-0600.

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