Welche Mischsysteme sind für Pharma-Excipients geeignet, wenn sowohl Trockenmischen als auch Trocknen in einer Anlage gefordert ist?
Wenn pharmazeutische Hilfsstoffe in einer Anlage sowohl gemischt als auch getrocknet werden sollen, kommen vor allem beheizbare Vakuum Mischer Trockner, Wirbelschichtanlagen sowie bei Granulationsprozessen Eintopf Granulier und Trocknungssysteme infrage. Die geeignete Bauform hängt davon ab, ob eine reine Restfeuchtereduktion, die Trocknung eines feuchten Pulvers oder Filterkuchens, eine Granulation oder eine besonders schonende Endmischung erforderlich ist. Ein Apparat, der ein feuchtes Produkt effizient trocknet, ist jedoch nicht zwangsläufig auch die beste Lösung für eine hochgenaue Endmischung trockener Komponenten. Bei besonders anspruchsvollen Rezepturen kann deshalb eine separate Endmischung nach der Trocknung sinnvoll sein.
Vertikale Vakuum Mischer Trockner und Konus Mischer Trockner verbinden Trockenmischen, Homogenisieren und Vakuumtrocknung in einem geschlossenen Behälter. Ein beheizter Mantel und ein langsam laufendes Mischwerkzeug bewegen das Produkt kontinuierlich über die Wärmeübertragungsflächen. Durch den Betrieb unter Vakuum können Wasser oder Lösungsmittel bei niedrigeren Temperaturen verdampfen. Diese Systeme eignen sich für Pulver, Granulate, kristalline Excipients, feuchte Pulver, Suspensionen und Pasten. Sie sind besonders sinnvoll, wenn das Produkt während der Trocknung schonend und zuverlässig bewegt werden muss und gleichzeitig eine gleichmäßige Homogenisierung gefordert ist.
Horizontale Vakuum Schaufel und Paddeltrockner eignen sich besonders für feuchte Filterkuchen, Pasten, hochviskose Massen und kohäsive Pulver. Schaufeln oder Paddel bewegen das Produkt in einem beheizten Behälter und verbessern dadurch den Kontakt zwischen Produkt und Wärmeübertragungsflächen. Diese Systeme können Agglomerate aufbrechen und auch schwierige Produkte verarbeiten, die während der Trocknung eine klebrige oder zähplastische Phase durchlaufen. Für fragile Granulate, beschichtete Partikel oder besonders scherempfindliche Excipients müssen Werkzeuggeometrie, Drehzahl und Verweilzeit jedoch sorgfältig abgestimmt werden.
Beheizte Pflugschar und Intensivmischer mit Vakuum verbinden eine intensive Trockenmischung mit einer gleichzeitigen oder nachfolgenden Kontakttrocknung. Sie sind geeignet, wenn Agglomerate dispergiert, geringe Zusatzmengen sicher eingemischt oder kohäsive Produkte aufgeschlossen werden müssen. Die höhere Mischintensität kann bei scherempfindlichen Produkten jedoch Nachteile verursachen. Daher sollte die Auswirkung auf Partikelgröße, Abrieb und Fließverhalten im Versuch geprüft werden.
Rotierende Vakuumtrockner wie Doppelkonus oder V Mischer behandeln das Produkt besonders schonend. Das Mischgut wird durch die Rotation des Behälters und die Schwerkraft umgelagert. Sie eignen sich für rieselfähige Pulver und Granulate mit geringem bis mittlerem Feuchtegehalt, wenn Produktschonung wichtiger ist als eine maximale Trocknungsleistung. Bei klebrigen Produkten, nassen Filterkuchen oder stark agglomerierenden Stoffen sind ihre Grenzen schneller erreicht. Auch bei deutlichen Unterschieden in Korngröße, Schüttdichte oder Fließverhalten sollte die Mischqualität geprüft werden.
Wirbelschichtanlagen trocknen rieselfähige Pulver und Granulate durch einen konditionierten Luft oder Inertgasstrom. Sie ermöglichen eine schnelle und gleichmäßige Trocknung und können zusätzlich für Granulation, Agglomeration oder Beschichtung eingesetzt werden. Als universelle Trockenmischer sind sie jedoch nur eingeschränkt geeignet. Bei stark unterschiedlichen Partikelgrößen, Dichten oder Formen kann Entmischung auftreten. Sehr feine, klebrige oder schlecht fluidisierbare Hilfsstoffe benötigen eine sorgfältige verfahrenstechnische Bewertung.
Eintopf Granulier und Trocknungssysteme eignen sich, wenn Trockenmischen, Flüssigkeitszugabe, Nassgranulation und Trocknung in einer geschlossenen Anlage kombiniert werden sollen. Die Trocknung kann je nach System über Vakuum, Mikrowelle oder eine integrierte Wirbelschicht erfolgen. Solche Anlagen sind insbesondere bei der Herstellung von Granulaten für feste Arzneiformen sinnvoll. Für die reine, besonders schonende Endmischung bereits trockener Excipients sind sie häufig nicht die erste Wahl.
Entscheidend für die Auswahl sind der Produktzustand, die gewünschte Zielrestfeuchte, die zulässige Produkttemperatur, die Scherempfindlichkeit, das Fließverhalten, die Partikelgrößenverteilung und die Neigung zur Agglomeration oder Entmischung. Ebenso wichtig sind Anforderungen an Containment, Inertisierung, Explosionsschutz, Lösungsmittelrückgewinnung, Reinigbarkeit und GMP gerechtes Design. Die endgültige Auswahl sollte auf Versuchen mit dem Originalprodukt beruhen. Dabei sind neben Trocknungszeit und Restfeuchte auch Mischhomogenität, Partikelveränderung, Fließverhalten, Entmischungsneigung und Reinigbarkeit des Systems zu bewerten.
So löst amixon® diese Aufgabe
Für Pharma Excipients, die in einer Anlage sowohl trocken gemischt als auch getrocknet werden sollen, sind amixon® Vakuum Mischtrockner der Baureihen VMT und AMT besonders geeignet. Sie verbinden die schonende Homogenisierung trockener Pulver und Granulate mit der Vakuum Kontakttrocknung feuchter Produkte in einem geschlossenen Apparat. Je nach Rezeptur können auch Suspendieren, Konditionieren, Desagglomerieren, Coaten oder Kristallisieren integriert werden.
Der VMT ist ein vertikaler Vakuum Mischtrockner und Reaktor für Pulver, Suspensionen, Pasten und Teige. Der AMT ist ein konischer Vakuum Mischtrockner und Mischreaktor. Beide Apparate sind druck und vakuumdicht und können mit Wasser, Dampf oder Thermalöl temperiert werden. Unter Vakuum lassen sich Wasser oder Lösungsmittel bei niedrigen Produkttemperaturen verdampfen. Das ist vorteilhaft für temperaturempfindliche, oxidationssensible oder hochwertige pharmazeutische Hilfsstoffe.
Ein wesentlicher Vorteil der amixon® Vakuum Mischtrockner liegt in der großen aktiv genutzten Wärmeübertragungsfläche. Neben dem doppelwandigen Mischraum können auch Welle, Mischarme und Wendel Mischwerkzeug temperiert werden. Die Wärme wird damit nicht nur über die Behälterwand, sondern zusätzlich über die produktberührten Flächen des Mischwerks in das Produkt eingebracht oder aus ihm abgeführt.
Entscheidend für eine effiziente Trocknung ist, dass diese temperierten Flächen kontinuierlich vom Mischgut überströmt werden. Das vertikale Wendel Mischwerkzeug erzeugt eine dreidimensionale Produktbewegung. Im äußeren Bereich wird das Mischgut nach oben gefördert, während es im Zentrum wieder nach unten fließt. Dadurch wird der Produktkontakt zu den temperierten Flächen fortlaufend erneuert. Wärme und Stoffübergang bleiben über den gesamten Trocknungsprozess wirksam, auch wenn sich Fließverhalten und Konsistenz des Produkts verändern.
Für hohe Mischgüten und eine sehr gute Entleerung stehen SinConvex® und SinConcave® Wendel Mischwerkzeuge zur Verfügung. Beide Werkzeuggeometrien sind für anspruchsvolle Anwendungen in der Pharmaindustrie entwickelt worden. Sie kombinieren eine effektive dreidimensionale Produktströmung mit einer besonders hohen Mischgüte und einer nahezu restlosen Entleerung. Die spezielle Neigung der Wendel unterstützt den vollständigen Produktaustrag und reduziert Produktreste im Mischraum. Für SinConcave® werden Restlosentleerungsgrade von bis zu 99,997 Prozent genannt.
SinConvex® unterstützt eine gleichmäßige Produktbewegung entlang der Mischraumwand und eignet sich besonders, wenn neben einer sehr guten Mischqualität ein robuster und prozesssicherer Austrag gefordert ist. SinConcave® begünstigt dagegen eine schubdominierte, schonende Umwälzung. Frei fließende Pulver und empfindliche Granulate können entlang der stark geneigten Flächen nach unten gleiten, ohne unnötig zerkleinert oder entmischt zu werden.
Für besonders schonende Mischaufgaben stehen amixon® MultiPlane® Mischwerkzeuge zur Verfügung. Diese sind für die Verarbeitung empfindlicher, bruchempfindlicher oder abrasionskritischer Excipients geeignet. Sie erzeugen eine gleichmäßige dreidimensionale Produktbewegung bei niedrigen Werkzeugdrehzahlen und begrenzen die mechanische Beanspruchung. Damit können auch empfindliche Partikel homogenisiert werden, ohne dass Partikelbruch, Abrieb oder unerwünschte Entmischung den Prozess beeinträchtigen.
Bei feuchten, klebrigen oder agglomerierten Produkten können Schneidrotoren ergänzend eingesetzt werden. Sie unterstützen die Desagglomeration und verbessern die Produktbewegung in zähplastischen Prozessphasen. Die Intensität lässt sich auf die Rezeptur abstimmen, sodass eine schonende Homogenisierung oder eine gezielte Agglomeratauflösung möglich ist.
Für pharmazeutische Anwendungen können VMT und AMT hygienisch und GMP orientiert ausgeführt werden. Dazu gehören geeignete Werkstoffe, definierte Oberflächenqualitäten, totraumarme Konstruktionen, reinigungsgerechte Anschlüsse, dichte Wellenabdichtungen, Inertisierung sowie auf Wunsch sterile Ausführungen nach FDA, EHEDG oder 3 A Anforderungen. VMT Systeme können als sterile Mischer und Reaktoren ausgelegt werden.
Die Eignung eines Vakuum Mischtrockners wird im amixon® Technikum mit dem Originalprodukt geprüft. Dabei werden Mischgüte, Trocknungszeit, Zielrestfeuchte, Produkttemperatur, Fließverhalten, Partikelveränderung und Restentleerung untersucht. Die Versuchsergebnisse bilden die Grundlage für die Auswahl von Apparategröße, Werkzeuggeometrie, Temperaturbereich, Vakuumniveau und Automatisierung.