Granulationsprozess

Bei der Granulation werden aus feinen Pulvern oder kleinen Partikeln durch Vergrößerung der Partikelgröße größere Körner (Granulate) gebildet. Das Ziel besteht in der Regel darin, die Fließfähigkeit, Dosierbarkeit, das Staubverhalten und gegebenenfalls das Lösungs- oder Freisetzungsverhalten zu verbessern. Man unterscheidet vor allem die Nass-, Trocken- und Wirbelschichtgranulation.

Bei der Nassgranulation werden Pulver mit einer Granulationsflüssigkeit (in der Regel Wasser oder eine wässrige Bindemittellösung) benetzt und unter mechanischer Bewegung agglomeriert. Es entstehen Nassgranulate, die anschließend getrocknet und gegebenenfalls auf eine Zielkorngröße klassiert oder zerkleinert werden. Typische Apparate sind High-Shear-Mischer/Granulierer, Granuliermischer oder Wirbelschichtgranulatoren.

Bei der Trockengranulation wird keine Flüssigkeit zugegeben. Die Pulver werden durch Walzenkompaktoren oder Großtablettenpressen verdichtet. Das kompaktierte Material wird anschließend zerkleinert und gesiebt. Dieses Verfahren wird eingesetzt, wenn Produkte gegenüber Feuchtigkeit oder erhöhter Temperatur empfindlich sind. Bei der Wirbelschichtgranulation werden die Prozesse Fluidisierung, Sprühen und Trocknen oft in einem Apparat kombiniert: Ein Binder wird auf die fluidisierten Partikel gesprüht und die entstehenden Agglomerate werden direkt getrocknet. Granulationsprozesse sind in der Pharma-, Lebensmittel-, Chemie- und Düngemittelindustrie weit verbreitet. Sie stellen eine Zwischenstufe zwischen Pulverherstellung und nachfolgenden Schritten wie Tablettieren, Extrudieren, Beschichten oder Direktverpressen dar. 

Partikelwachstum durch Koaleszenz. Mehrere Primärpartikel bilden ein Agglomerat. Das Gesamtvolumen entspricht der Summe der Einzelvolumina:

V_A = n · V_P

Ein kugelförmiges Agglomerat wächst mit der dritten Wurzel der Partikelanzahl. Große Durchmesser erfordern daher viele Primärpartikel.

d_A = d_P · n^(1/3)

• V_A = Volumen des Agglomerats
• V_P = Volumen eines Primärpartikels
• d_A = Agglomeratdurchmesser
• d_P = Primärpartikeldurchmesser
• n = Anzahl der Primärpartikel

Agglomerate enthalten Hohlräume. Diese beeinflussen Festigkeit und Dichte. Die Porosität berechnet sich zu

ε = 1 - (ρ_A / ρ_S):

• ε = Porosität
• ρ_A = scheinbare Agglomeratdichte
• ρ_S = Stoffdichte