Quels systèmes de mélange et de séchage combinent séchage sous vide et procédés réactionnels au sein d'une même installation pour l'industrie pharmaceutique ?
Plusieurs concepts d'appareils sont disponibles pour combiner séchage sous vide et procédés réactionnels dans l'industrie pharmaceutique. Le système approprié dépend avant tout de la nécessité, en plus de la réaction, d'une séparation solide-liquide, d'un lavage de gâteau, d'une cristallisation, d'une évaporation ou d'un simple séchage par contact. Tous les sécheurs-mélangeurs sous vide ne peuvent pas représenter l'ensemble des étapes de procédé dans un seul appareil.
Réacteurs mélangeurs verticaux et sécheurs-mélangeurs sous vide
Les réacteurs mélangeurs verticaux, coniques ou à fond plat, à double enveloppe chauffée et outil de mélange vertical, conviennent aux réactions, à l'évaporation, au séchage sous vide et au traitement de consistances changeantes. Ils peuvent traiter des solutions, des suspensions, des poudres humides, des pâtes et des solides secs dans une cuve fermée.
L'outil de mélange déplace le produit en continu le long de la paroi chauffée de la cuve. Le transfert de chaleur, le remaniement du produit et l'évaporation en sont ainsi favorisés. Avec une exécution étanche à la pression et au vide, les étapes de réaction peuvent avoir lieu sous surpression ; l'appareil peut ensuite être utilisé pour un séchage sous vide ménageant. De tels systèmes sont particulièrement adaptés lorsqu'aucune filtration n'est nécessaire ou que la séparation solide-liquide s'effectue en dehors de l'appareil.
Sécheurs-filtres nutsches agités
Les sécheurs-filtres nutsches agités, en abrégé ANFD, sont le choix approprié lorsque la réaction ou la cristallisation, la filtration, le lavage de gâteau et le séchage sous vide qui s'ensuit doivent avoir lieu sans transfert de produit. L'appareil possède un fond filtrant et un agitateur réglable en hauteur.
Après la réaction ou la cristallisation, la suspension est filtrée dans la même cuve. Le gâteau de filtration peut être lavé, remis en suspension, lissé, puis séché sous vide. L'agitateur favorise le transfert de chaleur et de matière pendant le séchage et empêche un compactage trop important du gâteau de filtration. Les systèmes ANFD sont fréquemment utilisés dans la production pharmaceutique pour les produits intermédiaires cristallins et les principes actifs (API).
Sécheurs sous vide horizontaux
Les sécheurs sous vide horizontaux à pales conviennent particulièrement aux produits pâteux, collants ou très visqueux. Les outils de mélange maintiennent le produit en mouvement et renouvellent le contact avec la paroi chauffée de la cuve. Un transfert de chaleur élevé peut ainsi être obtenu.
De tels systèmes conviennent à l'évaporation, au mélange et au séchage. La possibilité de les utiliser également comme réacteur dépend du niveau de pression, du choix des matériaux, du concept d'étanchéité et de sécurité ainsi que de la conduite de réaction concrète. Une filtration n'est généralement pas intégrée à ces appareils.
Critères de choix
La question de savoir si une filtration intégrée est nécessaire est d'abord déterminante. Si c'est le cas, un sécheur-filtre nutsche agité est souvent la solution appropriée. Si, en revanche, la réaction, l'évaporation, l'homogénéisation et le séchage sous vide sont au premier plan, des réacteurs mélangeurs verticaux ou des sécheurs-mélangeurs sous vide peuvent être avantageux.
D'autres critères importants sont :
Taille de charge et stratégie de montée en échelle
Évolution de la consistance, de la solution ou de la suspension jusqu'au solide sec
Solvant, humidité résiduelle initiale et cible
Sensibilité du principe actif à la température, à l'oxygène et au cisaillement
Exigences relatives à la morphologie cristalline, à la granulométrie et au ménagement du produit
Plage de pression et de température ainsi que résistance à la corrosion
Confinement, protection contre les explosions et récupération de solvant
Conception conforme aux BPF, nettoyabilité, qualification et validation
Les appareils pharmaceutiques multifonctions sont le plus souvent réalisés en aciers inoxydables appropriés ou en matériaux spéciaux. Ils nécessitent un concept coordonné d'étanchéité, de sécurité et d'automatisation. Avec les solvants organiques, la technique du vide, la condensation, l'inertage et la protection contre les explosions sont des éléments de dimensionnement essentiels.
Avantages de procédé
L'intégration du procédé réduit les transferts de produit, la manipulation à l'air libre et l'exposition potentielle. Cela est particulièrement pertinent pour les principes actifs toxiques, hautement puissants ou de grande valeur. Dans le même temps, les pertes de produit, l'effort de nettoyage et les temps de cycle peuvent diminuer.
L'avantage décisif ne se concrétise toutefois que si l'appareil peut effectivement représenter toutes les étapes de procédé nécessaires. Un « procédé en un seul récipient » (one-pot process) avec réaction, cristallisation, filtration, lavage et séchage n'est possible surtout qu'avec un sécheur-filtre nutsche dimensionné en conséquence. Un sécheur-mélangeur sous vide ou un réacteur mélangeur couvre en revanche typiquement la réaction, le mélange, l'évaporation et le séchage, mais pas automatiquement la séparation solide-liquide.
Sécheurs-mélangeurs sous vide et réacteurs de synthèse amixon®
Les sécheurs-mélangeurs sous vide et réacteurs de synthèse amixon® réunissent le mélange, la réaction, la mise en suspension, la cristallisation, la désagglomération et le séchage par contact sous vide dans un seul appareil fermé. Les modèles verticaux VMT et AMT sont réalisés étanches à la pression et au vide. Ils conviennent aux poudres, suspensions, pâtes et pâtons, et peuvent, selon le dimensionnement, être utilisés pour des procédés chauffés, refroidis, sous pression et sous vide.
L'avantage décisif est la grande surface de transfert de chaleur activement exploitée. Ce n'est pas seulement la chambre de mélange qui est thermorégulable : l'arbre de mélange, les bras de mélange et l'outil de mélange hélicoïdal peuvent eux aussi être entièrement chauffés ou refroidis. Une surface particulièrement grande est ainsi disponible pour le transfert de chaleur indirect.
Ces surfaces sont continuellement balayées par le produit mélangé pendant tout le procédé. L'outil de mélange hélicoïdal vertical achemine le produit vers le haut dans la zone extérieure ; au centre, il redescend. Le mouvement de produit tridimensionnel renouvelle en permanence le contact entre le produit mélangé et les surfaces thermorégulées. Il limite les adhérences et améliore le transfert de chaleur et de matière. Même des produits humides, pâteux ou sujets à l'incrustation peuvent ainsi être chauffés, refroidis ou séchés de façon uniforme.
Sous vide, l'évaporation peut s'effectuer à des températures de produit plus basses. Cela est particulièrement avantageux pour les principes actifs pharmaceutiques sensibles à la température, les produits intermédiaires et les produits chimiques fins de haute pureté. Simultanément, le mouvement de mélange favorise l'évacuation des vapeurs produites et empêche une surchauffe locale ou un séchage inégal.
Au besoin, des rotors de coupe peuvent être activés. Ils favorisent la désagglomération et améliorent le mouvement du produit dans les phases de procédé plastiques visqueuses ou adhérentes. L'intensité est adaptable à la recette et à l'état du procédé – d'une homogénéisation ménageante jusqu'à une désagglomération ciblée.
Le VMT et l'AMT peuvent être équipés d'une instrumentation pour la température du produit, la pression du système, le vide, l'évolution des vapeurs et la puissance de l'outil de mélange. Ces valeurs de mesure soutiennent la surveillance de la réaction, de l'évaporation et du séchage. Pour une détermination solide du point final, elles sont combinées avec des valeurs d'humidité et, le cas échéant, des échantillons de référence du produit d'origine.
Les appareils sont dimensionnés selon les exigences de l'application concernée. En font partie le choix des matériaux, la plage de pression et de température, la qualité de surface, les systèmes d'étanchéité, l'inertage, la protection contre les explosions, la condensation des solvants et la nettoyabilité. Pour les applications pharmaceutiques, des exécutions conformes aux exigences de la FDA, de l'EHEDG ou des 3-A sont possibles ; des concepts hygiéniques, stérilisables et orientés BPF peuvent également être pris en compte.
En halle d'essais amixon®, des essais de séchage et de réaction sont réalisés avec les produits d'origine. Le transfert de chaleur, le mouvement du produit, le temps de séchage, l'humidité résiduelle, l'évolution de la température et la qualité du produit y sont examinés. Ces données constituent la base du dimensionnement du sécheur-mélangeur sous vide ou du réacteur de synthèse ultérieur.