Jakie korzyści oferują modułowe serie mieszalników dla elastycznych wielkości wsadu i skalowania z centrum prób do produkcji?
Modułowe serie mieszalników mogą organizacyjnie i technicznie zbliżyć do siebie rozwój, próby pilotowe i produkcję. Ich korzyść powstaje przede wszystkim wtedy, gdy wielkości urządzeń w serii rzeczywiście wykazują porównywalne zasady mieszania, narzędzia, koncepcje pomiarowe i okna procesowe. Identyczne formy konstrukcyjne lub podobne geometrie ułatwiają scale-up, nie gwarantują jednak niezmienionego przeniesienia receptur, czasów mieszania czy cech jakościowych.
Elastyczne wielkości wsadów
Mieszalnik może przetwarzać różne wielkości wsadów w ramach swojego udowodnionego zakresu eksploatacji. Możliwy do wykorzystania zakres zależy od produktu, gęstości nasypowej, rozkładu wielkości cząstek, wilgotności, zadania mieszania, geometrii narzędzia, kolejności dozowania i wymagań jakościowych. Ryczałtowe zakresy stopnia napełnienia lub stwierdzenie, że każdy wsad daje się wymieszać w tej samej jakości w całym spektrum objętości, nie są więc wiarygodne.
Wymienne narzędzia, wkładki lub dodatkowe organy procesowe mogą dostosowywać instalację do określonych zadań, na przykład deagłomeracji, wprowadzania cieczy lub produktów wrażliwych. Zmieniają one jednak wprowadzanie energii, obciążenie ścinające, rozwój ciepła i ewentualnie strukturę cząstek. Wymiana narzędzia nie jest więc prostym dostosowaniem receptury, lecz musi być oceniana w odniesieniu do produktu i jakości. Także szybko wymienialne części mające kontakt z produktem skracają czasy przezbrojenia tylko wtedy, gdy czyszczenie, demontaż, kontrola, ponowny montaż i zwolnienie są odpowiednio zorganizowane.
Scale-up z ograniczeniami
Podobieństwo geometryczne może być pomocne przy scale-up. Porównywalne stosunki zbiornika, narzędzia i stopnia napełnienia umożliwiają bardziej ustrukturyzowane badanie istotnych efektów. Dla procesów mieszania i cieczowych bezwymiarowe liczby charakterystyczne, takie jak liczba Reynoldsa, liczba Froude'a czy liczba Newtona, mogą być pomocne przy przenoszeniu przepływu, wprowadzania mocy i reżimu mieszania.
Przy mieszaninach proszkowych takie liczby charakterystyczne są jednak tylko ograniczenie wystarczające. Materiały sypkie reagują na rozkład wielkości cząstek, różnice gęstości, wilgotność, kohezję, elektrostatykę, segregację, naklejenia i lokalne strefy przepływu. Zwłaszcza przy bardzo małych ilościach, mikrokomponentach lub dodawaniu cieczy stosunki między centrum prób a produkcją mogą się istotnie zmieniać. Także przenoszenie ciepła, wyładunek, zdolność do czyszczenia i dokładność dozowania nie skalują się automatycznie. Wiarygodny scale-up wymaga więc prób z oryginalnym produktem, jasnej definicji krytycznych atrybutów jakościowych oraz sprawdzenia docelowej wielkości urządzenia.
W zastosowaniach farmaceutycznych wytyczna ICH Q8(R2) wymaga uzasadnienia przenoszalności przestrzeni projektowej (Design Space) opracowanej w skali laboratoryjnej lub pilotowej na skalę produkcyjną. Przestrzeń projektowa opisuje kombinację właściwości materiałowych i parametrów procesowych, które wykazywalnie zapewniają jakość. Dla zastosowania w kilku skalach powinny być wyjaśnione istotne parametry niezależne od skali oraz ryzyka scale-up. Bezwymiarowe liczby charakterystyczne lub modele skalowania mogą być przy tym częścią uzasadnienia, nie zastępują jednak potwierdzenia odniesionego do produktu w skali produkcyjnej.
Automatyka i dokumentacja
Jednolita architektura sterowania może upraszczać przejmowanie receptur, rejestrację danych i koncepcji obsługi między centrum prób a produkcją. Mimo to parametry receptury, zakresy pomiarowe, sensoryka, granice alarmowe, uprawnienia użytkowników i logika sterowania muszą być dostosowane i przetestowane dla danej instalacji. Bezpośrednie przejęcie receptury z centrum prób do produkcji jest uzasadnione tylko wtedy, gdy zakres parametrów i jego wpływ na jakość są zabezpieczone dla instalacji docelowej.
To samo ograniczenie dotyczy kwalifikacji i walidacji. Wyniki z centrum prób mogą wspierać dobór procesowy i wybór parametrów krytycznych. Kwalifikacja procesu i ocena wydajności muszą jednak odbywać się w przewidzianej lokalizacji produkcyjnej. FDA opisuje walidację procesu jako cykl życia: proces komercyjny jest definiowany na podstawie wiedzy z fazy rozwoju i scale-up, następnie kwalifikowany i stale nadzorowany podczas rutynowej produkcji.
Ekonomiczność i eksploatacja
Wspólne komponenty w ramach serii mieszalników mogą upraszczać gospodarkę częściami zamiennymi, szkolenia i planowanie konserwacji. Korzyści te zależą jednak od tego, ile części jest rzeczywiście identycznych i czy wolno je stosować identycznie w różnych wielkościach urządzeń i środowiskach produktowych. Konserwacja lub wymiana modułu „w trakcie trwającej eksploatacji” jest przy instalacjach mieszających możliwa tylko wtedy, gdy pozwalają na to proces, bezpieczeństwo pracy, containment i redundancja. Bez równoległej zdolności produkcyjnej lub odpowiednich buforów nawet modułowa instalacja prowadzi do przerw w produkcji.
Dodatkowa peryferia, taka jak próżnia, temperowanie, sensoryka lub interfejsy cyfrowe, może być doposażona przy instalacjach przygotowanych konstrukcyjnie. Jest to szczególnie efektywne, gdy przyłącza rezerwowe, przestrzeń zabudowy, zdolności medialne i rezerwy sterowania są już dostępne. W przeciwnym razie rozbudowa jest często wykonalna, ale nie jest prostym retrofitem.
Wielkości wsadów i scale-up w amixon®
amixon® oferuje szerokie spektrum pionowych mieszalników precyzyjnych do rozwoju, centrum prób i produkcji. Dzięki temu operatorzy mogą dobierać odpowiednie aparaty dla różnych wielkości wsadów i zadań procesowych oraz zabezpieczać dobór za pomocą prób z oryginalnym produktem. Centralna produkcja w Paderborn umożliwia przy tym dostosowanie specyficzne dla projektu przestrzeni mieszania, narzędzia, wyładunku, automatyki i dokumentacji istotnej dla kwalifikacji.
Dla mniejszych wsadów rozwojowych i specjalnych dostępne są kompaktowe systemy mieszania. Większe mieszalniki produkcyjne mogą – zależnie od typu i wymagań – być wytwarzane w wielkościach od 100 litrów do 50 000 litrów, a na życzenie w krokach co 100 litrów. Umożliwia to dobór zdolności produkcyjnej ściśle dostosowany do rzeczywiście potrzebnej wielkości wsadu. Dla dużych wsadów amixon® oferuje z mieszalnikiem Gyraton® rozwiązanie dla bardzo dużych ilości materiału sypkiego; firma pokazuje na przykład wykonanie o pojemności mieszania około 70 metrów sześciennych.
Narzędzia mieszające mieszalników pionowych pracują według zasady SinConvex®. Dla określonych serii amixon® podaje zakres prędkości obwodowej od około 0,8 do 3,5 metra na sekundę. Porównywalne zasady narzędziowe i spójna filozofia konstrukcyjna mogą wspierać przenoszenie wiedzy z prób w centrum prób do doboru produkcyjnego. Nie zastępują one jednak sprawdzenia scale-up odniesionego do produktu: wraz z rosnącą wielkością urządzenia mogą się zmieniać kinetyka mieszania, stopień napełnienia, wprowadzanie energii, przenoszenie ciepła, zachowanie dozowania, opróżnianie i łagodność wobec produktu.
amixon® towarzyszy temu przejściu próbami w centrum prób. W Paderborn dostępnych jest około 35 instalacji testowych do procesów mieszania, suszenia i reakcji; uzupełniające centra prób znajdują się w USA oraz kilku krajach Azji. Próby z oryginalnym produktem pozwalają ocenić dla danego zadania jakość mieszania, czas mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie cieczy, wprowadzanie energii, zdolność do opróżniania i zdolność do czyszczenia. Udokumentowane wyniki stanowią wiarygodną podstawę doboru aparatu, parametrów procesowych i doboru docelowej wielkości urządzenia. Zmniejszają ryzyko scale-up, nie zastępują jednak oceny wydajności w rzeczywistym środowisku produkcyjnym.
Szerokość systemów mieszania amixon® umożliwia oprócz mieszalników wsadowych także ciągłe procesy mieszania i specjalne. To, który typ aparatu jest odpowiedni, zależy od produktu, wydajności, wielkości wsadu, strategii dozowania, wymagań czyszczenia, containment i automatyki. amixon® może dla tego dostosować system mieszania, dozowanie, wyładunek i peryferia do specyfikacji wymagań użytkownika, w skrócie URS, operatora.
Dla powtarzalnego prowadzenia procesu programy mieszania mogą być zapisane w programowalnym sterowniku logicznym, w skrócie sterowniku PLC. Czas mieszania, prędkość obrotowa, kolejność dozowania, profil temperatury i inne parametry procesowe mogą być sterowane dla poszczególnych wsadów. Podłączenie specyficzne dla projektu do systemów nadrzędnych oraz identyfikacja materiału wspomagana kodami kreskowymi może łączyć recepturę, wsad i dane procesowe. Wspiera to identyfikowalność wsadów oraz analizę całkowitej efektywności wyposażenia, po angielsku Overall Equipment Effectiveness, w skrócie OEE, o ile model danych, znaczniki czasowe, uprawnienia użytkowników i kategorie przestojów są jednoznacznie zdefiniowane w całym systemie.
Dla zastosowań regulowanych amixon® może udostępniać dokumentację techniczną do kwalifikacji i wspierać przy Design Qualification, Installation Qualification i Operational Qualification, w skrócie DQ, IQ i OQ. Wykonanie może być zorientowane na wymagania specyficzne dla projektu, takie jak EU-GMP, FDA 21 CFR Part 11, EHEDG, standardy 3-A Sanitary, ATEX lub ASME. Odpowiedzialność za walidację procesu, walidację czyszczenia, integralność danych oraz kwalifikację całego systemu pozostaje po stronie operatora.
amixon® opracowuje i produkuje według danych firmy w Paderborn i towarzyszy instalacjom długoterminowo poprzez rozruch, konserwację, modernizację, doposażenie i zaopatrzenie w części zamienne. Ta kombinacja własnej produkcji, szerokiej palety aparatów i międzynarodowej struktury centrów prób wspiera operatorów w możliwym do prześledzenia rozwijaniu i dostosowywaniu procesów mieszania – od próby aż po instalację produkcyjną.