Jakie systemy mieszająco-suszące łączą suszenie próżniowe i procesy reakcyjne w jednej instalacji dla przemysłu farmaceutycznego?
Do połączenia suszenia próżniowego i procesów reakcyjnych w przemyśle farmaceutycznym dostępnych jest kilka koncepcji aparatów. To, który system jest odpowiedni, zależy przede wszystkim od tego, czy oprócz reakcji wymagane jest rozdzielanie ciało stałe–ciecz, mycie placka filtracyjnego, krystalizacja, odparowanie lub czysta suszarka kontaktowa. Nie każdy próżniowy suszarko-mieszalnik może odwzorować wszystkie etapy procesu w jednym aparacie.
Pionowe reaktory mieszające i próżniowe suszarko-mieszalniki
Pionowe reaktory mieszające stożkowe lub z płaskim dnem, z ogrzewanym płaszczem podwójnym i pionowym narzędziem mieszającym, nadają się do reakcji, odparowania, suszenia próżniowego i przetwarzania zmiennych konsystencji. Mogą przetwarzać roztwory, zawiesiny, wilgotne proszki, pasty i suche ciała stałe w jednym zamkniętym zbiorniku.
Narzędzie mieszające porusza produkt w sposób ciągły wzdłuż ogrzewanej ściany zbiornika. Wspiera to przenoszenie ciepła, przemieszczanie produktu i odparowanie. Przy wykonaniu ciśnieniowym i próżniowoszczelnym etapy reakcji mogą odbywać się pod nadciśnieniem; następnie aparat może być wykorzystany do łagodnego suszenia próżniowego. Takie systemy są szczególnie odpowiednie, gdy nie jest wymagana filtracja lub gdy rozdzielanie ciało stałe–ciecz odbywa się poza aparatem.
Agitowane filtro-suszarki typu Nutsche
Agitowane filtro-suszarki typu Nutsche, w skrócie ANFD, są odpowiednim wyborem, gdy reakcja lub krystalizacja, filtracja, mycie placka filtracyjnego i następujące suszenie próżniowe mają odbywać się bez transferu produktu. Aparat posiada dno filtracyjne i mieszadło z regulacją wysokości.
Po reakcji lub krystalizacji zawiesina jest filtrowana w tym samym zbiorniku. Placek filtracyjny może zostać przemyty, ponownie zawieszony, wygładzony i następnie wysuszony pod próżnią. Mieszadło wspiera podczas suszenia przenoszenie ciepła i masy oraz zapobiega nadmiernemu zagęszczeniu placka filtracyjnego. Systemy ANFD są w produkcji farmaceutycznej często stosowane do krystalicznych produktów pośrednich i substancji czynnych (API).
Poziome suszarki próżniowe
Poziome suszarki próżniowe łopatkowe lub o mieszadłach typu paddle nadają się szczególnie do produktów pastowatych, klejących się lub wysokolepkich. Narzędzia mieszające utrzymują produkt w ruchu i odnawiają kontakt z ogrzewaną ścianą zbiornika. Dzięki temu można osiągnąć wysokie przenoszenie ciepła.
Takie systemy nadają się do odparowania, mieszania i suszenia. To, czy mogą być stosowane również jako reaktor, zależy od stopnia ciśnienia, doboru materiałów, koncepcji uszczelnień i bezpieczeństwa oraz konkretnego prowadzenia reakcji. Filtracja zazwyczaj nie jest zintegrowana w tych aparatach.
Kryteria wyboru
Decydujące jest najpierw pytanie, czy potrzebna jest zintegrowana filtracja. Jeśli tak, agitowana filtro-suszarka typu Nutsche jest często odpowiednim rozwiązaniem. Jeśli natomiast na pierwszym planie są reakcja, odparowanie, homogenizacja i suszenie próżniowe, korzystne mogą być pionowe reaktory mieszające lub próżniowe suszarko-mieszalniki.
Dalszymi ważnymi kryteriami są:
Wielkość wsadu i strategia skalowania
Przebieg konsystencji od roztworu lub zawiesiny do suchego ciała stałego
Rozpuszczalnik, początkowa i docelowa wilgotność resztkowa
Wrażliwość substancji czynnej na temperaturę, tlen i ścinanie
Wymagania dotyczące morfologii kryształów, wielkości cząstek i łagodności wobec produktu
Zakres ciśnienia i temperatury oraz odporność na korozję
Containment, ochrona przeciwwybuchowa i odzysk rozpuszczalnika
Projekt zgodny z GMP, możliwość czyszczenia, kwalifikacja i walidacja
Farmaceutyczne aparaty wielofunkcyjne są zwykle wykonywane z odpowiednich stali nierdzewnych lub materiałów specjalnych. Wymagają dopasowanej koncepcji uszczelnień, bezpieczeństwa i automatyzacji. Przy rozpuszczalnikach organicznych istotnymi elementami projektu są technika próżniowa, kondensacja, inertyzacja i ochrona przeciwwybuchowa.
Zalety procesowe
Integracja procesu zmniejsza liczbę transferów produktu, otwartą manipulację i potencjalną ekspozycję. Jest to szczególnie istotne przy substancjach toksycznych, wysoce aktywnych lub wysokowartościowych. Jednocześnie mogą zmniejszyć się straty produktu, nakład na czyszczenie i czasy cyklu.
Decydująca korzyść powstaje jednak tylko wtedy, gdy aparat rzeczywiście może odwzorować wszystkie wymagane etapy procesu. „Proces jednonaczyniowy” (one-pot) z reakcją, krystalizacją, filtracją, myciem i suszeniem jest możliwy przede wszystkim z odpowiednio zaprojektowaną filtro-suszarką typu Nutsche. Próżniowy suszarko-mieszalnik lub reaktor mieszający obejmuje natomiast zazwyczaj reakcję, mieszanie, odparowanie i suszenie, jednak niekoniecznie automatycznie rozdzielanie ciało stałe–ciecz.
Próżniowe suszarko-mieszalniki i reaktory syntezy amixon®
Próżniowe suszarko-mieszalniki i reaktory syntezy amixon® łączą mieszanie, reagowanie, suspendowanie, krystalizację, deaglomerację i próżniowe suszenie kontaktowe w jednym zamkniętym aparacie. Pionowe wykonania VMT i AMT są wykonane ciśnieniowo- i próżniowoszczelnie. Nadają się do proszków, zawiesin, past i mas i mogą – w zależności od projektu – być stosowane do procesów ogrzewanych, chłodzonych, ciśnieniowych i próżniowych.
Decydującą zaletą jest duża, aktywnie wykorzystywana powierzchnia wymiany ciepła. Termostatowana jest nie tylko komora mieszania: także wał mieszający, ramiona mieszające i helikalne narzędzie mieszające mogą być w pełni ogrzewane lub chłodzone. Dzięki temu dostępna jest szczególnie duża powierzchnia dla pośredniego przenoszenia ciepła.
Powierzchnie te są przez cały proces w sposób ciągły omywane przez mieszaninę. Pionowe helikalne narzędzie mieszające transportuje produkt w obszarze zewnętrznym do góry; w centrum spływa on ponownie w dół. Trójwymiarowy ruch produktu na bieżąco odnawia kontakt między mieszaniną a powierzchniami termostatowanymi. Ogranicza to przywieranie i poprawia przenoszenie ciepła i masy. Dzięki temu również wilgotne, pastowate lub skłonne do przywierania produkty mogą być równomiernie ogrzewane, chłodzone lub suszone.
Pod próżnią odparowanie można przeprowadzać przy niższych temperaturach produktu. Jest to szczególnie korzystne dla wrażliwych na temperaturę farmaceutycznych substancji czynnych, produktów pośrednich i wysoko czystych chemikaliów specjalistycznych. Jednocześnie ruch mieszania wspiera odprowadzanie powstających oparów i zapobiega lokalnemu przegrzaniu lub nierównomiernemu suszeniu.
W razie potrzeby można włączyć rotory tnące. Wspierają one deaglomerację i poprawiają ruch produktu w fazach procesu o konsystencji ciągliwej lub przywierającej. Intensywność można dostosować do receptury i stanu procesu – od łagodnej homogenizacji aż po celową deaglomerację.
VMT i AMT mogą być wyposażone w czujniki temperatury produktu, ciśnienia w układzie, próżni, przebiegu oparów i mocy mieszadła. Te wartości pomiarowe wspierają monitorowanie reakcji, odparowania i suszenia. Dla wiarygodnego określenia punktu końcowego są one łączone z wartościami wilgotności i w razie potrzeby z próbkami referencyjnymi oryginalnego produktu.
Aparaty są projektowane zgodnie z wymaganiami danego zastosowania. Należą do nich: dobór materiału, zakres ciśnienia i temperatury, jakość powierzchni, systemy uszczelnień, inertyzacja, ochrona przeciwwybuchowa, kondensacja rozpuszczalnika i możliwość czyszczenia. Dla zastosowań farmaceutycznych możliwe są wykonania zgodne z wymaganiami FDA, EHEDG lub 3-A; można również uwzględnić higieniczne, sterylizowalne i zorientowane na GMP koncepcje.
W centrum prób amixon® przeprowadzane są próby suszenia i reakcji z oryginalnymi produktami. Badane są przy tym: przenoszenie ciepła, ruch produktu, czas suszenia, wilgotność resztkowa, przebieg temperatury i jakość produktu. Dane te stanowią podstawę projektowania i doboru wielkości późniejszego próżniowego suszarko-mieszalnika lub reaktora syntezy.