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Design einer Tabletten-Befilmungsanlage mit erhöhter Energieeffizienz

Die Entwicklung eines Film-Coaters für die Pharmaindustrie verkürzt Prozesse um 25 % und verbessert so die Energiebilanz erheblich

Die Herausforderung im Sinne der Nachhaltigkeit:

Ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von pharmazeutischen Feststoffen in Tablettenform ist das Befilmen der Tablettenkerne. Dazu werden Flüssigkeiten/Suspensionen über ein Düsensystem in einem so genannten Trommelcoater auf eine bewegte Charge Tabletten aufgesprüht.
Die zugehörigen Prozesse dauern häufig einige Stunden pro Charge. Um den aufgesprühten Film zu trocknen, werden große Volumina gefilterte Luft erwärmt. Temperaturen von 85 °C sind hier keine Seltenheit. Diese werden durch Einsatz von Heißdampf, Elektroenergie oder Warmwasser erzeugt und anschließend dem Prozess zugeführt. Abhängig von den erforderlichen Prozess-Parametern ist die Luftaufbereitung also sehr energieintensiv.
Darüber hinaus besteht eine besondere Herausforderung darin, dass es abhängig von der Prozessführung nicht gelingt, die vollständige Menge Suspension (Lack) auf die Kerne aufzubringen. Es entstehen so genannte Lackverluste. Als Lackverlust wird die Menge an Suspension bezeichnet, die nicht wie gewünscht beim Aufsprühen auf den Tablettenkernen landet, sondern sich auf den Innenflächen der Coating-Anlage und in den Abluft-Filtersystemen sammelt. Während der Reinigung muss dann kontaminiertes Wasser aufgefangen und aufwendig entsorgt werden. Ebenso müssen belastete Filtereinsätze fachgerecht aufbereitet bzw. entsorgt werden. Dieses hat negativen Einfluss auf die Ökobilanz. Die Gesamtanlageneffektivität oder englisch Overall Equipment Effectiveness (OEE) als Maß der Wertschöpfung einer Anlage sinkt.

Die Ausgangssituation:

Ziel der Bohle Innovation war es, diese Kennzahlen nachhaltig zu verbessern und die Energieeffizienz zu steigern. Neben dem wirtschaftlichen Nutzen, sind bei der Entwicklung des neuen Anlagenkonzepts auch die ökologischen Aspekte besonders berücksichtigt worden. Nachhaltig soll die einzusetzende Energie reduziert werden. Die Umweltbelastung durch Minimierung der Lackverluste soll verringert und die Produktivität der Anlage erhöht werden. Das verbessert insgesamt die Öko-Bilanz signifikant.

Die Lösung:

Basierend auf der beschriebenen Ausgangsposition, ist ein neues Anlagenkonzept entstanden, das im Markt schnell eine hohe Akzeptanz erlangt hat. Der entwickelte Bohle-Film-Coater wird, weltweit in pharmazeutischen Produktionsstätten eingesetzt. Das Ziel, die Prozesszeiten substantiell zu verkürzen, um Ressourcen und Energieeinsatz nachhaltig zu minimieren, aber gleichzeitig die Produktivität zu steigern, ist erreicht worden.
In einem ersten Versuchsstadium bis hin zur Prototyp-Anlage sind im Rahmen einer „Proof-of-Concept" Studie die technologischen Aspekte verifiziert und konkretisiert worden. In weiteren „Case Studies" wurden Parameter optimiert und für verschiedene Anwendungsfälle mit unterschiedlichen Produkten definiert.
Wesentliche Komponenten sind im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen verbessert und verändert worden. Die wichtigsten Änderungen sind:

1.   Trommelgeometrie

  • Das Verhältnis von Durchmesser zur Länge der Coatingtrommel, ist verändert worden. Der Durchmesser wurde um ca. 20 Prozent verringert. Die Länge der Trommel mit dem Faktor 1,2 vergrößert. Füllt man diese zylindrische Trommel mit Tablettenkernen, erhöht sich im Vergleich zu den existierenden Anlagen, die Größe der projizierten Oberfläche des so genannten Tablettenbetts. Je nach Anlagengröße können bis zu zehn Sprühdüsen eingesetzt werden, um die größere Oberfläche auszunutzen. Im Endergebnis kann eine deutliche gesteigerte Sprührate erzeugt werden.
  • Technologisch entscheidend ist aber zugleich auch eine stetige und effektive Durchmischung der Tablettenkerne in der Coatingtrommel um so genannte Totzonen zu vermeiden. Dazu sind gegenläufige Mischspiralen an der Trommelwandung eingebaut worden. Diese erzeugen einen wirksamen und gleichzeitig schonenden Mischeffekt. Daraus resultiert ein sehr gleichmäßiger Filmauftrag (Coating Uniformity). Die erforderliche Suspensionsmenge zur gleichmäßigen Filmbildung sinkt um bis zu 10 Prozent.

2.    Luftführung

  • Beim Beschichten von Tablettenkernen in einem Filmcoater wird die aufgesprühte Suspension mit erwärmter Luft getrocknet. Entscheidend ist dazu, ein möglichst großes Verdampfungsenthalpie-Gefälle aufzubauen. Bohle hat dazu eine neue Art der Luftführung im Filmcoater entwickelt und eingesetzt. Dabei wird die erwärmte Luft direkt durch das Tablettenbett geführt. Dies steigert die Effektivität und reduziert den so genannten Sprühtrocknungseffekt auf ein Minimum.

3.    Reinigungssystem

  • Nach Prozessende oder bei Produktwechsel, wird der kontaminierte Prozessraum gereinigt. Neben der Vermeidung von umweltbelastenden Rückständen, ist eine effektive und reproduzierbare Reinigung der Anlage ein wesentliches Merkmal für die Ökobilanz. Die von Bohle erstmals eingesetzte Hochdruckreinigung des kritischsten Bereichs der Trommelinnseite und des Sprüh-Arms, reduziert den erforderlichen Wasserbedarf erheblich um etwa 30 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Niederdrucksystemen.

Die nachhaltigen Stärken:

Die wichtigste Innovation – die Trommelgeometrie mit den integrierten gegenläufigen Spiralen und mit der zugehörigen Luftführung – ist zum Patent angemeldet worden.
Die aus den beschriebenen Aspekten resultierende Prozesszeitverkürzung, steigert nachhaltig die Overall-Equipment-Effectiveness (OEE) über den gesamten Lebenszyklus und reduziert die Umwelteinflüsse erheblich

Die Erfinder:

Lorenz B. Bohle ist Erfinder der Bohle-Coatingtechnolgie und zugleich auch Geschäftsführer der L.B. Bohle Maschinen + Verfahren GmbH.

Kurzprofil des Unternehmens:

Name: L.B. Bohle Maschinen + Verfahren GmbH
Hauptsitz: 59320 Ennigerloh
Gründungsjahr: 1981
Mitarbeiter: 230
Lösungen: L.B. Bohle ist ein Spezialmaschinenbauer für die pharmazeutische Feststoffproduktion. Es werden Maschinen für folgende Produktionsschritte gebaut: Wiegen, Granulieren (Feucht- und Trockengranulation), Sieben und Mahlen, Mischen,  Coating und Handling.
Internationalität: Standorte: Werk 2 in 48336 Sassenberg, Werk 3 in 59320 Ennigerloh (Fertigstellung im Herbst 2013), L. B. Bohle LLC in Warminster USA, L.B. Bohle India in Goa, Büro in Singapur.
Vertriebspartner: Algerien, Argentinien, Australien (inkl. Neuseeland), Brasilien, Bulgarien, China, Kroatien, Bosnien, Herzegowina, Slowenien, Ägypten, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Indien, Italien, Jordanien, Korea, Mexico, Marokko, Niederlande, Belgien, Polen, Portugal, Rumänien, Serbien, Montenegro, Mazedonien, Singapur, Malaysia, Spanien, Schweden, Dänemark, Finnland, Norwegen, Schweiz, Tunesien, Türkei, Ukraine, Russland, Großbritannien, USA, Bangladesh, Kolumbien, Indonesien, Israel, Iran, Japan, Kuwait, Pakistan, Philippinen,  Puerto Rico, Katar, Südafrika, Sri Lanka, Taiwan
URL: www.lbbohle.de