Mahlen, Mikronisieren und Dosieren von Pharma-Wirkstoffen

Die Dosis Präzise einhalten

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05.05.2011 In der Pharmaindustrie entscheidet präzises Dosieren der Wirkstoffe über die Qualität des späteren Produkts. Welches Dosiergerät vor einer Mühle für die jeweilige Anwendung inFrage kommt, hängt stark von den Fließeigenschaften der Produkte ab. Auch die technische Ausstattung der Geräte ist wichtig, beispielsweise bei der Handhabung von hoch potenten Stoffen oder der Anwendung in explosionsgefährdeten Umgebungen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit keramischen Messrohren zeichnen sich durch eine Reihe von positiven Anwendungseigenschaften aus. Dazu zählen: Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien, Formstabilität, Temperaturwechselbeständigkeit, Vakuumbeständigkeit, Abrasionsbeständigkeit, Diffusionsdichtheit und Leckagesicherheit.
  • Die hohe Langzeitstabilität der Keramik-Geräte wurde mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt PTB wissenschaftlich untersucht. Im Härtetest zeigte sich, dass die Keramik-Geräte nach den Testreihen im Durchschnitt nur 0,05 % Abweichung gegenüber dem Neuzustand aufwiesen. Die Abweichung von PFA war um den Faktor acht höher.
  • Die Messrohre sind robust gegenüber mechanischen Beanspruchungen bei Montage und Betrieb.

Strahlmühlen zur Zerkleinerung aktiver Wirkstoffe und schüttgutartiger Pharmazeutika sowie von Trägerstoffen wie Lactose oder HPMC (Hydroxypropylmethyl-Cellulose) sind in der Pharmaindustrie weit verbreitet. Die Partikelverkleinerung vergrößert die Oberfläche sowie das Vermögen, Lösungen aufzunehmen. Auch kommt dadurch eine gleichmäßige Partikelverteilung zustande, die die Mischungsqualität bei der Weiterverarbeitung zu Tabletten und Kapseln verbessert.

Bei den meisten Mühlen für dieZerkleinerung von Stoffen ist die Beschickung ein wichtiger Faktor für gleichmäßige Partikelverteilung. Da die geforderte Qualität hauptsächlich von der Aufenthaltsdauer in der Mühle abhängt, ist der Dosierer ein wichtiges Werkzeug, um die Zeitdauer und damit die gewünschte Partikelverteilung zu steuern. Als Dosiergeräte kommen Drehschieber, Vibrationsdosierer oder Dosierschnecken mit Einfach- oder Doppelschnecken infrage. Nun ist es wie in jedem anderen Prozess: Die Fließeigenschaften des zu dosierenden Stoffes bestimmen das Dosiergerät, das sich am besten eignet.

Zwangsförderung bei kohäsiven und schwierigen Pulvern

Da die meisten in der Pharmaindustrie verarbeiteten Pulver und Mischungen eher schlecht fließen, ist ein Doppelschnecken-Dosierer oft die beste Wahl. Das Doppelkonkavprofil erlaubt eine Zwangsförderung durch die ineinandergreifenden Schneckengänge. Damit lassen sich schwierige und kohäsive Pulver zuverlässig dosieren. Klebrige Pulver, die sich besonders kohäsiv verhalten, oder Partikel mit extremem Längenverhältnis tendieren zum Verklumpen. Dadurch wird der Dosierfluss in einem Vibratordosierer oder einem Drehschieber empfindlich gestört und demzufolge auch die Partikelverteilung.

Typische Dosierleistungen bei diesen pharmazeutischen Zerkleinerungen liegen zwischen 20 g/h (für eine kleine Strahlmühle) und 840 kg/h bei einer Produktionsmühle. Bei diesen Angaben muss der Anwender die Gerätekonfiguration sowie die Art des Antriebes des Stellbereiches berücksichtigen. So hat eine Steuerung mit einem DC-Motor einen Stellbereich von 100:1, eine Steuerung mit einem Frequenz-Wechselrichter hingegen einen Bereich von 17:1.

Volumetrisch oder gravimetrisch?

Da die Dosiergenauigkeit nicht immer gleich ist, lassen sich verschiedene Schneckendosierer in volumetrischer oder in gravimetrischer Ausführung einsetzen. Ist das Material frei fließend und bleibt das Schüttgewicht konstant, sind die Erfahrungswerte mit einem volumetrischen Dosierer oft akzeptabel. Sobald aber eine starke Veränderung im Schüttgewicht eintritt, wird die Dosierschnecke unregelmäßig oder überhaupt nicht mehr gefüllt. Dies ist bei klebenden oder sich verhakenden Stoffen der Fall.

Denselben Effekt hat eine Brückenbildung im Behälter. Da die volumetrische Dosierung nur eine Funktion der Schneckendrehzahl ist, wird ein Fehler in der Dosierung gar nicht bemerkt. Selbst ein Niveaugeber im Behälter kann solche Unregelmäßigkeiten nicht erkennen, besonders bei Hochleistungsmühlen mit sehr kurzen Durchlaufzeiten. Gravimetrische Dosierwaagen mit Wägetechnologie wiegen das pharmazeutische Produkt kontinuierlich, während es in den Prozess eindosiert wird. Die Differenzial-Dosierwaagen decken viele Materialien und einen großen Dosierleistungsbereich ab. Durch das kontinuierliche Wägen des Gerätes einschließlich Behälter und Schüttgut lässt sich der Austrag schnell und genau regeln. Die Eigenschaft, auch schwierige Produkte präzise zu dosieren, macht die Differenzial-Dosierwaagen in der Pharmaindustrie sehr beliebt. Differenzial-Doppelschnecken-Dosierwaagen bieten unterschiedlichen Nutzen:

konstante Dosierleistung mit hoher Kurzzeit-Genauigkeit und minimaler Sollwert-Abweichung;
die gravimetrische Regelung überwacht die Dosierung zuverlässig und löst bei einer Überschreitung der Grenzwerte Alarm aus;
die digitale Wägetechnologie erfüllt die Genauigkeitsansprüche, die an Prozesse der pharmazeutischen Industrie bestehen;
der Istwert lässt sich auf einem Display ablesen;
kontinuierliche Füllstandskontrolle durch Überwachung des Gesamtgewichtes ist möglich.

Handhabung von hoch potenten Wirkstoffen

Viele Mahl- und Mikronisierungsanlagen müssen hochpotente Pharma-Wirkstoffe verarbeiten. Einige dieser Wirkstoffe können so aktiv sein, dass besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um sie von der Umgebung zu isolieren. Dabei muss einerseits das Personal vor dem Produkt und anderseits auch das Produkt selbst vor Kontaminationen geschützt werden. In diesen Fällen kommt eine abgedichtete Glove-Box zum Einsatz. Dosiergerät und Strahlmühle sind total geschützt, und für Manipulationen sind Öffnungen mit abgedichteten Schutzhandschuhen angebracht. Die Integration eines Pharmadosierers in eine Glove-Box erfolgt durch angepasste Montageplatten, sodass Motor und Getriebe außerhalb der Box platziert sind.

Beim Einsatz von Dosierwaagen muss das ganze Gerät innerhalb der Glove-Box aufgebaut sein. Hier schirmt ein eigenes Gehäuse Motor und Getriebe innerhalb der Box ab und belüftet sie bei Bedarf. Beim Nachfüllen des Dosierbehälters mit hochpotenten Wirkstoffen muss der Vorgang völlig kontaminationsfrei ablaufen. Oft kommt zwischen Container und Behälter eine Doppel-Drehklappe zum Einsatz. Der Dosierbehälter ist dazu mit einer entsprechenden Kupplung ausgerüstet.

Stickstoff verhindert Explosionen

Da viele Pharma-Stoffe organischen Ursprungs sind, besteht ein hohes Explosionsrisiko. Deshalb wird, speziell bei Mühlen, das ganze System mit Stickstoff überlagert. Der Stickstoff ersetzt den Sauerstoff und minimiert das Risiko für eine Explosion. Anschlüsse für das Gas lassen sich am Behälter sowie bei allen Dichtungen (Sperrluft) anbringen. Durch einen leichten Überdruck im Stickstoff dringt das Gas nicht nur in alle Räume, sondern es unterstützt auch die Funktion der Dichtungen. Kommt für die Strahlmühle Hochdruckgas zum Einsatz, kann ein Unterdruck in der Mühle entstehen und das Dosiergut aus dem Dosierer ziehen. Dagegen wird zwischen dem Dosierer-Austritt und dem Dosierbehälter eine Pendelleitung zum Druckausgleich angebracht.

In explosionsgefährdeten Räumen muss das gesamte Mühlensystem entsprechend ausgelegt sein. Alle Systemkomponenten in der gefährdeten Zone müssen einem Druckanstieg von 10 bar G widerstehen können. Da die Konstruktion eines Schneckendosierers für solche Drücke sehr kostspielig wäre, lässt sich zwischen Dosierer und Mühle eine überdimensionierte Zellradschleuse einbauen. Diese hat keine Mess- oder Regelfunktion. Durch die Überdimensionierung kann das Material ungehindert durchfließen. Eine zurückschlagende Druckwelle bei einem Druckanstieg würde aber verhindert. Aufgrund dieser Maßnahme lässt sich ein Standard-Pharma-Dosierer einsetzen.

Heftausgabe: Mai 2011
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Über den Autor

Sharon Nowak,
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