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Die Wirbelschichttechnologie und ihre Möglichkeiten

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09.04.2010 Wirbelschichtverfahren finden heute Anwendung in den verschiedensten Industriezweigen. Der ausgezeichnete Stoffaustausch, die Wärmeübertragung und die damit verbundenen Trocknungseigenschaften führten schnell zur Entwicklung weiterer Verfahren wie etwa der Sprühgranulation oder der Agglomeration. Gemeinsames Merkmal dieser Prozesse ist die kontinuierliche Trocknung, so dass eine definierte Feuchte im Wirbelbett eingestellt werden kann.

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Entscheider-Facts Für Anwender

  • In der Wirbelschicht lassen sich unterschiedlichste Verfahren realisieren, die auf eine Änderung der physikalischen Eigenschaften der verarbeiteten Produkte zielen.
  • Der ausgezeichnete Stoffaustausch und Wärmeübertragung und die damit verbundenen Trocknungseigenschaften führten schnell zur Entwicklung weiterer Verfahren wie etwa der Sprühgranulation oder der Agglomeration.
  • Durch Agglomeration des Wirkstoffes und der Hilfsstoffe können beispielsweise Entmischungen beim Tablettieren
  • sicher vermieden werden.
  • Beim Coaten werden die einzelnen Partikel mit einer Schicht überzogen,
  • die dem Produkt seine spezifische Funktionalität gibt.

Das Prinzip der Wirbelschicht basiert auf dem Durchströmen einer Feststoffschüttung mit einem Gas, bis sich nach Überwinden der Schwerkraft der einzelnen Teilchen ein bewegtes Bett ausbildet, das sich analog zu einem Fluid verhält. Dieser Lockerungspunkt ist abhängig von der Anströmgeschwindigkeit, der Partikelgröße, -form und -dichte. Es werden fünf verschiedene Zustände der Wirbelschicht unterschieden.

Die homogene Wirbelschicht bildet sich bei gleicher Dichte und Größe der Teilchen am Lockerungspunkt aus, wohingegen man bei der klassierenden Wirbelschicht einen Gradienten in der Partikelgrößenverteilung feststellen kann. Feinere Partikel werden mit dem Gasstrom in den oberen Teil des Bettes ausgetragen. Hohe Anströmgeschwindigkeit führen zur Blasenbildung, die für eine intensive vertikale Durchmischung der Schicht sorgt und für die meisten Wirbelschichtprozesse den gewünschten Arbeitsbereich kennzeichnet. Bei sehr großen oder auch extrem kleinen Partikeln wird eine Fluidisierung der gesamten Schüttung zunehmend schwieriger, und es kommt zur Bildung unregelmäßiger und instationärer Strömungskanäle. Beides führt nicht zu der angestrebten gleichmäßigen Durchmischung. Der Arbeitsbereich für den Wirbelschichtprozess hängt von der Anströmgeschwindigkeit, den Produkteigenschaften wie auch der Geometrie der Anlage ab und ist begrenzt durch die Lockerungs- und die Transportgeschwindigkeit.

Filter gewährleistet homogene Produktqualität

Eine Wirbelschichtanlage besteht im Wesentlichen aus dem „Arbeitsturm“ mit Anströmboden, Entspannungszone und Filtergehäuse und der Zu- und Abluftaufbereitung. Das Produkt wird über dem durchlässigen Behälterboden im Bereich der Entspannungszone in der Schwebe gehalten. Je nach Produkt und Verfahren kann der Boden sehr unterschiedlich gestaltet sein: verschiedene Arten von Siebgeweben, speziell gestanzte bzw. geschlitzte Bleche oder Spaltsiebböden.

Der im Arbeitsturm integrierte Filter dient der Rückhaltung von feinen Partikeln oder Staub, die beim Abreinigen dem Perozess wieder zugeführt werden und so eine homogene Produktqualität gewährleisten. Wesentlich für die Prozessführung ist die Konditionierung der Prozessluft. Durch Entfeuchtung mit Hilfe einer Kondensationskühlung oder Adsorptionstrocknung und gegebenenfalls anschließenden Befeuchten werden jahreszeitliche oder klimabedingte Schwankungen der Luftfeuchtigkeit eliminiert und gleichbleibende, reproduzierbare Prozessbedingungen eingestellt. Dies ist insbesondere notwendig für die in der Lebensmittel und Pharmaindustrie verwendeten moderaten Zulufttemperaturen
In der Wirbelschicht lassen sich unterschiedlichste Verfahren realisieren, die auf eine Änderung der physikalischen Eigenschaften der verarbeiteten Produkte zielen. Mit geeigneten Hilfsstoffen, die als Binder oder Netzmittel eingesetzt werden, lassen sich Pulver zu staubfreien, rieselfähigen und gut löslichen Produkten umformen. Das Auftragen eines Filmbildners kann einen Feuchteschutz, eine Geschmackmaskierung oder eine kontrollierte Freisetzung bewirken. Die anschließend aufgeführten Prozesse sind Beispiele der mannigfaltigen Einsatzmöglichkeiten der Wirbelschicht.

Entmischungen beim Tablettieren werden sicher vermieden

Besonders bei der Herstellung fester Arzneiformen ist für die gewünschte Wirkung des Arzneimittels eine homogene Verteilung der Aktivsubstanz in der Tablette ausschlaggebend. Durch die Agglomeration des Wirkstoffes mit den Hilfsstoffen können Entmischungen beim Tablettieren sicher vermieden werden. In der Lebensmittelindustrie bedient man sich gern dieses Verfahrens, um die Löslichkeit und Instantisierung von Produkten zu verbessern. Besonders die niedrigen Produkttemperaturen von 30 bis 40?°C prädestinieren das Verfahren für sensible Produkte, wie Vitamine, Aromen, Enzyme oder gar Mikroorganismen. Die Herstellung kann hierbei – je nach Produktionsmenge – kontinuierlich oder batchweise erfolgen.

Während die Agglomeration eine zielgerichtete Modifikation der Partikelgrößenverteilung zum Ziel hat, werden beim Coaten die einzelnen Partikel mit einer Schicht überzogen, die dem Produkt eine spezifische Funktionalität gibt. Die Eigenschaften werden durch die Formulierung des Filmmaterials und die Auftragsmenge definiert. Form und Größe des Ausgangsmaterials bestimmen das Verfahren, zum Beispiel Top- oder Bottom-Spray. So werden feine Partikel
Das Trocknen von Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen erfolgt häufig in Sprühtürmen. Bei hohen Temperaturen wird die Sprühlösung zerstäubt und der Tropfen über die Fallhöhe vpllständig getrocknet, wobei ein feines Pulver von

Powtech 2010 Halle 5 – 250

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Heftausgabe: April 2010
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Gudrun Ding, Marketingleiter IPC

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