Введение
Уже более 50 лет хорошо зарекомендовавшее себя оборудование с псевдоожиженным слоем успешно внедряется на предприятиях фармацевтической промышленности [1]. Первоначально аппараты псевдокипящего слоя применяли только как оборудование для сушки влажных гранул после процесса гранулирования, но постепенно такие аппараты стали адекватной заменой классическим сушильным шкафам. На сегодня сушку в псевдоожиженном слое все еще можно рассматривать как последнее слово техники для процессов сушки на фармацевтических производствах. Оснащение сушилок псевдокипящего слоя дополнительными распылительными головками превратило их в грануляторы с псевдоожиженным слоем, что позволяет легко проводить весь процесс влажного гранулирования в одном аппарате. При этом форсунки были изначально установлены в верхней части аппарата для того, чтобы подавать распыляемый раствор на частицы, находящиеся в псевдоожиженном состоянии, сверху (верхнее распыление). Следующим
этапом в доработке оборудования псевдокипящего слоя была его адаптация к применению для процессов нанесения оболочек на таблетки или частицы другого типа при помощи дополнительной вставки [2], в то время как распылители были расположены уже в нижней части аппарата с псевдоожиженным слоем (нижнее распыление). Оборудование такого типа в фармацевтической промышленности применяют на протяжении нескольких десятилетий. Другие инновационные аппараты, такие как роторные грануляторы и грануляторы с фонтанирующим слоем, были внедрены позже. Однако данное оборудование имеет узкоспециализированное применение.
Наиболее перспективным нововведением в области усовершенствования оборудования с псевдоожиженным слоем было изобретение аппаратов с распылителями, расположенными тангенциально. На основании ниже перечисленных технических характеристик можно утверждать, что такая конструкция в настоящее время является наиболее передовым решением в сфере разработки оборудования подобного типа. В отличие от классических аппаратов с верхним распылением, аппараты псевдокипящего слоя с тангенциальным вводом раствора позволяют совмещать процессы сушки, гранулирования и нанесения оболочек в одном устройстве, не нуждаясь при этом в какой-либо переналадке оборудования или установке дополнительных вставок.
Поскольку частицы псевдокипящего слоя (гранулы или таблетки маленького размера) движутся тангенциально, высота псевдоожиженного слоя получается небольшой, поэтому отпадает необходимость в больших объемах аппарата, характерных для классических аппаратов с верхним распылением. Учитывая это
обстоятельство, для установки оборудования с псевдоожиженным слоем нужны значительно меньшая высота и производственные площади меньшего размера, что способствует снижению затрат на производство.
Учитывая все вышеизложенное, компания L.B. Bohle разработала аппарат псевдокипящего слоя с тангенциально установленными распылительными головками Bohle Fluid Bed Systems и систему Bohle Uni Cone BUC® [3]. Оборудование предназначено для производства партий продукта размером от 1 до 500 кг. В аппарате возможно проведение процессов с использованием органических веществ и воды, так как он выполнен из ударопрочного материала (12 бар). Незначительное время транспортировки продукта и возможность эффективной очистки позволяют дополнительно экономить время и денежные средства. Геометрический дизайн всех разработанных машин имеет значительное сходство, что обеспечивает простую процедуру масштабирования. На рис. 1 изображен типовой аппарат с псевдоожиженным слоем промышленного назначения с операторской панелью HMI. Система Bohle Uni Cone BUC® (рис. 2) – это воздухораспределительная решетка со сдвигающим конусом, имеющая щели, прорезанные определенным образом. Такая конструкция обеспечивает полную флюидизацию частиц, что в свою очередь гарантирует высокую равномерность нанесения оболочки и предотвращение слипания частиц. Преимущества использования тангенциального движения частиц в аппаратах псевдокипящего слоя были подтверждены не только экспериментально, но и доказаны теоретически с помощью метода комбинации гидродинамического
моделирования (CFD) и метода дискретных элементов (DEM) [4].
Дополнительным преимуществом аппарата псевдокипящего слоя компании L.B. Bohle является использование единого контейнера в качестве воздухозаборника и емкости для продукта. Данная конструкция обеспечивает следующие преимущества:
• возможность проверки воздухозаборника через возвратную трубу;
• возможность проверки разделительного клапана;
• обеспечение безопасности при обслуживании фильтров (расположены на комфортной высоте);
• безопасное обслуживание донной чаши благодаря конструкции «через стену».
Конструкция «через стену» системы псевдоожиженного слоя существенно облегчает процесс очистки поверхности пола помещения. Кроме того, все операции по техническому облуживанию могут проводиться с технического этажа.
Цель нижеизложенных предметных исследований – продемонстрировать и обосновать универсальность применения аппарата Bohle Fluid Bed System в процессах гранулирования и нанесения оболочек.
Пример I:
Влажное гранулирование
В исследовании классического процесса влажного гранулирования использовали препарат плацебо, содержащий мелкодисперсную лактозу, крахмал кукурузный в качестве наполнителя и повидон в качестве связывающего вещества для влажного гранулирования (таблица 1). Для достижения гомогенного распределения связывающего вещества в конечном продукте (гранулах) повидон добавляли в форме связывающего раствора [5]. Эксперимент проводили в аппарате с псевдоожиженным слоем опытно-промышленного назначения BFS 30 (рис. 2), имеющем два распылителя и обычно используемом для
получения партий продукта размером от 5 до 40 кг (в зависимости от насыпной плотности).
После окончания стадии нагрева, в течение которой также осуществляли гомогенное перемешивание компонентов плацебо, проводили гранулирование смеси при интенсивности распыления 170 г/мин и давлении распыления 0,7 бар. Величину объема входящего воздуха устанавливали на основании визуальной оценки. Последующую сушку проводили при тех же параметрах объема и температуры входящего воздуха.
После гранулирования конечный продукт пропускали через коническое сито (Bohle Turbo Sieve, BTS 200) при помощи терки с величиной отверстий 1 мм. Окончательные результаты ситового анализа продемонстрировали надлежащую агломерацию исходного порошка с достаточно узким распределением частиц по размерам и небольшим количеством мелкодисперсной фракции (рис. 3). Кроме того, гранулы лактозы имели сферическую форму, типичную для агломератов, получаемых в аппаратах псевдокипящего слоя с тангенциально расположенными распылителями (рис. 4 и 5). Благодаря такой форме гранулят характеризовался достаточно хорошими индексом Хауснера (1,1) и насыпной плотностью (0,54 г/мл).
