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Störungsfrei sondieren

Spektroskopie zur Prozessoptimierung

| Autor / Redakteur: Giusi Mondelli* / Christian Lüttmann

Wie die Fließfähigkeit der Mischung beeinflusst wird

Abb.2: MBSD-Profil für Cellulosepartikel der Größe 50 µm (PH101) und 100 µm (PH102) bei festen Prozessparametern
Abb.2: MBSD-Profil für Cellulosepartikel der Größe 50 µm (PH101) und 100 µm (PH102) bei festen Prozessparametern (Bild: The Unscrambler for IMA Active)

Nachdem die Experimente abgeschlossen waren, wurde eine Trend­analyse durchgeführt. Als Grundlage dienten die mittels NIR-Sensoren aufgenommenen Spektren und das daraus generierte MBSD-Profil. Die Ergebnisse dieser Datenverarbeitung wurden zusammen mit den statistischen Daten von drei untersuchten Messgrößen ausgewertet, nämlich Gleichmäßigkeit des Riboflavingehalts (mittlere Konzentration und relative Standardabweichung), Dichte des Schüttguts (Schüttdichte und Stampfdichte) und Fließfähigkeitsindex der Probe (Carr-Index). Dabei zeigte sich, dass die physikalischen Eigenschaften der Rohstoffe die Fließfähigkeit der Mischung stark beeinflussen. Wie zu erwarten war, verhalten sich Mischungen mit unterschiedlicher Partikelgrößen­verteilung beim Mischvorgang deutlich verschieden (s. Abb. 2), während der experimentelle Aufbau bzw. die Gerätekonfiguration hauptsächlich die Gleichmäßigkeit der Mischung beeinflusst.

Bei allen Experimenten stellten die Tester fest, dass höhere Rotationsgeschwindigkeiten und längere Mischzeiten zu einem glatteren MBSD-Profil führen (s. Abb. 3, Bildergalerie). Dieses Verhalten zeigte sich bei der maximalen Behälterfüllung für die weniger fließfähige Mischung – Cellulose 50 µm – und bei der mittleren Behälterfüllung für die fließfähigere Mischung – Cellulose 100 µm. Nasschemische Analysen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Riboflavingehalts stützten diese Beobachtungen. Insgesamt konnte dank des leistungsstarken NIR-Sensors eine zuverlässige Charakterisierung des Mischprozesses gemacht werden, ohne das untersuchte System dabei zu stören.

Als nächstes soll eine erste Scale-up-Stufe die bisher durchgeführte Studie fortführen, wobei ebenfalls ein NIR-Sensor eingesetzt werden kann, da dieser für alle Behältergrößen kompatibel ist. In den weiteren Messungen soll verifiziert werden, ob sich mithilfe der nichtinvasiven Messmethode ein korreliertes Mischungsprofil aufzeichnen lässt und eine zuverlässige Produktcharakterisierung auch im größeren Maßstab während des Prozesses möglich ist.

Der Cyclops Lab als Beispiel-Mischer

In der zuvor beschriebenen Fallstudie kam ein Bin-Tumbler von IMA Active zum Einsatz: Der Cyclops Lab, der für die Produktion von Kleinserien (bis zu 20 Liter) sowie für Forschungs- und Entwicklungsanwendungen designt wurde. Der Labor-Tumbler soll für minimale Belastung und einfache Bewegung im Verarbeitungsbereich sorgen. Zur In-Line-Überwachung des Mischvorgangs kann der Pulverbehälter an ein NIR-Spektrometer angekoppelt werden, wie für die Studie geschehen.

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Neben der Laborvariante bietet IMA drei weitere Modelle des Mischers, die sich je nach Fassungsvermögen der Standardbehälter unterscheiden: Cyclops Mini (bis 250 Liter), Cyclops Midi (bis 600 Liter) und Cyclops Maxi (bis 2 000 Liter). Der Tumbler kann durch die Wand in­stalliert werden, um die GMP-Konfiguration auf höchster Ebene zu ermöglichen und im Verarbeitungsbereich Platz zu sparen. Er eignet sich zum Mischen und Homogenisieren von Pulvern und Granulaten für die pharmazeutische, Lebensmittel- und chemische Industrie.

* G. Mondelli, IMA Active, 40064 Ozzano dell'Emilia/Italien

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