Projekt 30834/01

Förderinitiative Nachhaltige Pharmazie 2: Charakterisierung von energie- und ressourcensparenden Schmelzgranulationsverfahren in Intensivmischergranulatoren unter Einsatz des faseroptischen Ortsfilter-Verfahrens

Projektdurchführung

Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe Pharmatechnik
Georg-Weerth-Str. 20
32756 Detmold

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei diesem Vorhaben wird eine im pharmazeutischen Bereich innovative Sensortechnik, das Erweiterte Faserop-tische Ortsfilterverfahren, zur simultanen Bestimmung der Partikelgröße und -geschwindigkeit für den Einsatz in unterschiedlichen Gerätetypen weiterentwickelt und experimentell im Labor-/Technikumsmaßstab untersucht. Durch die Anwendung spezieller „Sonden-Granulator-Konfigurationen“ und Methoden der systematischen Formulierungsentwicklung sollen komplexe Vorgänge bei Schmelzgranulationsprozessen transparenter und besser steuerbar gestaltet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenI. Teilprojekt 1: Sondenmodifikation und Qualifizierung
- Konstruktive Änderung der Sonde (Temperaturmessmöglichkeit und Länge des Sondenstabes)
- Qualifizierung gemäß pharmazeutischer Vorgaben
II. Teilprojekt 2: Behältermodifikation
- Bestimmung der abzuführenden Dispergier- u. Spülgasmengen der Sonde IPP 80-P
- Auslegung und Konstruktion eines modifizierten Deckels/Behälteraufsatzes für Labor-/Technikumsmischer
- Testmessung an pharmazeutischen Modellgranulaten
III. Ökobilanzierte Potenzialanalyse
- Entwicklung von Granulationsprozessen in Intensivmischer- u. Wirbelschichtgranulatoren
- Empirische Ermittlung von Energiedaten und Stoffströmen bei beiden Granulationsverfahren



Ergebnisse und Diskussion

Im bisherigen Projektverlauf wurde eine marktgängige Inline-Partikelmesssonde PARSUM IPP 80-P modifiziert. In diesem Zusammenhang wurden zwei Temperaturmessstellen in unmittelbarer Nähe des Messvolumens installiert und die Länge des Sondenstabes auf 500 mm erhöht. Somit ist die modifizierte Sonde in der Lage, neben der Parti-kelgröße auch die Temperatur im Prozess zu erfassen. Durch den längeren Sondenstab ist sie zudem auch in Technikumsanlagen von 60 L Fassungsvermögen einsetzbar.

Ein erster Qualifizierungsansatz unter Anwendung von zertifiziertem Quarzsand wurde verworfen, da sich das Referenzmaterial für die Überprüfung der Richtigkeit des Erweiterten Faseroptischen Ortsfilterverfahrens als nicht geeignet erwies. Für die Qualifizierung der modifizierten Sonde wird jetzt auf sphärische Vergleichsmaterialen zurückgegriffen. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass die Richtigkeit des Messsystems so überprüft werden kann. Aus diesem Grund wird dieser Ansatz weiterverfolgt.

Um die Inline-Partikelmesssonde im Labormischer P1-6 (6 L) implementieren zu können, wurde ein spezieller Behälteraufsatz entwickelt, der die für die Partikeldispergierung und für die Reinigung des Messvolumens notwendige Gasmengen aus dem Produktbehälter abführen kann. Mithilfe von Skalierungen und speziellen Durchführungen für den Sondenstab kann die Sonde an nahezu jeder beliebigen Position im Produktbehälter des Labormischers eingesetzt werden. Durch diese Möglichkeiten konnte der Einfluss der einzelnen Einbauparameter identifiziert und eine bestmögliche Einbauparameterkombination bestimmt werden. Die Untersuchungen zum Scale-Up zeigten, dass die im Labormaßstab ermittelten Resultate sich im Rahmen einer Maßstabsvergrößerung auf den Technikumsmaßstab übertragen lassen.
Für die ökobilanzierte Potenzialanalyse wurden bereits Vorarbeiten geleistet. Diese umfassen die Etablierung von Feucht- und Schmelzgranulationsprozessen in Intensivmischergranulatoren und Wirbelschichtgranulatoren der Fa. DIOSNA. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass auf beiden Pilotanlagen Granulate gleicher Qualität hergestellt werden können. Die Ermittlung der für die jeweiligen Prozesse aufzuwendende Energiemenge zeigt, dass die Schmelzgranulation im Intensivmischer das größte Energieeinsparpotential aufweist.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Kamke, D., Daniels, R., Dietrich, S., Kutz, G.: „Performance qualification of an inline particle sizing probe“. Posterpräsentation beim 10th World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Glasgow (Großbritannien), 04.-07. April 2016.

Die Funktionsfähigkeit des Behälteraufsatzes zur Dispergiergasabführung und der modifizierten Inline-Partikelmesssonde wurde auf der Messe POWTECH (19.-21. April 2016) in Nürnberg auf dem Messestand der DIOSNA GmbH dem Fachpublikum in Demo-Granulationsversuchen vorgestellt.
Auf der Messe INTERPHEX (26.-28. April 2016) in New York (USA) fanden ebenfalls Vorführungen statt, um die generelle Machbarkeit der Inline-Partikelgrößenüberwachung in Intensivmischergranulatoren zu demonstrieren.

Kamke, D., Scherbaum, B., Daniels, R., Kutz, G.: „One Formulation, Four Granulation Techniques – Comparison of Energy Consumption“.Posterpräsentation beim 2nd European Congress on Pharmaceutics, Krakau (Polen), 03.-04. April 2017.

Kamke, D., Daniels, R. und Kutz, G.: „An Innovative Tool for Real-Time Particle Size Measurement during High-Shear Melt Granulation“. Posterpräsentation beim AAPS Annual Meeting 2017, San Diego, Kalifornien (USA), 12.-15. November 2017.

Kamke, D., Daniels, R. und Kutz, G.: „Real time control of melt granulation processes by inline measurement of par-ticle size“. Posterpräsentation beim 11th World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Granada (Spanien), 19.-22. März 2018.



Fazit

Im Rahmen des Projektes konnten alle Arbeitspakete erfolgreich abgearbeitet und somit alle Meilensteine erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Inline-Partikelmesssonde Parsum IPP 80-P zur Überwachung von Schmelzgranulationsprozessen im Labormaßstab geeignet ist. Durch ein Scale-Up wurde belegt, dass die Ergebnisse aus dem Labormaßstab in den Technikumsmaßstab übertragbar sind. Die ermittelten Daten zeigen, dass durch die Anwendung der Schmelzgranulation im Intensivmischer die energetisch günstigste Alternative im Vergleich zur Schmelzgranulation in der Wirbelschichtanlage bzw. zur Feuchtgranulation im Intensivmischergranulator der der Wirbelschichtanlage ist.
Die offizielle Förderdauer begann am 04. Juli 2014 und endet 36 Monate später am 03. Juli 2017. Wegen des verspäteten Projektbeginns zum 01. Mai 2015 ist eine kostenneutrale Verlängerung der Projektlaufzeit notwendig gewesen. Eine entsprechende Beantragung erfolgte vor dem offiziellen Ende der Förderdauer am 03. Juli 2017 und wurde positiv beschieden. Das Projekt endete nach einer weiteren Laufzeitverlängerung am 31.12.2018.