Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Wirbelschichtprozesse werden in nahezu allen pharmazeutischen Herstellbetrieben verwendet, um Pulver zu Granulaten zu verarbeiten oder Granulate und Pellets mit einem Polymer\u00fcberzug zu versehen. Daf\u00fcr werden Pulver oder Pellets in der Prozessanlage von unten mit vorgew\u00e4rmter und auf eine bestimmte relative Feuchtigkeit konditionierter Luft durchstr\u00f6mt. F\u00fcr eine industrie\u00fcbliche Anlage (GPCG Pro 300) von Kooperationspartner 3 muss bei Dreischichtbetrieb und einer durchschnittlichen Prozess-zeit von 5 h mit einem w\u00f6chentlichen Strombedarf von ca. 10.000 kW\/h gerechnet werden.<\/p>\n
Ziel des nun abgeschlossenen Projekts war es, unter Anwendung der Parsum-Sonde und einer zu entwickelnden inline Prozesssteuerung auf die Zuluftkonditionierung zu verzichten und dar\u00fcber hinaus die Anzahl an arzneistoffhaltigen Fehlchargen zu minimieren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliedert sich in drei Arbeitsschritte. Bei Projektpartner 3 konnten aufgrund der hohen Auslastung der Produktionsger\u00e4te keine Versuche durchgef\u00fchrt werden, sodass auf das alternativ formulierte Arbeitspaket 3 zur\u00fcckgegriffen wurde. Die Auswertesoftware der Sonde wurde angepasst und die Ergebnisse der Sonde werden \u00fcber eine OPC-Schnittstelle an die Wirbelschichtanlage gesendet. In der Hardware-Steuerung der Anlage wurde in der Programmiersprache S7 der Regelkreis zur Prozessregelung implementiert. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Versuche beim Bewilligungsempf\u00e4nger haben gezeigt, dass der bisher verwendete Ringspeicher der Messsonde, welcher nach dem first-in\/first-out-Prinzip arbeitet, nicht f\u00fcr die Regelung von Wirbelschichtprozessen geeignet ist. Mit diesem Ringspeicher h\u00e4ngt die Ansprechzeit der Sonde direkt von der Anzahl der vermessenen Partikel pro Sekunde ab. In Granulationsprozessen kann die zu messende Partikelanzahl jedoch von mehreren Tausend pro Sekunde am Prozessbeginn bis zu wenigen Hundert pro Sekunde am Prozessende schwanken. Um diese Fehlerquelle zu umgehen wurde zun\u00e4chst von Kooperationspartner 2 ein neues Partikelspeichersystem f\u00fcr die Messsonde programmiert, welches anschlie\u00dfend vollst\u00e4ndig qualifiziert wurde. Es konnte gezeigt werden, dass das neue Zwischenspeichersystem dem Ringspeicher deutlich \u00fcberlegen ist. Die Ergebnisse aus dieser Teilstudie wurden k\u00fcrzlich im Fachjournal \u201eEuropean Journal of Pharmaceutical Sciences\u201c zur Publikation angenommen. <\/p>\n
Auf Basis der an der HHU D\u00fcsseldorf programmierten Steuerung erhaltenen Ergebnisse wurde eine Regelkreissteuerung vom Projektpartner 1 direkt in der Software des Wirbelschichtger\u00e4tes implementiert. Anhand einer robusten Placeboformulierung wurden die Regelparameter eingestellt und untersucht, in welchem Ma\u00dfe die Regelung in der Lage ist, Prozessst\u00f6rungen auszugleichen. Es konnte bereits gezeigt werden, dass es mit Hilfe der Regelung m\u00f6glich ist, den Einfluss auf die Partikelgr\u00f6\u00dfe durch das Anpassen von Prozess- und Formulierungsparametern auszugleichen und damit eine schnellere und gleichzeitig effizientere Prozessoptimierung zu erreichen. Anschlie\u00dfend wurde die Reglung mit der von Kooperationspartner 3 vorgegebenen, sehr empfindlichen wirkstoffhaltigen Formulierung getestet. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Regelung auch in diesem Fall in der Lage ist, den Prozess zuverl\u00e4ssig zu regeln. Ein erwartetes Ergebnis war, dass die Regelparameter angepasst werden m\u00fcssen um einem m\u00f6glichst pr\u00e4zise Regelung zu erreichen. Ein wichtiger Fokus dieser Teilstudien liegt darin, zu untersuchen, ob die Regelung Feuchtigkeitsschwankungen der Zuluft ausgleichen kann, wie sie im j\u00e4hrlichen aber auch t\u00e4glichen Wechsel an Produktionsstandorten auftreten. Sollte es m\u00f6glich sein, auf eine Zuluftkonditionierung zu verzichten, kann ein signifikanter Anteil des Stromverbrauchs eingespart werden. F\u00fcr die Placeboformulierung konnte demonstriert werden, dass erh\u00f6hte Zuluftfeuchten bei gleichbleibenden Prozessparametern keinen sichtbaren Einfluss auf die Partikelgr\u00f6\u00dfe haben. Im Gegensatz dazu konnte f\u00fcr die empfindlichere Wirkstoffformulierung bei gleichbleibenden Prozessparametern ein Einfluss der Zuluftfeuchte bereits bei einer ver\u00e4nderten Wetterlage beobachtet werden. Untersuchungen, in wie fern die Regelung in der Lage ist, relevante Zuluftschwankungen auszugleichen laufen aktuell. Erste Zwischenergebnisse deuten auf eine Kompensation der Schwankungen hin.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Erste Ergebnisse wurden bereits im April 2017 auf der 2nd European Conference on Pharmaceutics in Krakau, Polen (Poster, Applicability of in-line Spatial Filtering Velocimetry for process automation) sowie im Juli 2017 (Vortrag, Different particle buffer systems of spatial filtering technique for process automation) auf dem 11. j\u00e4hrlichen Treffen des PSSRC in Graz, \u00d6sterreich vorgestellt. Weitere Ergebnisse wurden im M\u00e4rz 2018 beim 11. PBP Worldmeeting in Granada, Spanien (Poster, Evaluation of a novel buffer system for in-line particle size measurements for process automation) sowie bei Making Pharmaceuticals im April 2018 in Coventry, Gro\u00dfbritannien im Rahmen (Vortrag, Influence of process parameters on in-line particle size measurement for fluidized bed granulation) gezeigt. Weiterhin wurde ein Abstract zum 9. Granulationworkshop in Lausanne, Schweiz, im Juni 2019 eingereicht. Die erste Publikation mit dem Titel Evaluation of in-line particle measurement with an SFT-probe as monitoring tool for process automation using a new time-based buffer approach wurde vom Fachjournal European Journal of Pharmaceutical Science f\u00fcr die Publikation akzeptiert. Weitere Publikationen in Fachjournalen sind in Planung. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Auch wenn durch ausgelasteten Produktionskapazit\u00e4ten bei Kooperationspatern 3 auf das Alternative Arbeitspaket 3 zur\u00fcckgegriffen werden musste, liegt das Projekt im Zeitplan. Kritisch anzumerken ist, dass kein up-scaling in den Pilotma\u00dfstab durchgef\u00fchrt werden konnte, da die Implementierung des neuen Zwischenspeichers in die Auswertesoftware der Messsonde zeitintensiv war. Jedoch deuten die bisher erhobenen Ergebnisse ein hohes m\u00f6gliches Energieeinsparungspotential f\u00fcr Wirbelschichtprozesse hin.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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