Systematische Untersuchungen zur Einstellung der Prozessparameter im Scale-up Prozess für die Bohle Film Coater

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Beim Scale-up, d.h. bei der Chargenvergrößerung eines Prozesses vom Labor- in den Produktionsmaßstab müssen die Prozessparameter angepasst werden, um die gleiche Produktqualität im Produktionsmaßstab wie im Labormaßstab zu erzielen. Ausgangspunkte für die Umrechnung der Prozessparameter für den Produktionsmaßstab stellen immer die gegebenen Werte der Prozessparameter aus dem Labormaßstab dar. Diese müssen im Rahmen der Entwicklung für jedes einzelne Produkt festgelegt werden.
Ziel der Arbeit war es, die einzelnen Teilprozesse des Filmcoatings (Sprühen, Mischen und Trocknen) im Labor- und Produktionsmaßstab zu untersuchen. Dabei sollten die Gesetzmäßigkeiten zur Einstellung der Prozessparameter bestimmt werden, damit die Bedingungen der einzelnen Teilprozesse im Labor- und Produktionsmaßstab konstant gehalten werden. Die zugrunde liegende Hypothese dabei war, dass bei der Beibehaltung der gleichen Sprühcharakteristiken, Tablettendynamiken und Trocknungsbedingungen, die gleichen Produkteigenschaften im Produktionsmaßstab erhalten werden wie im Labormaßstab.
Zur Einstellung der Sprühprozessparameter beim Wechsel von der Labor- auf die Produktionsdüse sollte die gleiche Tropfengröße am Sprayrand und Tropfengeschwindigkeit im Sprayzentrum erreicht werden. Dazu kann mit Hilfe der vorgestellten statistischen Modelle der Zerstäuberdruck so eingestellt werden, dass gleiche Tropfengrößen am Sprayrand erhalten werden. Zur Einstellung der Tropfen-geschwindigkeit erwies sich der Abstand der Düse zum Tablettenbett als geeigneter Parameter. Die Einstellung des Formierdruckes muss anhand eines Spraytestes erfolgen.
Die Anpassung der Sprührate sollte sich an den Spraybreiten orientieren, so dass bei gleicher Sprayhöhe die Tabletten beim Durchgang durch die Sprühzone den gleichen Massenauftrag erhalten.
Die Drehzahl der Trommel sollte auf eine konstante Umfangsgeschwindigkeit berechnet werden. Die Tabletten liefen in den Bohle Film Coatern deutlich schneller durch die Sprühzone, als die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel war. Bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit laufen die Tabletten in großen Coatern schneller durch die Sprühzone. Es konnte ein mathematischer Zusammenhang zwischen der Tablettengeschwindigkeit beim Durchgang durch die Sprühzone, der Umfangsgeschwindigkeit und der Trommelgröße gefunden werden. Dieser wurde dazu genutzt, um in Abhängigkeit von der Trommelgröße vorherzusagen, wie viel schneller die Tabletten durch die Sprühzone laufen im Vergleich zum Labormaßstab. Dieser Wert kann zusammen mit der neu bestimmten Sprayhöhe der Produktionsdüse dazu verwendet werden, die Sprührate so anzupassen, dass die Tabletten beim Durchgang durch die Sprühzone den gleichen Massenauftrag erhalten.
Beim Vergleich der Belastungen der Tabletten im Labor- und im Pilotmaßstab stellte sich heraus, dass Tabletten, die sehr empfindliche Kanten haben, im Labormaßstab deutlich mehr Abrieb zeigten als in größeren Geräten. Grund dafür war die höhere Anzahl an Aufschlägen auf die Trommelwand im Labormaßstab vergleichsweise zum Pilotmaßstab. Untersuchungen von Tabletten unterschiedlicher Bruchkräfte ergaben bei niedrigen Drehzahlen keine Unterschiede in ihren Abriebwerten zwischen dem Labor- und dem Produktionsgerät. Lediglich leicht erhöhte Abriebwerte bei höheren Drehzahlen fanden sich im Produktionsmaßstab.
Zur Umrechnung der Zuluftmenge soll ein gleiches Sprühraten zu Volumenstromverhältnis verwendet werden. Die Ablufttemperatur im Produktionsmaßstab soll den gleichen Wert haben wie im Labormaßstab. Der individuelle Wärmeverlustfaktor für jeden Coater, welcher über ein vorgestelltes thermodynamisches Modell bestimmt werden kann, ist für die genaue Berechnung der Lufttemperaturen und Feuchten notwendig. Anhand der Abluftfeuchten im Labormaßstab kann die Zuluftfeuchte im Produktionsmaßstab durch Einstellung der Taupunkttemperatur so angepasst werden, dass die gleiche Abluftfeuchte wie im Labormaßstab erreicht wird. Somit können die Prozesse in beiden Maßstäben thermodynamisch gleich ausgerichtet werden.
Die gewonnenen Erkenntnisse dienen besonders den Maschinenherstellern und den Anwendern in der pharmazeutischen Industrie. Somit kann der Prozess der Maßstabsübertragung genauer verstanden werden und die Maschinen können gegebenenfalls bautechnisch so modifiziert werden, dass die Geräte in beiden Maßstäben gleiche oder bessere Ergebnisse liefern. Die vorgestellten Methoden zum Scale-up sollen zukünftig in der pharmazeutischen Industrie bei verschiedenen Produkten angewendet werden, um zum einen die Anzahl der Versuche im Produktionsmaßstab zu reduzieren und um zum anderen weiterführende Erkenntnisse zum Scale-up Prozess zu gewinnen.

Stichwörter: Scale-Up; Film; Coating; Bohle Film Coater; Spray; Tablettengeschwindigkeit; Abtrieb; Labor; Produktion