Гранулирование в таблеточном производстве

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Сушка гранулята

 

Грануляция и сушка распылением

 

Такой вид грануляции целесообразно использовать в случаях нежелательного длительного контакта гранулируемого продукта с воздухом, по возможности непосредственно из раствора (например, в производстве антибиотиков, ферментов, продуктов из сырья животного и растительного происхождения). Это обусловлено коротким временем сушки (от 3 до 30 с), низкой температурой материала (40—60 °С) и высокой температурой носителя, что обеспечивается высокими относительными скоростями и высокими значениями движущей силы процесса сушки.

 

Существуют два способа проведения этого процесса:

• распыление суспензий наполнителей с добавлением склеивающего вещества и разрыхлителя. Количество твердой фазы в суспензии может быть 50—60 %. Полученные гранулы затем смешивают с тонкоизмельченными лекарственными веществами и, если необходимо, со вспомогательными веществами, не введенными в состав суспензии;
• распыление растворов или суспензий, состоящих из лекарственных и вспомогательных веществ.

 

При необходимости получения гранул из жидких исходных веществ (грануляция распылением) частицы в псевдоожиженном слое не подвергаются агломерации, а покрываются слоями вновь и вновь до тех пор, пока не получится зерно желаемой величин (структура «луковицы»). 
Грануляция распылением в псевдоожиженном слое представляет собой высыхание жидкостей (растворов, суспензий, расплавов) при одновременном формировании гранул. Центры кристаллизации для гранул могут быть созданы заранее (привнесенные зародыши) или образуются в псевдоожиженном слое во время истирания и разрушения (центры кристаллизации, являющиеся затравкой из кристаллизуемого материала). Распыленная жидкость покрывает центры кристаллизации с последующим высушиванием. По сравнению с агломератами гранулы, полученные распылением, плотнее и прочнее.

 

 Современное  оборудование для проведения  процесса грануляции и сушки  распылением разработала фирма Glatt. В такой установке исходный  материал в жидкой форме подвергается  сушке при одновременном формировании  гранул. 
Установка AGT 2700 Glatt имеет круглое вихревое днище. Весь псевдоожиженный слой постоянно перемешивается. Скорость подачи газа в установке высокая, что позволяет гранулировать также и клейкие материалы. Образующаяся пыль осаждается на внешних фильтрах и возвращается в технологический процесс. Выгрузка продукта осуществляется в середине технологического отделения через разгрузочную трубу. Все зоны рабочей камеры равноудалены от выпуска, а образующиеся комки своевременно удаляются. Размер частиц определяется скоростью потока воздуха для выгрузки продукта. 
В установках для грануляции распылением в периодическом процессе подрешетный продукт предыдущей партии загружается в качестве исходного материала. В непрерывном процессе подрешетный продукт непрерывно отделяется от товарного продукта и возвращается в процесс в качестве материала затравки. 
В результате фануляции распылением получаются круглые пеллеты с компактной сфуктурой, хорошей растворимостью и высокой стойкостью к истиранию. 
Рассмотрев все способы проведения процесса фануляции, можно провести сравнение гранул, полученных грануляцией в псевдоожиженном слое, распылительной сушкой в псевдоожиженном слое, грануляцией в установке с большим усилием сдвига и в результате компактирования.  
На основании представленных зависимостей можно сделать вывод, что большей скоростью растворения обладают гранулы, полученные в установках псевдоожиженного слоя. [8]

 

Грануляция и сушка в псевдоожиженном слое

 

Грануляция в псевдоожиженном слое (ПС) позволяет совместить операции смешивания, грануляции, сушки и опудривания в одном аппарате. Поэтому способ грануляции в ПС все чаще применяется в современной фармацевтической промышленности.

 
Процесс заключается в смешивании порошкообразных ингредиентов во взвешенном слое с последующим их увлажнением гранулирующей жидкостью при продолжающемся перемешивании. 
Псевдоожиженный слой образуется, когда направленный вверх воздух поднимает слой твердых частиц, который начинает «кипеть» подобно жидкости. Слой находится в состоянии псевдоожижения. Силы, действующие на частицы, пребывающие в состоянии псевдоожижения, находятся в равновесии. Частицы в псевдоожиженном слое смешиваются настолько эффективно, что температура по всей высоте псевдоожиженного слоя остается постоянной. Общая конструкция аппарата псевдоожиженного слоя, в котором происходит смешивание таблеточных смесей, грануляция и сушка.

 

  Процесс в аппарате ПС состоит  из четырех стадий:

1. Смешивание — первая технологическая операция, влияющая на качество гранулята. Равномерность смешивания зависит от аэродинамического режима работы аппарата, соотношения компонентов в смеси, формы и плотности частиц.
2. На стадии добавления гранулирующей жидкости происходит комкование частичек гранулируемой массы за счет склеивающих сил как самой жидкости, так и раствора, образующегося при смачивании этой жидкостью поверхностного слоя обрабатываемого материала.
3. На стадии сушки комки превращаются в твердые агломераты, частично разрушающиеся в результате трения между собой и со стенками аппарата. Процесс гранулирования в псевдоожиженном слое происходит одновременно с сушкой получаемых гранул горячим воздухом. Сушка готового гранулята проводится до оптимального значения влажности.
4. Опудривание высушенного гранулята происходит в том же аппарате. Полученные высушенные гранулы могут иметь шероховатую поверхность, что затрудняет в дальнейшем их высыпание из загрузочной воронки в матрицу таблеточной машины в процессе таблетирования. Кроме этого, гранулы могут прилипать к матрице и пуансонам таблетпресса, что может вызвать как нарушение веса, так и появление некоторых дефектов в таблетках. Чтобы избежать этих нежелательных явлений прибегают к операции «опудривания» гранулята. Эта операция осуществляется свободным нанесением тонкоизмельченных веществ на поверхность гранул в периодическом режиме. Путем опудривания в таблеточную массу вводят скользящие и разрыхляющие вещества.

 

Образование и рост гранул в псевдоожиженном слое происходит за счет двух физических процессов: комкования при смачивании и слипания с последующей агломерацией. Качество гранул и их фракционный состав зависят от многих факторов, определяющих ход процесса грануляции, основными из которых являются скорость ожижающего газа, состав и скорость подачи гранулирующей жидкости, а также температура в слое. [6]

 

Существует две гипотезы о механизме образования гранул в псевдоожиженном слое:

• центрами грануляции в мелкодисперсном порошке являются капельки гранулирующей жидкости;
• центрами грануляции являются частицы определенной величины, внесенные в дисперсный состав порошка.

 

В обоих случаях предусматривается наличие мелкодисперсного порошка, находящегося в псевдоожиженном состоянии, и гранулирующей жидкости, распыленной до необходимой степени дисперсности. 
Гранулирующая жидкость распыляется с помощью форсунок, являющихся очень важной частью любого совмещенного оборудования грануляции и сушки в псевдоожиженном слое. В производстве используются форсунки различных типов.

 
Различают: одножидкостные форсунки, в которых распыляется только жидкость и требуется высокое давление; двухжидкостные, в которых происходит смешивание и распыление жидкости с воздухом, причем смешивание осуществляется во внешней среде (форсунки с внешним смешиванием) или внутри форсунки (форсунки с внутренним смешиванием). 
В зависимости от типа форсунки применяют разные режимы распыления. Тот или иной тип форсунки используется при различных давлениях смеси и в зависимости от консистенции конечного продукта.

 

 

 

 

 

 

 

4.Оборудование  применяемое в процессах гранулирования

 

Вертикальные грануляторы фирмы Glatt. 

 

 

При малых размерах партий (до 800 л) и/или частой смене продуктов высушивание и охлаждение гранулятов можно производить также в вертикальном грануляторе. При влажном гранулировании порошок загружается в гранулятор, затем увлажняется или опыляется расплавом. Возникающие при работе Z-образных лопастей ротора 
силы, направленные по касательной, обеспечивают интенсивное перемешивание порошка и быстрое образование гранул с высокой плотностью при добавке растворов связующих веществ. Измельчитель на боковой стенке емкости предотвращает образование крупных агломератов. 
В данном аппарате происходит совмещение процессов смешивания и влажного гранулирования. Идет многократное перетирание и смешивание за счет центробежных сил, созданных вращающимся внизу Z-образным ротором. В результате получаются равномерные мелкодисперсные гранулы. Гранулят на выходе из вертикальных грануляторов отличается компактной структурой с хорошей сыпучестью, поскольку в ходе процесса происходит механическое уплотнение продукта. 
Большие преимущества вертикального гранулятора заключаются в бережном высушивании продукта в вакууме до 10 мбар и сравнительно малом технологическом пространстве, которое быстро и легко очищается. Дополнительная подача воздуха через форсунки у лопастей ротора существенно ускоряет сушку частиц. 
Представлены вертикальные грануляторы фирмы Glatt, которые легко интегрируются в технологическую цепочку с вертикальным или горизонтальным расположением элементов. Загрузка вертикального гранулятора может производиться при помощи контейнеров с подъемно-транспортными приспособлениями, а также загрузочных устройств или пневматическим способом при помощи вакуумных систем подачи продукта. Выгрузка гранул из рабочей камеры производится либо самотеком, либо с помощью вакуумной системы в установку с псевдоожиженным слоем или в контейнер. [1]

 

Оборудование для процесса влажной грануляции

 

В процессе влажной грануляции получается гранулят. 
Гранулят получаемся в процессе грануляции влажной массы на специальных машинах—грануляторах. Принцип работы состоит в том, что материал протирается лопастями, пружинящими валками или другими приспособлениями через перфорированный цилиндр или сетку. 
Для обеспечения процесса протирания машина должна работать на оптимальном режиме без перегрузки так, чтобы влажная масса свободно проходила через отверстия цилиндра или сетки. Если масса достаточно увлажнена и в меру пластична, то она не заклеивает отверстия и процесс проходит без затруднений. Если же масса вязкая и заклеивает отверстия, машина работает с перегрузкой и необходимо периодически выключать мотор и промывать лопасти барабана.

 
Гранулятор содержит рабочую камеру, в которой через загрузочную воронку подается влажный материал, подлежащий гранулированию. В камере на двух параллельных валах установлены шнеки. Шнеки перемещают и протирают материал через перфорированную пластину, образующую дно рабочей камеры. 
В роторно-передаточном грануляторе гранулы образуются за счет прессования продукта в пространстве между «пальцами»  валков,  которые  вращаются навстречу друг другу. Длина продукта контролируется благодаря конструкции валков. 
Преимущества данного гранулятора состоят в высокой скорости продавливания и в контролируемой длине продукта. Недостаток — низкая производительность. [1] 

В аппарате производства фирмы OYSTAR Huttlin гранулы образуются с помощью центробежной силы, возникающей при вращении лопастей. 
Через специальные сопла, расположенные в двух местах аппарата, подается гранулирующая жидкость. Через специальный клапан полученный гранулят удаляется из аппарата. В аппарате имеется фильтр для улавливания мелких частиц материала.

 

 

Смесители-грануляторы.

Обычно операции смешивания и равномерного увлажнения порошкообразной смеси различными гранулирующими растворами совмещают и проводят в одном смесителе. Смешивание обеспечивается за счет энергичного принудительного кругового перемешивания частиц и сталкивания их друг с другом. Процесс перемешивания для получения однородной по составу смеси длится 3—5 мин. Затем к предварительно смешиваемому порошку в смеситель подается гранулирующая жидкость, и смесь перемешивается еще 3—10 мин. После завершения процесса гранулирования открывают разгрузочный клапан и при медленном вращении скребка готовый продукт высыпается.

 Другая  конструкция аппарата для совмещения  операций смешивания и гранулирования  — центробежный смеситель-гранулятор. 
Гранулирующая жидкость поступает по патрубку и растекается по поверхности ротора. Сыпучий компонент по патрубку попадает на слой жидкого компонента и под действием центробежных сил внедряется в него. Готовая смесь, дойдя до конуса 3, под действием центробежных сил протекает через отверстия, диспергируется и захватывается потоком воздуха, поступающего по патрубкам снизу вверх. Полученные гранулы оседают в конической части гранулятора, а воздух через сетку удаляется из аппарата. Размер гранул зависит от режима работы ротора, напора воздуха и геометрии перфорации конуса. Недостатки заключаются в сложности конструкции вала и трудной очистке гранулятора.[5]

Смесители-грануляторы с высоким усилием сдвига фирмы OYSTAR Huttlin.

 

Для проведения процесса смешивания в данном аппарате имеется инновационное перемешивающее устройство, с помощью которого достигается абсолютно новый характер перемешивания. Недостаток большинства обычных перемешивающих механизмов заключается в их геометрии, что приводит к плохому перемешиванию продукта при низких скоростях. Кроме того, в камере имеется много частей, где продукт может налипать на стенках и таким образом выпадать из процесса грануляции и последующей сушки. Данная же инновационная конструкция даже при низкой скорости вращения лопастей обеспечивает отличное, тщательное перемешивание продукта. В то же время в рабочей камере исключены налипания на стенки и образование мертвых зон благодаря центральному конусу — устройству, обеспечивающему подачу газа для барботажа. 
Что касается процесса грануляции, то на данном оборудовании производится гранулят высочайшего класса благодаря качественному и регулируемому перемешиванию продукта и однородному распылению жидкости. Размер частиц гранул можно изменять и регулировать путем оптимизации параметров процесса в зависимое от типа продукта и выбранного связующего вещества. 
Последним достижением фирмы OYSTAR Huttlin стала разработка уникальной конструкции якоря-мешалки «Gentelewing», благодаря которой при проведении процесса смешивания достигается однородное перемешивание компонентов и отсутствуют «мертвые зоны» в контейнере с продуктом. 
При проведении процесса влажной грануляции налипание продукта на стенках контейнера отсутствует, при этом лопасти мешалки выступают в качестве скребков. Также отсутствует риск перекрестного загрязнения уплотнения вала мешалки благодаря применению в системе верхнего привода. Конструкция якоря-мешалки обеспечивает выгрузку продукта с минимальными потерями. В таком типе смесителей-грануляторов имеется видеосистема для наблюдения за процессом. [1]