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Herausforderung: Bauen im Bestand Granulationslinie nach Maß: Präzisionsarbeit bei der Pelletherstellung

| Autor / Redakteur: Dr. Johannes Trapp, Robert Unkenholz, Werner Dietzmann* / Anke Geipel-Kern

Losan Pharma installiert eine neue Granulationslinie zur Pelletherstellung in eine bestehende Produktionsanlage: Bauen im Bestand ist ein Eingriff in die bestehende Produktion, der mit chirurgischer Präzision erfolgen muss. Die Kombination bereits vorhandener Maschinen mit neuem Equipment, das nur wenig Platz einnehmen darf, ist eine Herausforderung für alle Projektbeteiligten. Der Praxisbericht beschreibt Konzeption und Einbau eines Mischer/Granulators zur Pelletherstellung.

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Diosna Granulator P1250 mit angeschlossenen Behältern für die Granulierflüssigkeiten sowie dem Pufferbehälter für das Feuchtgranulat: links, der Übergang von der Bedienebene des Granulators zu der Arbeitsplattform der Pelletherstellung
Diosna Granulator P1250 mit angeschlossenen Behältern für die Granulierflüssigkeiten sowie dem Pufferbehälter für das Feuchtgranulat: links, der Übergang von der Bedienebene des Granulators zu der Arbeitsplattform der Pelletherstellung
(Bild: Losan)

Das Pharmaunternehmen Losan Pharma hat sich auf die Entwicklung und Herstellung moderner Arzneimittel mit optimierter Wirkstoffperformance spezialisiert. Als international anerkannter Partner der pharmazeutischen Industrie für die Auftragsentwicklung sowie Auftragsherstellung bietet Losan ein breites Spektrum an Lösungen und Dienstleistungen an.

Stetig steigende Auftragsmengen in der Grundherstellung bewogen die Geschäftsleitung bereits Ende 2016 dazu, vorausschauend technische Investitionen im Werk Neuenburg zu planen, um die Fertigungskapazitäten zu erhöhen. Ein Teilbaustein der Kapazitätserhöhung zielte auf den Ausbau der Pelletherstellung.

Dabei war es die Hauptaufgabenstellung, bereits vorhandene Maschinenkomponenten aus dem Bestand in die neue Fertigungsanlage zu integrieren, einen hohen Automatisierungsgrad zu erzielen und neben einer hohen Produktqualität auch eine hohe Ausbringung zu realisieren.

Herausforderung: Platzmangel

Die Installation u.a. einer neuen Granulations-Anlage erfolgte im Zentrum der vorhandenen Bestandsproduktion. Aufgrund der baulichen Einschränkungen wie Installationsfläche, Raumhöhe sowie Flächenlast der Bodenplatte war es nötig, das Design des Granulators an die vorhandenen Gegebenheiten in der Produktion anzupassen, um gleichzeitig die Einbringung und anschließende Installation zu ermöglichen.

Da der Platz für eine technische Zone hinter der Anlage fehlte, wurde die Mehrzahl der technischen Komponenten wie die Schaltschränke, die Reinigungsausrüstung (wash in place) sowie die Vakuumpumpen in einem Zwischengeschoss über der Anlage platziert. Weiterhin mussten praktische Verkehrswege an der Anlage zur Verfügung stehen, um ein effektives Arbeiten zu gewährleisten.

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Alle Herausforderungen wurden hervorragend gemeistert. Die Anlage ging termingerecht und reibungslos in Betrieb. Eine Unterbrechung der Produktion in den angrenzenden Fertigungsbereichen war nicht erforderlich, u.a. weil der Mischer/Granulator des Apparatebauers Diosna in zerlegtem Zustand eingebracht wurde. Die Teams der Maschinenbauer und der weiteren Gewerke arbeiteten engagiert zusammen, hervorragend motiviert und koordiniert durch die Losan-Projektleitung.

Der neue Granulator eignet sich zur Herstellung von bis zu 400 kg Feuchtgranulat. Dadurch konnte die bisher etablierte Chargenmenge um den Faktor drei erhöht werden. Die Scale-Up-Prozedur zum Produkttransfer vom Bestands­equipment zum neuen Feuchtgranulator verlief reibungslos.

Herausforderung: Bauen im Bestand

Nachdem der ursprüngliche Gedanke, eine komplett neue Anlage an der Peripherie eines neueren Gebäudetrakts zu installieren, verworfen worden war, wurden verschiedene Möglichkeiten geprüft, im „Bestand“ zu bauen. Bei der Planung war zu berücksichtigen, dass nur eine relative kleine Fläche im Produktionskabinett für den durch Diosna zu liefernden Mischer zur Verfügung stand.

Ursprünglich wurde die vorteilhafte „Durch die Wand“-Aufstellung des Mischers angestrebt. Die Platzverhältnisse ohne angrenzende Technikzone ließen dies aber nicht zu. Gemeinsam wurde eine Hybridlösung gefunden, die genau in den Raum passt und bei der die „Durch die Wand“-Vorteile erhalten blieben.

Mischer mit kleinem Fußabdruck

Das Maschinengestell des Mischers dient als Bedienebene sowie auch als Zugang zu einer direkt angrenzenden Bedienungsbühne mit dem Folgeequipment, was insgesamt zu einem sehr geringen „Fußabdruck“ des Mischers und der gesamten Fertigungslinie führt. Das bis zum Boden dicht geschlossene Gestell des Mischers erleichtert erheblich die Außenreinigung der Anlage.

Anstelle der Installation eines neuen Wirbelschichttrockners wurde entschieden, einen vorhandenen Trockner zu nutzen und die anderen Kernkomponenten der Anlage, den Mischer-Granulator sowie weitere Anlagen zur Weiterverarbeitung des Granulats zur geforderten Zwischenstufe vor der eigentlichen Trocknung, angrenzend zu installieren.

Die Entscheidung für Diosna beruht vor allem auf den Details der Misch- und Granuliertechnologie: Der Diosna-Granulator arbeitet mit eher geringen Drehzahlen des Hauptwerkzeuges. Die projizierte Fläche in Strömungsrichtung ist dafür vergleichsweise groß. Daraus ergibt sich unter dem Strich ein großes, spezifisches „Swept Volume“ (das Volumen, welches pro Sekunde bewegt, „gefegt“, wird, geteilt durch das Gesamtvolumen). Die Werkzeugflügel sind dabei tangential an der Antriebswelle bzw. dem Verdränger in der Werkzeugmitte angesetzt. Zusammen mit der besonderen Behältergeometrie (eher große Durchmesser bei weniger Behälterhöhe) und der bewährten Zerhackerkonstruktion ergibt sich daraus eine intensive, sehr gut steuerbare Granulation.

Der Materialfluss in der gesamten Fertigungslinie wurde an die gegebenen Räumlichkeiten an­gepasst. Schwerkraftbeschickungen kamen daher nur bedingt in Frage.

Abgestimmte Parameter für hohe Pelletqualität

Alle Anlagenkomponenten sind sorgfältig aufeinander abgestimmt und weitestgehend automatisiert. Eine Kombination von pneumatischem Produkttransfer und per Schwerkraft erlaubte die Anordnung der Anlagenbausteine in räumlicher Nähe bei relativ geringer Raumhöhe. Die Anlage arbeitet quasi kontinuierlich im Schicht­betrieb bei hohen Stundenleistungen.

Die Grundlage für die hohe Qualität des Pelletprodukts wird bereits bei der Feuchtgranulation gelegt. Die genau aufeinander abgestimmten Geometrien und Drehzahlen des Hauptmischwerkzeuges und des Zerhackers garantieren eine gleichbleibende Benetzung und Verdichtung der Gra- nulate.

Die Feststoffe werden zunächst über ein leistungsstarkes Fördersystem eingesaugt. Zur Verringerung der Beladedauer des Granulators sind zwei große Edelstahlfilter mit geringer Maschenweite auf dem Mischerdeckel angeordnet.

Diese erlauben auch eine Förderung von mikronisiertem Pulver und sind WIP-reinigbar. Dennoch sorgen diese für eine vollständige Abtrennung von Partikeln aus der abgesaugten Förderluft.

Bediener werden sicher durch den Prozess geleitet

Durch zwei unterschiedliche, im Mischergestell integrierte Pumpen, eine Schlauchpumpe und eine Sinuspumpe, können individuell und je nach Viskosität die erforderlichen Granulierflüssigkeiten rezeptgesteuert zugegeben werden. Die Zugaberaten für die Flüssigkeit und die Drehzahlen von Hauptwerkzeug und Zerhacker wurden optimiert und aufeinander abgestimmt.

Da sich das Pulverbett im Verlauf der Granulation in seiner Füllhöhe verändert, passen höhenverstellbare Düsen den Eindüsungspunkt entsprechend Füllhöhe und Produkteigenschaft an. Der Misch- und Granuliervorgang läuft je nach Produkt teilautomatisch bis automatisch ab. Manuelle Bedienereingriffe wurden im Vorfeld durch ein aktualisiertes Prozessdesign zwar optimiert, lassen sich je nach Produkt nach wie vor nicht immer vermeiden. Hier kann durch Hinweisfenster oder Arbeitsanweisungen, die in der Rezeptur fest hinterlegt sind, der Bediener sicher durch den Prozess geleitet werden.

Der abschließende Schritt der Granulation ist die Kalibrierung, sprich das Brechen des Granulats während der Mischerentleerung durch eine konische Siebmühle. Hier wurden in Abstimmung zwischen Losan und Diosna Füllstandsensoren in einen angeschlossenen Pufferbehälter integriert. Die Austragsfunktion ist somit weitestgehend automatisiert. Der Mischer entleert sich selbstständig, rezeptgesteuert und bedarfsorientiert.

Steuerung über zwei redundante Bedienstationen

Der Granulator wurde mit zwei redundant arbeitenden Bedienstationen konzipiert. Ein Display neben dem Granulator ermöglicht es dem Operator, beim Prozesstransfer und bei Neuentwicklungen den direkten Prozessablauf im und am Granulator zu beobachten sowie zu steuern. Die zweite Bedienstation des Granulators ist mit weiteren Bedienstationen wie des Wirbelschichttrockners und des MES-­Terminals zu einem Leitstand zusammengefasst. Dadurch hat der Bediener sämtliche ablaufenden Prozesse jederzeit im Blick und kann die gesamte Linie von einem zentralen Platz aus steuern.

Die Anbindung der Produktionslinie an die IT-Infrastruktur von Losan war ebenfalls ein wichtiges Thema im Projekt. So erfolgt die Benutzerverwaltung über einen Domainserver.

Die durch die Anlage generierten Chargenreporte werden automatisiert auf einem eigenen Pfad des hausseitigen Netzwerks abgelegt und gesichert. Mit entsprechender Berechtigung erlaubt dies den individuellen Review der Prozessdaten sowie den Ausdruck über einen Netzwerkdrucker oder den Anhang des „elektronischen“ Chargenreports. Weiterhin wurden die Grundlagen für eine spätere direkte Verwertung der Prozessdaten im MES-System gelegt.

WIP-Reinigung und CIP-fähige Wellendichtung

Wie der Fertigungsprozess, erfolgt auch die WIP-Reinigung weitestgehend automatisiert mit einer Online-Übergabe des WIP-Reports an die Losan-IT.

Die Reinigung des Mischers erfolgt mithilfe einer WIP-Station, die aus Platzgründen in einiger Entfernung des Mischers installiert wurde. Besonderen Wert legten die Betreiber auf eine perfekte Reinigung der Wellendichtungen, sie wurden daher CIP-fähig ausgelegt. Darüber hinaus kann das Haupt­mischwerkzeug pneumatisch angehoben werden, um den Reinigungserfolg zu überprüfen. Diese Funktion hat sich auch während der Optimierung des Reinigungsprogramms und bei der Qualifizierung sehr bewährt: Statt langer Reinigungszyklen mit unnötigen Reserven wurde ein, an die Produkte angepasstes, relativ kurzes Reinigungsprogramm entwickelt. Dabei hilft es, das Herz des Mischers, den Impeller mit seiner Dichtung schnell prüfen zu können.

Innerhalb der letzten beiden Jahre ist es gelungen, die neue Granulierlinie final zu konzipieren, alle Linienteile im Bestand zu installieren, einen Prozesstransfer inklusive Prozessoptimierung durchzuführen sowie die entsprechenden Validierungschargen herzustellen. Innerhalb der Installationsphase ab April 2019 bis zum Start der ersten Prozessvalidierungen im Oktober 2019 wurden durch das Projektmanagement bei Losan Pharma mehr als zehn verschiedene Lieferanten und Gewerke pa­rallel koordiniert und parallel dazu bereits die ersten GMP-Tätigkeiten wie die Qualifizierung der Gerätschaften oder die Reinigungsvalidierungen vorbereitet.

Durch eine gute interne Kommunikation zwischen allen Beteiligten sowie der Erfahrung aus vergangenen Maschinenprojekten konnte die Anlage planmäßig fertiggestellt werden. Mit Diosna wurde dabei ein Hersteller für den Granulator ausgewählt, welcher die geforderten Leistungen an Funktion sowie die Ansprüche zur Flächennutzung und Einbringung optimal erfüllen konnte. Die oben beschriebene Granulierlinie befindet sich nun seit einigen Wochen im Produktivbetrieb. Der Mischer von Diosna bildet dabei das Herzstück der neuen Anlage.

* * Dr. Trapp ist Standortleiter Eschbach, Losan Pharma GmbH, R. Unkenholz Gebietsverkaufsleiter, W. Dietzmann, ehem. Gebietsverkaufsleiter bei Diosna Dierks & Söhne GmbH. Kontakt zu Losan: Tel. +49-7631-7906-805, zu Diosna: Tel. +49 541 33104-811

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