Sicher trocknen im geschlossenen Kreislauf Kondensationstrocknung mit Wärmepumpe: Energiesparende Alternative für Pharmagranulate

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Nassgranulation ist bei der Tablettenherstellung für die meisten Pharmaunternehmen immer noch der bevorzugte Verfahrensschritt. Zum Trocknen der Granulate gibt es unterschiedliche Trocknungsverfahren wie z.B. Wirbelschicht oder Hordentrockner – jedes davon hat Vor- und Nachteile, dazu gehören hoher Energieeinsatz, lange Trocknungszeiten oder inhomogene Trocknungsergebnisse. Ein besonders schonendes und zugleich energieeffizientes Verfahren ist die Kondensationstrocknung gekoppelt mit einer Wärmepumpe, das von Trocknungsspezialist Harter entwickelt wurde.

Ein solches System wird nun bei Desitin Arzneimittel eingesetzt, seit das Unternehmen auf der Powtech auf das Trocknungsverfahren aufmerksam wurde. Das Pharmaunternehmen ist auf Therapieprodukte für neurologische und psychiatrische Erkrankungen spezialisiert. „Bevor unsere wässrigen und ethanolhaltigen Granulate zu Tabletten gepresst werden, benötigen sie eine Trocknung“, erklärt Moritz Offenloch, Director Production und Logistics Operations bei Desitin. „Unser bisheriges System musste altersbedingt abgelöst werden. Für uns als Unternehmen war schnell klar, dass wir ein Trocknungsverfahren haben wollten, das unseren hohen Qualitätsstandards entspricht und gleichzeitig energieeffizient arbeitet.“

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Trocknungsversuche im Desitinlabor überzeugten von Anfang an

Die Vorgaben von Desitin waren eine Produkttrocknung bei maximal 80 °C Trocknungstemperatur und ein Restfeuchtegehalt der Granulate von 0 bis 4,5 Prozent. Die geforderte Schütthöhe betrug 20 bis 30 Millimeter.Um die Machbarkeit der Trocknung zu prüfen und die entsprechenden Parameter zu evaluieren, entschieden Desitin und Harter Versuchsreihen mit einer Laboranlage bei Desitin vor Ort durchzuführen.

Obwohl Harter üblicherweise erste Machbarkeitstests im eigenen Technikum durchführt. In den Trocknungsversuchen im Desitin-Labor wurden die Granulate auf ihre Eigenschaften getestet und die idealen Parameter wie Temperatur, Zeit, Luftgeschwindigkeit, Luftvolumenstrom, Luftführung und Schütthöhe ermittelt. Am Ende war klar, dass eine Trocknung in einem Hordentrockner sämtliche Anforderungen des Pharmaunternehmens erfüllen würde. Mit der Laboranlage war dies bereits in den ersten Versuchen deutlich geworden.

Rezeptursteuerung deckt alle Anforderungen an die Trocknung ab

Die grundsätzliche Schwierigkeit bei diesem Projekt bestand darin, dass sehr unterschiedliche Produkte mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften getrocknet werden sollten. Die Trocknung der wässrigen und ethanolhaltigen Granulate stellte besondere Anforderungen an die Trocknung. Deshalb legen die Spezialisten von Harter die Trocknungsanlagen immer nach dem anspruchsvollsten Produkt bzw. nach der schwierigsten Variante aus.

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3D-Druck – Hoffnungsträger oder Rohrkrepierer?

Damit stellt Harter sicher, dass der Betreiber mit seinem ganzen Portfolio auf der sicheren Seite. In der Anlagensteuerung wurden dann verschiedene Rezepte hinterlegt, die das gesamte Produktspektrum von Desitin abbilden. Auch die Erfahrungswerte des europaweit operierenden Unternehmens mit den unterschiedlichen Granulationsprozessen und Harter mit seinem Know-How der Entfeuchtung spielten hier für ein erfolgreiches Ergebnis eine große Rolle.

Spezielle Wannengeometrie für homogenes Trockenergebnis

Das Hordentrocknersystem besteht aus einer Trockenkammer, einem Entfeuchtungsmodul und einem Hordenwagen mit speziellen Wannen. Die gesamte Anlage ist nach dem Hygiene Design konzipiert und entspricht sämtlichen GMP-Anforderungen, so dass sie für den Betrieb im Reinraum qualifiziert ist.

Der Hordenwagen wird mit insgesamt 68 Wannen bestückt. Sie verteilen sich auf 17 Ebenen mit jeweils vier Wannen pro Ebene. Dem Hygiene Design entsprechend sind die Wannen mit Rundungen versehen. Die Böden der Wannen verfügen über eine spezielle Geometrie, die Harter eigens für Desitin entwickelt und angefertigt hat. Diese sorgt dafür, dass die Luft gleichmäßig durch das Nassgranulat strömen und dieses somit auch homogen durchtrocknen kann.

Diese Beschaffenheit und die extrem geringe Oberflächenrauigkeit sind Teil des Trocknungserfolges und wichtiger Teil des Know-hows von Harter. Das Granulat wird in einer Schütthöhe von maximal 60 mm in die Wannen gegeben und der Hordenwagen in die Trockenkammer geschoben. Nach Auswahl des entsprechenden Rezeptes wird der Trocknungsvorgang gestartet. Je nach Zusammensetzung des Granulats variiert die Trocknungszeit sehr stark. Sie liegt zwischen zwei und 15 Stunden. Auch die Trocknungstemperaturen zwischen 20 und 80 °C sind je nach Produkt sehr unterschiedlich. Der Trocknungsprozess wird automatisch beendet, sobald der Feuchtesensor den im Rezept hinterlegten Wert misst.

Die wärmeisolierte Edelstahl-Trockenkammer verfügt über ein Umluftsystem, das die Prozessluft im Trockner umwälzt. Zwei Ventilatoren erzeugen den im Rezept hinterlegten Luftstrom. Er beträgt bei Desitin maximal 10.000 m^³/h und wird durch einen Frequenzumformer gesteuert.

Die Anlage ist zusätzlich mit einer Abluftfunktion versehen. Hier handelt es sich um ein separates Luftsystem, das die lösemittelhaltige Luft bei Bedarf abführt und die Kammer wieder mit Frischluft versorgt. Ein Lösemittelsensor löst den entsprechenden Vorgang aus, sobald ein bestimmter Grenzwert überschritten ist. Da sich kein explosionsfähiges Gemisch in der Anlage bilden kann, konnte darauf verzichtet werden die Anlage mit Ex-Schutz auszuführen. Eine dreistufige Filterkaskade inklusive Sensoren überwacht die Frischluftzufuhr. Ein Plattenwärmetauscher führt überschüssige Energie aus der Anlage ab. Sie kann auf Wunsch für betriebsinterne Prozesse, z.B. zur Erwärmung von Wasser, genutzt werden.

Trocken und ungesättigt: die Prozessluft

Das Entfeuchtungsmodul ist das Herzstück jeder Trocknungsanlage. Es bereitet die erforderliche Prozessluft auf und ist auch für den Kondensationsprozess verantwortlich. Dieses Modul ist immer über eine isolierte Verrohrung mit der Trockenkammer verbunden und steht bei Desitin direkt daneben. Aus Platzgründen – und so ist es bei vielen Betreibern der Fall – kann es beispielsweise auch in einem anderen Stockwerk installiert werden.

Grundlage für die von Harter entwickelte Technologie einer erfolgreichen Trocknung sind zwei Komponenten. Zum einen eine effiziente Luftentfeuchtung mittels Wärmepumpe und zum anderen die richtige Luftführung. Harter nutzt für die Trocknung einen physikalisch alternativen Ansatz. Im Entfeuchtungsmodul wird die erforderliche Prozessluft sehr stark entfeuchtet. Diese extrem trockene und damit ungesättigte Luft wird in den Trockner und über bzw. durch das zu trocknenden Produkte geführt. Dabei nimmt die Luft die vorhandene Feuchtigkeit auf. Zurück im Entfeuchtungsmodul wird die Luft in zwei Stufen gekühlt, das Wasser kondensiert aus. Die Prozessluft wird mit der zurückgewonnenen Energie, wieder in zwei Stufen, erwärmt und in den Trockner zurückgeführt. Die Trocknung findet grundsätzlich in einem variablen Temperaturbereich zwischen 20 bis 90 °C, je nach Anwendung statt. Wie genau diese Luftführung konzipiert wird gehört zum großen Erfahrungsschatz der Harterspezialisten und sind oft ausschlaggebend für den Trocknungserfolg.

Gewinnbringend: das Ergebnis

Die Wärmepumpentechnologie, die in allen Harter-Trocknern verbaut ist, arbeitet von Natur aus extrem effizient. Dass sie in einem energetisch geschlossenen System genutzt wird, erhöht die Effizienz um ein weiteres. Zudem nutzt Harter für ihn eigens entwickelte Ventilatoren, die sehr niedrige Anschlussleistungen haben. Das Zusammenspiel all dieser Komponenten bewirkt sehr niedrige Nennleistungen und damit hohe Energieeinsparungen im Vergleich zu vielen herkömmlichen Systemen oder energieaufwändigen Gebläsetechniken.

Die Nennleistung der Trocknungsanlage bei Desitin liegt bei 22 kW. Energie spart Desitin heute auch noch auf andere Weise, denn die neue Trocknungsanlage ist bedeutend einfacher im Handling und weniger aufwändig im Unterhalt.

Das geschlossene System bedeutet überdies, dass bei der regulären Trocknung keine Abluft freigesetzt wird. Somit wird zum einen die Umwelt geschont. Zum anderen entsteht auch keinerlei Belastung für die Produktionsräume und für die Menschen, die dort arbeiten. Zuletzt bedeutet ein geschlossener Kreislauf auch, dass der Betreiber unabhängig von klimatischen Bedingungen und Jahreszeiten ist. Offenloch resümiert zufrieden: „Wir haben Fördergelder bekommen, sparen Energie und Betriebskosten, haben ein sehr gutes Qualitätsergebnis und einen sicheren Trocknungsprozess. Unsere Wünsche sind alle erfüllt.“ (agk)

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