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Trockene Prozessluft Modulares Filtern, Entfeuchten und Konditionieren bei Abfüll- und Verpackungsprozessen

| Autor / Redakteur: Frank Schimmelmann* / M.A. Manja Wühr

Um die Qualität und Wirksamkeit von wasserlöslichen Wirkstoffen auch während des Abfüll- und Verpackungsprozesses zu gewährleisten, muss die Prozessluft möglichst trocken sein. Wenn die einfache Kondensation nicht ausreicht, muss auf spezielle Verfahren zur Entfeuchtung zurückgegriffen werden.

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Ein Prozessluft-Trocknungsprozess basierend auf Sorptionsverfahren
Ein Prozessluft-Trocknungsprozess basierend auf Sorptionsverfahren
(Bilder: ULT)

Bestimmte Prozesse in der Herstellung und Verarbeitung von Arzneimitteln, etwa anspruchsvolles Verpacken und Abfüllen bedürfen einer sehr geringen Luftfeuchte. Beim Abfüllen von festen oder auch flüssigen Wirkstoffen oder beidem in Kombination bis zum Verschließen der Ampullen oder Injektionsflaschen wird zudem besonderes Augenmerk auf eine sterile Umgebung gelegt.

Um eine möglichst trockene Prozessluft zu erzeugen, reichen in den meisten Fällen konventionelle Methoden zur Trocknung der Luft wie die einfache Kondensation des Wasserdampfes an Kühlregistern bzw. Wärmetauschern nicht mehr aus. Um den Restfeuchtegehalt der Luft auf ein Minimum zu reduzieren, sind sogenannte sorptive Prozesse (Adsorptionsprozesse und Desorptionsprozesse) notwendig.

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Wenn bei Produktionsverfahren, Verpackungs- und Lagerungsprozessen pharmazeutischer Erzeugnisse relative Feuchten (r. F.) von weniger als 40 % bei Umgebungstemperatur gefordert werden, wird es in verfahrenstechnischer und thermodynamischer Hinsicht interessant und spannend. In diesen Bereichen der Prozesslufttrocknung besteht derzeit eine relativ übersichtliche Auswahl an Anlagenprozesstechnik, welche in der Lage sind, sehr niedrige Restfeuchtegehalte in der Prozessluft während des Umluft-Betriebes zu erzeugen und stetig zu gewährleisten.

Als besonders wirkungsvoll hat sich hier die Verwendung von Rotations-Adsorptionsentfeuchtern erwiesen. Dabei wird der feuchte Luftstrom (Bild 1: Verlauf 1-2-3-4) durch einen Teilbereich eines langsam rotierenden, wabenförmigen, mit Adsorptionsmittel beschichteten Sorptionsrad geleitet und darin getrocknet. Ein Prozessluftfilter (1) dient zur partikelfreien Atmosphäre, da ungewollte Schmutz- oder Staubpartikel (Produktpartikel) die hochaktiven molekularen Sorptions-Flächen-Strukturen im Rotor verunreinigen und somit zu einem stetig ansteigenden Effizienzverlust der eigentlichen Adsorption führen können. Der Vorkühler (2) dient zur Lufttemperaturvorkonditionierung, da die ideale physikalische exotherme Adsorption eine möglichst geringe Prozesslufttemperatur am Eintritt des Sorptionsrades benötigt.

Auf der Gegenseite wird das Sorptionsrad fortlaufend innerhalb eines definierten Sorptionsradabschnittes mit einem erzeugten Heißluftstrom (meist ein elektrisches Heizregister oder gasbetriebene Brenner) regeneriert und somit desorbiert. Hierdurch kann ein kontinuierliches und effektives Aufbereiten der zu trocknenden Luft gewährleistet werden. Durch diesen Regenerationsvorgang wird sichergestellt, dass das Sorptionsrad die Wassermoleküle in der zu trocknenden Prozessluft planmäßig aufnimmt und sich unter sehr geringen Partialdrücken an den regenerierten Grenzflächen anlagern kann.

Mittels der Desorption (Regeneration des Sorptionsmittels) durch die erzeugte Heißluft (Bild 1: Verlauf 7-6-5-3-6) werden die dort angelagerten Wassermoleküle (Adsorbat) aus dem Adsorptionsmittel (Adsorbens) herausgetrieben und als mit Wassermolekülen stark beladene warme Abluft in die Außenatmosphäre abgeführt.

Durch Erweiterung der Anlagenmodultechnik, beispielsweise mit Vor- und Nachkühlermodulen, können Taupunkte (Tp) bis zu -65 °C und somit eine relative Prozessluftfeuchten von bis zu 0,05 % (r.F.) bei Umgebungstemperaturen im Umluftbetrieb erreicht werden. Meist werden diese niedrigen Taupunktanforderungen bei sensiblen Produkten – etwa zur Trocknung hygroskopischer Pharma-Wirkstoffe oder anderer pulverförmiger Produkte in der Industrie – benötigt, um eine gleichbleibende, hochwertige und sichere Produktqualität beim Abfüllprozess sicherzustellen.

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