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Pulverzuführung Neues Containmentkonzept für die Pulverzuführung

Autor / Redakteur: Bonnie Dethlefsen / Anke Geipel-Kern

Ein neues, modular aufgebautes Entleersystem kombiniert Pulvertransport unter Vakuum und Druck mit einem mobilen Fassentleersystem. Konzipiert ist die Lösung für die Verarbeitung hochaktiver Wirkstoffe. Lesen Sie, wie das neue Containmentkonzept im Vergleich mit Isolatoren oder Gloveboxen abschneidet.

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Das Powder Transfer System ermöglicht eine sichere Förderung auch in einen Reaktor, der mit Temperatur, Druck oder Vakuum beaufschlagt ist.
Das Powder Transfer System ermöglicht eine sichere Förderung auch in einen Reaktor, der mit Temperatur, Druck oder Vakuum beaufschlagt ist.
( Bild: Dietrich Engineering Consultants )

Multipurpose-Anlagen, die für die Produktion hochaktiver Wirkstoffe konzipiert sind, verlangen nicht nur eine absolut geschlossene Prozessführung unter High-Containment-Bedingungen, sondern müssen noch dazu besonders flexibel sein. Schließlich wird in modernen Vielzweckanlagen eine große Zahl unterschiedlicher Rezepturen gefahren.

Zurzeit gibt es verschiedene Containmentlösungen, die alle Stärken und Schwächen aufweisen: Der Isolator bietet im Vergleich zum manuellen Betrieb oder zur Laminar-Air-Flow-Kabine zwar eine gute Containmentleistung, ist aber wenig flexibel, da Reinigung und Umrüstung aufwändig sind. Andocksysteme hingegen bieten zwar ausreichende Flexibilität, aber oft nur ein ungenügendes Containmentlevel.

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Gut kombiniert

Ein neues Containmentkonzept für die Pulverzuführung schlägt jetzt „mehrere Fliegen mit einer Klappe“. Die Kombination besteht aus einem Pulvertransportsystem (PTS) sowie einem Fassentleersystem (DCS) und isoliert die zu befüllende bzw. entleerende Anlage vollständig von der Umgebung. Beispielsweise befindet sich das PTS-System auf einem Reaktor, der auf geschlossene Weise mit Pulver aus Fässern beschickt werden soll.

Im Gegensatz zu vielen Containment-Systemen, die nicht druckstoßfest sind und deshalb nicht vor Staub- oder Lösemittelexplosionen schützen, ist die neue Lösung eigensicher. Denn die Kammer des PTS-Systems wird vor der Abfüllung mit Stickstoff unter Druck gesetzt, dadurch können weder Lösungsmitteldämpfe noch Staub entweichen bzw. ins System zurückschlagen. Diese zusätzliche physikalische Barriere verhindert die Bildung einer explosiven Atmosphäre, wie sie etwa beim Einsatz eines Füllrohres entstehen kann.

Zusätzlich erhöht das DCS-System das Containmentlevel und somit die Sicherheit. Dies wird durch den im System herrschenden Unterdruck unterstützt, der durch den Anschluss an ein externes Abluftsystem erzeugt wird. Das DCS-System ermöglicht ein sicheres Handling der Behälter, wobei doppelte Liner aus äußerem und innerem Sack die Behälter zusätzlich abdichten.

Prozesse optimieren

Das PTS-Powder-Transfer-System wurde entwickelt, um feuchte und trockene Pulver in Fässer, IBCs oder Big Bags unter Vakuum zu transportieren. Dadurch reduziert sich die Staubentwicklung am Aufgabeort, sodass selbst ohne lokale Absaugung weniger als 100 μg/m3 freigesetzt werden. Im Gegensatz zu schwerkraftgetriebenen Techniken nutzt das PTS-System externe Energiequellen (Vakuum und Druck) zur Pulverförderung.

Dabei wird das Fördergut mittels Vakuum in die Förderkammer gesaugt. Eine spezielle Membran trennt das Produkt von der Förderluft bzw. vom Schutzgas. Das stellt sicher, dass nur partikelfreie Luft bzw. Gas zur Vakuumpumpe gelangen. Durch Stickstoffinertisierung der Abfüllkammer können auch unter Druck stehende Behälter sicher geladen werden, ohne dass z.B. Lösungsmitteldämpfe in die Umgebung abgegeben werden.

Die Förder- und Entleerzeiten lassen sich über die pneumatische Steuerung einstellen. Eine Kontrolle von Geschwindigkeit, Menge, Häufigkeit und Intervall der Pulverzuführung ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse und eine konstant gleichbleibende Qualität. Aufgrund des eigensicheren Designs ist auch die sichere Förderung in einen Reaktor möglich, der mit Temperatur, Druck oder Vakuum beaufschlagt ist. Bei Einsatz in einer korrosiven Atmosphäre ist es ausreichend, nur das Austrittsventil korrosionsbeständig zu gestalten.

Selbst große Entfernungen überbrücken

Eine Möglichkeit geschlossene Systeme zu schaffen, ist es, Produktionsschritte und -anlagen miteinander direkt zu verbinden (z.B. Entleerung einer Zentrifuge direkt in einen Trockner oder Reaktor ohne Zwischenschritte). Aber gerade bei älteren Anlagen ist das oft nicht möglich, da weite Entfernungen überbrückt werden müssen. Das PTS-System schafft hier Abhilfe, denn es transportiert Pulver über große Entfernungen und verbindet so Prozessanlagen. Entleeren und Beschicken sind so innerhalb eines geschlossenen Systems automatisiert möglich ohne zusätzliche Arbeitsschritte. Es ist möglich feuchte oder trockene Pulver auf geschlossene Weise direkt von einem zum nächsten Prozessschritt zu übermitteln. Dabei können von einer Containerentleerstation mehrere Reaktoren beschickt oder mehrere Trockner in eine Füllstation entleert werden. Auch der Einbau einer Dosiereinheit ist möglich.

Wichtiger Aspekt einer geschlossenen Prozessführung ist die Reinigung, die bei Mehrproduktanlagen Kreuzkontaminationen verhindert. Ebenso wie Pulver fördert das PTS auch Reinigungsflüssigkeit und Wasser, daher kann nach einem Produktwechsel die Reinigung über das CIP-System der Anlage erfolgen. Ein automatisierter Trocknungsvorgang sorgt für schnelle Betriebsbereitschaft.

Flexible Systeme

Eine wichtige Anforderung der Betreiber von Mehrproduktanlagen an ein Pulverhandlingsystem ist dessen Modularität. Ob IBCs, Fässer, Container oder Big Bags, große oder kleine Pulvermengen – das alles muss bewältigt werden. Auch die unterschiedlichsten Anlagen müssen bedient werden: Zentrifugen, Mischer, Trockner usw. Hinzu kommt: Bei konventioneller Schwerkraftförderung erfolgt die Reaktorbeschickung oft über den Isolator, vorbereitet wird die Rezeptur hingegen in Lagernähe unter Gloveboxen. Mit der neuen Lösung lässt sich dieser Vorgang deutlich vereinfachen, da der Reaktor direkt aus der Vorlage präzise beschickt werden kann und somit eine aufwändige Produktvorbereitung entfällt.

Die Anforderungen an Containmentlösungen ist produktabhängig, deshalb ist die Upgrade-Fähigkeit der gewählten Lösung ein wichtiges Anwendungskriterium. International erfolgt die Einstufung gemäß OEL (Occupational Exposure Limit). Dabei werden die Wirkstoffe entsprechend der Toxizität des reinen Stoffs in OEB-Bereiche (Occupational Exposure Bands) eingeteilt. Das Ziel eines Containmentkonzeptes ist daher eine Kategorisierung der Anlage von ungiftig zu hochgiftig, bei der die geeignete Produktionseinrichtung sowie das Arbeitsverfahren ausgewählt werden.

Höheres Containmentlevel dank Einbindung von Zusatzfunktionen

Um Kosten zu sparen, ist in einer Mehrproduktanlage das Containment des Pulverhandlingsystems in der Regel entsprechend dem Wirkstoff mit dem höchsten OEB ausgelegt. Die dafür häufig eingesetzten Gloveboxen oder Isolatoren sind teuer, unhandlich, wartungsintensiv und meist für eine spezielle Anwendung konzipiert. Deshalb bietet die DEC-Technologie die Möglichkeit, durch die Einbindung von Zusatzfunktionen ein höheres Containmentlevel zu erzielen. Aus der Tabelle (siehe Bildgalerie) geht hervor, dass Technologien, die für primäres Containment ausgelegt sind, nicht für OEB 4- und 5-Produkte geeignet sind, es sei denn, es gibt ein sekundäres Containment. Da das DCS-System sowohl die technischen Anforderungen des primären als auch des sekundären Containments erfüllt, ist es für die Verarbeitung von OEB 4-Produkten geeignet und in Kombination mit Alpha-Beta Ports sogar für OEB 5-Produkte (<500ng>

Die Autorin ist Projekt-Ingenieurin im Technischen Marketing bei Dietrich Engineering Consultants sa.

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