Aktuelle Trends in der Mahl- und Siebtechnik

Aug 14, 2023

Die pharmazeutische Herstellung von Tabletten ist ohne den Einsatz eines Siebes oder einer Mühle praktisch undenkbar. Diese werden immer dann benötigt, wenn aktive und inaktive Materialien gehandhabt werden und Tabletten oder andere Produkte hergestellt werden.

Siebmaschinen und Mühlen werden zum Zerkleinern von Feststoffen eingesetzt, um sie zu zerkleinern. Dies erfüllt zwei Zwecke. Erstens vergrößert es die Partikeloberfläche, was die Auflösungsgeschwindigkeit erhöht. Zweitens werden Unterschiede zwischen den Partikelgrößen ausgeglichen, um eine homogene Durchmischung zu gewährleisten.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit spielen Mahl- und Siebmaschinen eine entscheidende Rolle in der Pharmaproduktion. Sie können in komplexe Produktionslinien integriert werden, beispielsweise für Befüll-/Entleer- oder Transfervorgänge an Prozessmaschinen oder zum Befüllen und Umfüllen von Behältern.

Ausschlaggebend für den Einsatz und die Funktionalität von Mühlen und Sieben sind ihre Flexibilität und der geringe Platzbedarf der Geräte. Insbesondere in pharmazeutischen Reinräumen, in denen häufig wenig Platz zur Verfügung steht, ist die geringe Stellfläche dieser Systeme ein großer Vorteil. Darüber hinaus sind bestimmte Siebanlagen und Mühlen mit eingebauten Hubsäulen ausgestattet, sodass sie in nahezu jedes erdenkliche Prozessszenario integriert werden können.

Ein weiteres Merkmal, das die Effizienz der Prozesse steigert, ist die Mobilität der Maschinen. Für den Gebrauch oder zur Reinigung können sie schnell und einfach bewegt oder sogar demontiert werden.

Allerdings unterliegen Mühlen und Siebe einer ständigen Weiterentwicklung und Verbesserung. Neben einigen aktuellen Trends wird in diesem Artikel beispielhaft gezeigt, wie durch den Einsatz neuer Hammermühlen eine Steigerung der Produktionseffizienz erzielt werden konnte.

Konische Siebmaschine

Konische Siebmaschinen werden zur gleichmäßigen Zerkleinerung pharmazeutischer Inhaltsstoffe eingesetzt. Darüber hinaus können sie zum Mischen, Sieben und Dispergieren eingesetzt werden. Sie sind in den unterschiedlichsten Größen erhältlich – vom Laborgerät bis zum Hochleistungssystem.

Im Vergleich zu anderen auf dem Markt erhältlichen Mahltechnologien bietet das Sieb zahlreiche Vorteile für die Produktion. Es läuft sehr leise, erzeugt eine enge Partikelgrößenverteilung und bietet große Designflexibilität und höhere Kapazität. Das bedeutet, dass bei der Verarbeitung von Materialien mit geringer Dichte mit einer solchen Siebanlage eine um 50 % höhere Durchsatzleistung als bei herkömmlichen Mühlen erreicht werden kann.

Das Turbosieb BTS vonL.B. Bohle Maschinen + Verfahren dient der Kalibrierung von Partikelgrößen und gewährleistet so eine optimale Partikelgrößenverteilung. Der Einsatz verschiedener konischer Siebeinsätze (Lochsiebe und Reibsiebe) ermöglicht die Verarbeitung sowohl von Trockenprodukten als auch von Nassprodukten bei Drehzahlen von 150 bis 1500 U/min (Umdrehungen pro Minute). Dadurch ist es möglich, Produktkapazitäten von zwei bis drei Tonnen in einer Stunde zu erreichen.

Bediener arbeiten mit einem benutzerfreundlichen 7-Zoll-Touchpanel, das Zugriff auf Benutzerverwaltung und Rezeptverwaltung sowie PDF-Batch-Druckverwaltung bietet und über eine USB-Schnittstelle verfügt. Die explosionsgeschützte Ausführung des Turbosiebes kann auch für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Einhaltung der ATEX-Richtlinien erforderlich ist.

Das hygienische Design des Siebes ermöglicht eine schnelle und bequeme manuelle Reinigung. Durch die Kombination aus Bajonettverschluss und Klemmring lässt sich der Siebbehälter leicht abnehmen. Dadurch ist die Reinigung der einzelnen Komponenten sehr einfach. Optional kann das Siebgehäuse mit Reinigungsdüsen zur einfachen WIP-Reinigung ausgestattet werden, bei der Materialreste schnell aus dem Siebbehälterinneren entfernt werden. Reinigungsdüsen an den Seiten des Siebeinsatzes und unterhalb des Winkelantriebs sind im Lieferumfang enthalten. Die Reinigungsflüssigkeit erhalten sie über einen zentralen Wasseranschluss.

Hammermühlen

Hammermühlen (auch Turbomühlen genannt) eignen sich sowohl für Forschung und Entwicklung als auch für die Batch-Produktion und die kontinuierliche Produktion. Sie werden zur Zerkleinerung von Pulvern, Agglomeraten und Granulaten eingesetzt.

Hammermühlen kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Anwendung eine präzise Partikelzerkleinerung für schwer mahlbare Wirkstoffe und andere Stoffe erfordert. Darüber hinaus werden Hammermühlen zum erneuten Mahlen zerkleinerter Tabletten eingesetzt.

Bereits hergestellte Tabletten werden einer Prüfung unterzogen und können aus verschiedenen Gründen nicht den Anforderungen des Kunden entsprechen. Zu diesen Kriterien zählen beispielsweise Mängel im Aussehen oder ein nicht korrektes Gewicht oder eine falsche Härte. Sollte die Tablette die Spezifikationen nicht erfüllen, kann der Hersteller die Tabletten mit der Hammermühle erneut pulverisieren und die Materialien wiederverwenden. Das Nachmahlen der Tabletten und das Recycling der Materialien in der Produktion reduzieren letztlich die Ausschussquote und steigern die Produktivität.

Hammermühlen wie die BTM-Serie (Bohle Turbo Mill) von LB Bohle können Drehzahlen zwischen 600 U/min und 6.000 U/min erreichen und bis zu 1500 kg/h produzieren. Um dies zu erreichen, ist der BTM mit einer automatischen Spendereinheit (Zellenradschleuse) ausgestattet. Dadurch kann der Bediener das Material gleichmäßig und ohne Überlastung in die Mahlkammer einspeisen. Darüber hinaus können solche automatischen Zuführvorrichtungen den Pulverfluss in der Mahlkammer steuern. Weitere Vorteile sind, dass weniger Wärme entsteht und der Prozess mit den gleichen Parametern wiederholt werden kann.

Der Innenrotor verfügt über zwei Seiten mit unterschiedlichen Funktionen, die Anwendungen mit nassen oder trockenen Produkten unterstützen. Die Messerseite mahlt klebrige Produkte. Die Hammerseite dient der Zerkleinerung harter, kristalliner Produkte.

Bei der Hammermühle wird die Partikelgröße durch die für die Mühle gewählte Siebgröße bestimmt. Das BTM bietet verschiedene Siebeinsätze, mit denen sich die Materialgröße auf bis zu 0,1 mm reduzieren lässt.

Ein Anwendungsbeispiel

In der Vergangenheit verwendeten Entwickler von Zellkulturen Kugelmühlen, um die Partikelgröße der Ausgangsmischungen zu reduzieren. Der Kugelmahlvorgang ist zeitaufwändig und erfordert Keramikkugeln in einer Trommel, die die Produkte pulverisieren.

Nachdem eine Charge gemahlen wurde, müssen die Mühle und Hunderte von Keramikkugeln darin gereinigt werden. Dieser Reinigungsvorgang kann bis zu einer Woche dauern. Während dieser Zeit kann die Mühle nicht genutzt werden und steht nicht zur Verfügung, wenn beispielsweise ein Kunde eine benutzerdefinierte, schnelle Pulvercharge wünscht.

Ein Hersteller solcher Zellkulturen suchte nach einer Mühle, mit der er die Anforderungen seiner biopharmazeutischen Kunden flexibler und effizienter erfüllen konnte. Darüber hinaus sollte die Mühle platzsparend und mobil sein. Zur Reinigung sollte das Gerät aus dem ursprünglichen Produktionsraum entnommen werden können, um Platz für weitere Produktionsschritte zu schaffen.

Der Kunde definierte außerdem produktspezifische Anforderungen an die Mühle hinsichtlich Temperatur, Partikelgröße und Chargengröße. Zellkulturen erfordern eine feine Partikelgröße für perfekte Auflösungsraten. Daher müssen bis zu 50 % der Charge kleiner als 100 Mikrometer sein. Darüber hinaus ist das Medium sehr empfindlich gegenüber Temperaturen über 37 °C, da das Pulver bei diesen Temperaturen nicht mehr bioaktiv ist.

Nach einer Marktrecherche kontaktierte der Hersteller LB Bohle, um einige Mahlversuche durchzuführen. Die Turbomühle BTM 150 von LB Bohle erreichte die gewünschte Produktgröße bei einem Durchsatz von 375 kg/h in einer geschlossenen Behälter-zu-Behälter-Mahlanlage (Inline-Verarbeitung). Für den Test wählten die Bohle-Ingenieure eine Rotordrehzahl von 6.000 U/min auf der Hammerseite des Rotors.

Nach einem Produktionszyklus von 30 kg wird eine Temperatur von ca. Es wurden 30°C gemessen. Um eine bessere Temperaturkontrolle zu ermöglichen, die entstehende Wärme abzuleiten und somit den Herstellervorgaben zu entsprechen, wurde die Mahlkammer mit einem Kühlmantel versehen. Um zu verhindern, dass sich aufgrund des Kühlsystems Kondenswasser in der Mahlkammer bildet, wird Stickstoff in die Mahlkammer eingeblasen und über Filter wieder entfernt. Darüber hinaus wurde in der Turbomühle ein 1 mm Siebeinsatz verwendet, der die gleiche Partikelgröße wie die Kugelmühle erreicht.

Mit dem BTM konnten die vom Hersteller gewünschten hochpräzisen Ergebnisse erzielt werden. Zunächst wurde eine Hammermühle bestellt, später zwei weitere. Nach der Installation der Mühlen konnte der Hersteller seine Verarbeitungseffizienz deutlich steigern. Es ist nun in der Lage, mehrere Chargen (z. B. 1.000-kg-Chargen) statt nur einer oder zwei Chargen (im herkömmlichen Kugelmahlverfahren) innerhalb einer Woche zu mahlen, da das BTM schnell und nahezu ohne Werkzeug zerlegt und gereinigt werden kann.