In einer Wirbelschichtanlage werden Feststoffe über einen speziellen Gasverteilerboden, den so genannten Diskjet, durch einströmendes Gas fluidisiert. Die dabei entstehende torodiale Strömung sorgt für ein perfektes Mischverhalten und homogene Sprühergebnisse. Abhängig von der Konditionierung des Gases können die Feststoffe getrocknet, erwärmt, befeuchtet, gekühlt oder – durch das Eindüsen von Bindemitteln – agglomeriert werden. Werden Beschichtungsmittel eingedüst, können Partikel ummantelt, also gecoatet werden – Anforderungen, die Ferring auch in diesem Fall stellte und die von dem Anlagenbauer in nur achtmonatiger Aufbauzeit umgesetzt wurden.
Die Ferring-Anlage verfügt neben der Prozesseinheit HKC400 mit Diskjet über eine ganze Reihe an spezifischen Peripherie-Aggregaten. Die Zuluft der Anlage wird über eine Entfeuchtungsanlage und eine Tieftemperaturkondensation entfeuchtet. Ein Prozessgaserhitzer temperiert sie, und vor Eintritt in den Prozessraum wird sie durch einen Hepa-Filter vollständig von Feinstaub befreit. Hat die Zuluft den Prozessapparat hinter sich gelassen, strömt sie als Abluft durch eine mehrstufige Entstaubungsanlage, bevor sie über den Ventilator wieder der Konditionierung zugeführt wird. Dieser Kreislauf wird komplett mit Stickstoff versorgt.
Befüllt wird gravimetrisch über andockbare IBC (Intermediate Bulk Container). Die Entleerung des Prozessbehälters erfolgt pneumatisch, wobei es mit dieser Technologie möglich ist, das Produkt ohne Restmengen komplett in den IBC zu entleeren. Für das Einsprühen von Granulierflüssigkeit bzw. das Aufsprühen von Beschichtungen stehen zwei Kompressoren für Mikroklima und Sprühluft sowie eine Sprühflüssigkeitspumpe mit einem vorgeschalteten Sprühbehälter zur Verfügung.
Konstante Filmdicke undenge Partikelgrößenverteilung
Der Diskjet ermöglicht durch seine torodiale Strömungsform eine äußert gleichmäßige Gasverteilung im Produktbehälter. Dies ist für die Prozesse Coaten und Granulieren von besonderer Relevanz. Die gerichtete Strömung sorgt für eine enge Verweilzeitverteilung vor den Düsen und für eine einheitlich lange Trocknungszeit der Einzelpartikel. In Kombination mit den am Boden eingebauten Düsen ergeben sich so optimale Strömungsverhältnisse. Die ebene Form und die zum Produktraum hin konisch verlaufenden, sehr schmalen Schlitze verhindern das Durchschlagen des Produktes unter den Diskjet und sind problemlos zu reinigen. Gerade durch die konische Form der Schlitze kann sich kein Partikel in den Spalten verklemmen: Hat ein Partikel erst einmal die engste Stelle oben beim Produktraum durchquert, so fällt es in einem sich immer weiter öffnenden Spalt nach unten und wird dort von der CIP-Reinigung ausgespült.
Ein vollständig geschlossener Gaskreislauf mit integrierter zweistufiger Lösemittelrückgewinnung sorgt für einen umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Betrieb der Anlage, denn der mit Sole gekühlte Kondensator und die Tieftemperatur-Kondensation mit flüssigem Stickstoff gewährleisten eine fast vollständige Rückgewinnung der eingesetzten organischen Lösemittel. So bleibt die Lösemittelkonzentration am Eintrittspunkt in den Prozessraum auf geringstmöglichem Niveau, so dass das Gas beim Durchströmen des Produktes maximal mit Lösemittel beladen werden kann. Damit wird mit minimalem Einsatz von Energie ein Maximum an Trocknungsergebnis erzielt. Gleichzeitig unterschreiten die Werte der Abgabe von Lösemittel über die Abluft deutlich die Anforderungen der TA-Luft.
Reinigung der Düsen während des Prozesses
Die Dreistoff-Düsen bringen die Sprühflüssigkeit zum Coaten direkt in das fluidisierte Produkt – etwa Pellets – ein. Weil dies durch eine effektive Verdüsung durch Sprühluft und Mikroklima erfolgt und am Punkt der höchsten Produktgeschwindigkeit geschieht, verteilt sich die Sprühflüssigkeit besonders gleichmäßig im Produkt. Sprühluft und die dritte Komponente, das Mikroklima, werden dem HKC durch ölfreie Kompressoren zur Verfügung gestellt. Die Kompressoren werden dabei über Prozessluft direkt nach der Tieftemperatur-Kondensationsanlage gespeist. Dies ermöglicht, dass die Anlage ohne aufwändige Reinst-Stickstoff-Speisung für die Versorgung der Sprühdüsen auskommt.
Die Reinigung der Sprühdüsen erfolgt durch einen integralen Spülschritt im Prozess – mit reinem, organischem Lösemittel. Die Sprühdüsen können auf diese Weise über lange Zeiträume im Einsatz bleiben. Stillstand der Anlage und teure Produktionsausfälle werden dadurch minimiert, was zu einer früheren Amortisation der Anlage führt. Generell steigt die Anzahl der Sprühdüsen mit der Größe der Anlage. In der bei Ferring installierten Anlage sind es insgesamt 18Sprühdüsen, und die Durchflussmenge jeder einzelnen wird kontinuierlich gemessen und überwacht. Die Gleichmäßigkeit der Eindüsung der Coating-Flüssigkeit über den gesamten Querschnitt der Wirbelschicht ist somit gewährleistet und wird dokumentiert.
Befüllen und Entleeren bei intakter Inertisierung
Das Produkt wird über eine gravimetrische Befüllung eingebracht. Dabei werden inertisierte Behälter an die Befüllleitung angeschlossen. Das Produkt gelangt über Ventile in den geschlossenen Kreislauf. Nach Prozessende erfolgt die Entleerung pneumatisch. Über einen Bypass wird ein IBC unter leichtes Vakuum gesetzt, so dass das Produkt nach Öffnung des Entleerventils zuerst in einen Zwischenbehälter gesaugt und verwogen wird. Im Anschluss daran wird es in den Entleerbehälter abgelassen. Durch die torodiale Strömung, die vom Diskjet erzeugt wird, ist es mit der Anlage möglich, das Produkt ohne Restmengen komplett in den Container zu entleeren. So dringt kein Luft-Sauerstoffgemisch in den Kreislauf ein und die Inertisierung während des Entleerungsvorganges wird nicht gebrochen.
Kontaminierung ausgeschlossen
Auch wenn die Gesamtanlage lange im Einsatz war und nur eine äußerst geringe Verschmutzung oder von der Produktion rührende Restmengen aufweist, gilt: Bei Produktwechseln oder am Ende einer Kampagne muss die Anlage gereinigt werde, um eine Kontaminierung der Folge-Chargen auszuschließen. Das geschieht bei dieser Anlage nach dem CIP(Clean in Place)-Prinzip. Dabei müssen keine Teile ausgebaut werden.
Bei der Ferring-Anlage beginnt die CIP-Reinigung zunächst mit einem Reinigungsschritt, bei dem rotierende Reinigungsdüsen mit niedrigem Druck das Reinigungsmittel versprühen. Das entfernt bereits den überwiegenden Teil der Produktreste. Es folgt die Hochdruckreinigung des Innenraumes des Wirbelschichtgerätes mit entmineralisiertem Wasser. Dabei werden alle Behälterflächen und auch der Diskjet-Boden von Verschmutzungen und Produktresten befreit. Eine nochmalige Spülung der Anlage mit Niederdruck bildet den Abschluss. Bei diesem letzten Spülgang kann die Spüllosung über eine Leitfähigkeitssonde auf Rückstände hin untersucht werden. Erst wenn die Leitfähigkeit der letzten Spülung geringer als 5mS/cm ist, wird die Anlage zur Trocknung mit heißem Stickstoff freigegeben, der zuvor einen Reinstfilter durchlaufen hat. Nach dem Trocknen ist der Reinigungsprozess abgeschlossen – nach erneuter Inertisierung ist die Anlage für eine neue Kampagne betriebsbereit.
Kurze Prozess- und Reinigungszeiten bei gleichzeitig hohen Standzeiten, schnelles Befüllen und Entleeren, geringer Stickstoffverbrauch, hohe Umweltverträglichkeit, einfache Bedienbarkeit und höchster Automatisierungsgrad waren für Ferring die ausschlaggebenden Gründe, sich für diese Wirbelschichtanlage zu entscheiden. Dass alle Anlagenteile qualifiziert und validiert sind, versteht sich von selbst. Die Anlage wurde exakt nach den Erfordernissen und Wünschen von Ferring konzipiert und gebaut und bereits nach lediglich acht Monaten in Betrieb genommen. Das System wurde im Technikum des Anlagenbauers zuvor im kleinen Maßstab getestet, wobei die erforderlichen Kapazitäten und Parameter mittels Scale-up errechnet und in der realen Anlage umgesetzt wurden.
