Vistas: 33 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2023-06-02 Origen: Sitio
¿Se pregunta cómo funciona una granulación en lecho fluidizado?y cuál es la aplicación de los granuladores de lecho fluidizado. Hoy, lo guiaré a través de:
Granulación en lecho fluidizado fabricada por Hywell
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El secado es un proceso unitario clave en las industrias química, alimentaria y farmacéutica.Requiere calefacción, lo que la hace intensiva en capital y energía.El secado puede representar entre el 60 y el 70% del coste total de producción.
Los granuladores secadores de lecho fluido se han adoptado ampliamente para secar gránulos y polvos en la fabricación de medicamentos en dosis sólidas.Hywell produce secadores de lecho de muy alta calidad a precios de fábrica competitivos.
La fabricación farmacéutica requiere un control preciso sobre la producción de formas farmacéuticas sólidas.La granulación, el proceso de transformar partículas finas de polvo en gránulos más grandes, juega un papel crucial para lograr uniformidad, fluidez y estabilidad del producto final.La granulación en lecho fluidizado ofrece un método eficiente y versátil para lograr estos objetivos.La granulación incluye la granulación seca y granulación húmeda .La granulación húmeda incluye diferentes tipos de máquinas, como granuladores por pulverización de lecho fluido, granuladores de cesta, granuladores oscilantes (granuladores oscilantes) , y granuladores mezcladores de alto cizallamiento.
La granulación en lecho fluidizado se puede clasificar como un proceso de tanque único porque el polvo se puede mezclar, granular y secar en la misma unidad, lo que facilita la transferencia del producto y minimiza la contaminación cruzada.Además, el lecho fluidizado también mejora la transferencia de calor y masa entre el aire fluidizado y las partículas sólidas, lo que da como resultado una distribución uniforme de la temperatura dentro del lecho del producto y un tiempo de procesamiento relativamente corto.En comparación con la granulación de alto cizallamiento, la tecnología de lecho fluidizado generalmente produce partículas con una distribución de tamaño de partícula más estrecha y sin partículas de gran tamaño.Esto reduce las granulaciones múltiples innecesarias y acelera el secado.
Se informa que la granulación en lecho fluidizado es más porosa, menos densa y más compresible que las producidas por la granulación húmeda de alto cizallamiento.El rango de tamaño de partícula óptimo para la fluidización es de 50 a 2000 μm.El tamaño medio de las partículas debe estar entre 50 y 5000 μm para evitar una canalización excesiva y un flujo pistón.Dado que el polvo fino tiene una superficie muy grande, la cohesión adhesiva aumenta y conduce a agregación;por lo tanto, para evitar un escape excesivo de polvo fino, generalmente se seleccionan bolsas recolectoras ultradensas e inapropiadas para causar un desequilibrio de fluidización.Para partículas finas menores de 50 μm y partículas que no se pueden fluidificar, el lecho de polvo debe tratarse mediante rastrillo mecánico y otros métodos, lo que aumenta los costos de equipo, limpieza y mantenimiento.El tamaño crítico que los lechos fluidizados tradicionales no pueden procesar discretamente polvos farmacéuticos ordinarios es de aproximadamente 20 μm.Según el diagrama de flujo de Geldart, por debajo de este límite es difícil lograr un flujo estable sin demora.
La manipulación de mezclas de polvo que contienen componentes de diferentes densidades es otro desafío, ya que las diferencias en el comportamiento de fluidización de diferentes componentes de la formulación pueden provocar una separación del lecho y una mezcla desigual.Además de estas propiedades del polvo, la capacidad de las gotas de aglutinante para esparcirse en el lecho de polvo también es crítica durante la granulación en lecho fluidizado.Por tanto, la granulación durante la fluidización depende en gran medida de los fenómenos de difusión del líquido.Obviamente, la granulación en lecho fluidizado es un proceso complejo.Además de los factores relacionados con el material, como la naturaleza y las características de los ingredientes de la fórmula, los factores del proceso relacionados con las etapas de granulación y secado también afectarán los resultados.
El principio de funcionamiento de un lecho fluidizado se basa en la base teórica de que si se permite que el gas fluya a través de un lecho de sólidos granulares a una velocidad mayor que la velocidad de sedimentación de los gránulos y menor que la del transporte neumático e igual a la velocidad mínima de fluidización (Umf ), la porción sólida quedará suspendida en el movimiento ascendente. El flujo de gas ejerce una resistencia lo suficientemente alta como para superar la fuerza descendente de la gravedad.La resistencia es la fuerza de fricción que ejerce el gas sobre los gránulos;la resistencia ejercida por los gránulos sobre el gas es igual en magnitud y opuesta en dirección.
A medida que aumenta el caudal de aire, aumenta la resistencia viscosa de los gránulos individuales en el lecho empaquetado, lo que aumenta la caída de presión del lecho (ΔP).Hasta cierto punto, la fuerza de arrastre que experimentan los gránulos individuales es igual a su peso aparente;entonces el volumen de la cama comienza a expandirse.Los gránulos individuales ya no están en contacto con los gránulos vecinos, sino que son sostenidos por el fluido y comienza la fluidización.Para polvos muy viscosos, los gránulos primarios pueden quedar unidos por fuerzas de van der Waals y pueden fluidizarse formando gránulos aglomerados.
Entonces, cuando un gránulo se vuelve más fluidizado, afecta la velocidad local del gas a su alrededor debido a estas fuerzas de arrastre.Para gránulos con formas irregulares, el efecto de arrastre es más significativo.Por encima de la velocidad mínima de fluidización, cualquier gas adicional introducido debería pasar a través del lecho en forma de burbujas.Las fuerzas de Van der Waals desempeñan un papel dominante en los procesos de fluidización y manipulación de polvos, pero las fuerzas electrostáticas también tienen una fuerte influencia en el comportamiento del proceso.Otras fuerzas potenciales son los puentes líquidos y sólidos.Las posibles interacciones con fuerzas intergranulares son interacciones gránulo-gránulo, gránulo-cámara y gránulo-gas.Dos métodos, la velocidad mínima de fluidización Umf y la clasificación de Geldart, son generalmente reconocidos por su capacidad para predecir y caracterizar el comportamiento de fluidización de los sólidos.
En lechos fluidizados, se pueden observar diferentes patrones de lecho fluidizado, dependiendo de la velocidad de fluidización, la densidad del producto, la forma y el peso del producto en el recipiente.La densidad cambia directamente la fuerza gravitacional neta que actúa sobre el gránulo y, por lo tanto, la resistencia o velocidad mínima requerida para levantar el gránulo.La forma no sólo cambia la relación entre la fuerza de arrastre y la velocidad, sino que también cambia las características de llenado del lecho fijo y los espacios vacíos asociados y las velocidades de los fluidos a través de ellos.
La velocidad del gas calculada (Umf) en toda la sección transversal del lecho se denomina velocidad de fluidización mínima o incipiente.Durante la fluidización inicial, el lecho asume una forma líquida y se autoequilibra, fluye y transmite fuerzas hidrostáticas (los objetos de menor densidad flotan en la superficie del lecho).A bajas velocidades del gas, el lecho de gránulos es en realidad un lecho empaquetado y la caída de presión es proporcional a la velocidad superficial.A medida que aumenta la velocidad del gas, se alcanza un punto en el que el comportamiento del lecho cambia de gránulos fijos a gránulos suspendidos.En el punto inicial de fluidización, la caída de presión a través del lecho será muy cercana al peso de los gránulos dividido por el área de la sección transversal del lecho.Durante el proceso de fluidización inicial, los gránulos están muy juntos y no tienen ningún movimiento real;Para lograr una mezcla uniforme, es necesario lograr una mezcla vigorosa aumentando la velocidad del gas a través de diferentes distribuidores de flujo de gas.
Cuando el caudal de gas excede el punto mínimo de fluidización, el lecho fluidizado se parece mucho al gas que sube rápidamente y estalla en la superficie.La formación de burbujas se produce muy cerca del fondo del lecho y muy cerca del distribuidor de flujo de aire, por lo que el diseño del distribuidor de flujo de aire tiene un gran impacto en las características del lecho fluidizado.El aumento de la velocidad de fluidización superficial por encima de la velocidad mínima de fluidización da como resultado la formación de 'burbujas' que surgen en el lecho.La expansión del lecho se debe principalmente al espacio ocupado por las burbujas y la velocidad del gas en la superficie aumenta significativamente.A medida que estas pequeñas burbujas se elevan desde la cama, tienden a fusionarse.Esto crea burbujas más grandes y menos que las que están cerca del distribuidor de flujo de aire.En un lecho burbujeante, la mezcla es causada no sólo por el movimiento vertical y el colapso de las burbujas en la superficie del lecho, sino también por el movimiento lateral de las burbujas causado por la interacción y fusión de burbujas adyacentes.
Cuando la concentración de sólidos en todo el lecho no es uniforme y la concentración fluctúa con el tiempo, este tipo de fluidización se denomina fluidización agregada.
Un lecho slug es un lecho fluido en el que las burbujas de aire ocupan toda la sección transversal del recipiente del producto y dividen el lecho en varias capas.
El control de los caudales de aire es fundamental para lograr lechos fluidizados eficientes para secar, granular y recubrir.Sólo cuando los gránulos están suspendidos en el flujo de aire durante el proceso de tratamiento puede el lecho fluidizado lograr las ventajas de una rápida transferencia de calor y masa.Para obtener una adecuada fluidización del producto se deben considerar los siguientes factores:
El control de la velocidad del flujo de aire se puede lograr primero a través del distribuidor de flujo de aire seleccionado.La elección del distribuidor depende de factores como el tipo de material y su tamaño de gránulo, densidad, forma, cantidad, volumen de aire del ventilador y la ubicación del sistema.La selección del distribuidor y más instrucciones se proporcionan en el Capítulo 3. El tipo y la geometría del distribuidor tienen un impacto significativo en el valor mínimo de velocidad de fluidización.Aumentar el diámetro de los poros del distribuidor de la placa de orificio reducirá la velocidad mínima de fluidización (voz en off: Me pregunto si puedes entender esta frase. La premisa es que cuando el volumen de aire permanece sin cambios, el área del distribuidor de ventilación del mismo tamaño aumenta la placa de orificio apertura, lo que equivale a aumentar el área de ventilación, por lo que la velocidad disminuye).
La granulación en lecho fluidizado ofrece varias ventajas sobre otras técnicas de granulación.En primer lugar, permite un control excelente sobre las propiedades de los gránulos, como el tamaño, la forma y la densidad.Este control asegura la uniformidad y reproducibilidad del producto final.Además, el estado fluidizado proporciona una transferencia eficiente de calor y masa, lo que conduce a tiempos de secado más rápidos.El proceso también es altamente escalable, lo que permite una fácil transición de la producción a escala de laboratorio a la producción comercial.
Aunque la granulación en lecho fluidizado tiene numerosas ventajas, no está exenta de limitaciones.Uno de los desafíos es el potencial de desgaste de partículas, lo que lleva a la generación de polvo fino.Este problema se puede mitigar mediante el uso de equipos adecuados y la optimización de procesos.Otra desventaja es la limitada idoneidad para materiales sensibles a la humedad, ya que el proceso de secado implica la aplicación de calor.La comprensión adecuada de los materiales y los parámetros del proceso es crucial para superar estos desafíos.
Varios factores influyen en el éxito de la granulación en lecho fluidizado.Estos factores deben considerarse y optimizarse cuidadosamente para lograr las propiedades deseadas de los gránulos.Los factores clave incluyen:
Las propiedades de los materiales en polvo, como el tamaño de las partículas, la forma y las características de la superficie, desempeñan un papel importante en el comportamiento de fluidización y la formación de gránulos.Los polvos finos con propiedades cohesivas pueden requerir medidas adicionales para garantizar una fluidización adecuada.
La elección de la solución aglutinante y su concentración tiene un gran impacto en la eficacia de unión y la resistencia de los gránulos.Se pueden utilizar diferentes aglutinantes, como polímeros o adhesivos, dependiendo de las características deseadas de los gránulos.
Varios parámetros del proceso, incluido el caudal de aire, la temperatura de entrada, la velocidad de pulverización y la altura del lecho, afectan la formación de gránulos.Estos parámetros deben optimizarse para lograr el tamaño, la forma y la uniformidad de los gránulos deseados.
El diseño y la configuración del granulador de lecho fluidizado, incluida la forma y el tamaño de la cámara de procesamiento, el sistema de distribución de aire y el sistema de pulverización, influyen en la eficiencia general del proceso y la calidad de los gránulos.
La granulación en lecho fluidizado requiere equipo especializado para lograr resultados óptimos.El componente clave es el granulador de lecho fluidizado, que consta de una cámara de procesamiento, un sistema de distribución de aire y un sistema de pulverización.La cámara de procesamiento permite la fluidización de las partículas de polvo y la formación de gránulos.El sistema de distribución de aire proporciona un flujo de aire uniforme en toda la cámara, asegurando una fluidización adecuada.El sistema de pulverización, normalmente equipado con boquillas de alta presión, permite una pulverización precisa y controlada de la solución aglutinante.Además, el equipo para secar y tamizar los gránulos es fundamental para completar el proceso.
La granulación en lecho fluidizado encuentra amplias aplicaciones en la industria farmacéutica.Algunas de las aplicaciones comunes incluyen:
La granulación en lecho fluidizado se usa ampliamente en la producción de gránulos para la formulación de tabletas.La uniformidad del tamaño y la forma de los gránulos que se logra mediante este proceso garantiza un contenido de fármaco constante en cada tableta, lo que conduce a formas de dosificación confiables.
La capacidad de incorporar recubrimientos funcionales hace que la granulación en lecho fluidizado sea adecuada para desarrollar formulaciones de liberación controlada.Mediante la aplicación de recubrimientos entéricos u otros recubrimientos especializados, la liberación del fármaco se puede adaptar a requisitos específicos, como la liberación dependiente del pH o del tiempo.
La granulación en lecho fluidizado también se emplea en la producción de gránulos adecuados para compresión directa.Los gránulos directamente comprimibles tienen excelentes propiedades de fluidez y compresibilidad, lo que los hace ideales para la fabricación de tabletas de alta velocidad.
Las formulaciones complejas que contienen múltiples ingredientes farmacéuticos activos (API) y excipientes se pueden granular con éxito mediante la granulación en lecho fluidizado.El proceso permite la mezcla uniforme de todos los componentes, lo que da como resultado gránulos homogéneos.
La granulación en lecho fluidizado permite la producción de gránulos con perfiles de liberación de fármacos modificados.Al ajustar los parámetros del proceso y las características del aglutinante, se puede lograr una liberación sostenida o prolongada del fármaco, proporcionando una administración controlada del fármaco.
La granulación en lecho fluidizado ofrece varias ventajas en comparación con técnicas de granulación alternativas.En comparación con la granulación húmeda, que implica el uso de grandes volúmenes de aglutinantes líquidos, la granulación en lecho fluidizado requiere cantidades más pequeñas de solución de aglutinante, lo que reduce los tiempos de secado y el consumo de energía.Las técnicas de granulación en seco, como la compactación con rodillos, requieren pasos adicionales para obtener gránulos, lo que hace que la granulación en lecho fluidizado sea un proceso más sencillo y eficiente en términos de tiempo.Además, la granulación en lecho fluidizado permite un control preciso sobre las propiedades de los gránulos, lo que da como resultado una mejor uniformidad del producto.
Si bien la granulación en lecho fluidizado es un proceso robusto y versátil, pueden surgir ciertos problemas durante la operación.Un desafío común es la formación de aglomerados o gránulos de gran tamaño, lo que puede provocar una distribución desigual del tamaño de las partículas y una fluidez deficiente.Este problema se puede solucionar ajustando la tasa de pulverización, la concentración del aglutinante o el caudal de aire para garantizar un crecimiento adecuado de los gránulos.Otro problema potencial es la aparición de obstrucciones de las boquillas debido a la precipitación de la solución aglutinante.La limpieza y el mantenimiento regulares del sistema de pulverización pueden ayudar a prevenir este problema.Es crucial monitorear y optimizar los parámetros del proceso para solucionar y resolver cualquier problema potencial.
Numerosas empresas farmacéuticas han implementado con éxito la granulación en lecho fluidizado en sus procesos de fabricación, lo que ha mejorado la calidad y la eficiencia del producto.Los estudios de casos y las historias de éxito destacan las diversas aplicaciones y beneficios de esta técnica.Por ejemplo, la Compañía X, un fabricante farmacéutico líder, utilizó la granulación en lecho fluidizado para desarrollar una formulación de liberación controlada de un fármaco cardiovascular ampliamente recetado.Los gránulos resultantes exhibieron una excelente uniformidad de contenido, perfiles de liberación de fármaco extendidos y un mayor cumplimiento por parte del paciente.De manera similar, la Compañía Y empleó granulación en lecho fluidizado para producir gránulos directamente comprimibles para una formulación compleja de múltiples componentes, logrando propiedades de flujo y compatibilidad con tabletas superiores.
La granulación en lecho fluidizado es un campo en continua evolución y varias tendencias y avances están dando forma a su futuro.Algunas de las tendencias clave incluyen:
Los investigadores están explorando activamente nuevos aglutinantes y excipientes con propiedades de unión mejoradas, características de liberación controlada y funcionalidad mejorada.Estos avances optimizarán aún más las propiedades de los gránulos y ampliarán la gama de aplicaciones para la granulación en lecho fluidizado.
La integración de herramientas PAT avanzadas en sistemas de granulación de lecho fluidizado permite el monitoreo y control en tiempo real de los parámetros críticos del proceso.Este enfoque basado en datos mejora la comprensión del proceso, facilita su optimización y garantiza una calidad constante del producto.
La incorporación de inteligencia artificial (IA) y algoritmos de aprendizaje automático en sistemas de granulación en lecho fluidizado tiene un enorme potencial.Los sistemas impulsados por IA pueden analizar datos de procesos complejos, identificar patrones y optimizar los parámetros del proceso en tiempo real, lo que conduce a una mayor eficiencia, una reducción de los residuos y una mejor calidad del producto.
La fabricación continua está ganando popularidad en la industria farmacéutica debido a su eficiencia y rentabilidad.La granulación en lecho fluidizado se puede integrar perfectamente en plataformas de fabricación continua, lo que permite la producción continua de gránulos con una calidad constante y una variabilidad del proceso reducida.
A medida que aumenta la atención a la sostenibilidad, se realizan esfuerzos para que los procesos de granulación sean más respetuosos con el medio ambiente.Esto incluye el uso de aglutinantes ecológicos, métodos de secado energéticamente eficientes y minimizar la generación de residuos.La granulación en lecho fluidizado, con su secado eficiente y menores requisitos de aglutinante, se alinea bien con los principios de fabricación ecológica.
En conclusión, la granulación en lecho fluidizado es una técnica muy eficaz y versátil en la fabricación farmacéutica.Su capacidad para producir gránulos uniformes con propiedades controladas lo convierte en una opción atractiva para diversas formas de dosificación sólidas.Con investigaciones y avances en curso en aglutinantes novedosos, análisis de procesos y control inteligente de procesos, la granulación en lecho fluidizado está preparada para futuras mejoras y seguirá desempeñando un papel crucial en la configuración del futuro de la fabricación farmacéutica.
La granulación en lecho fluidizado es una técnica muy eficaz y versátil en la fabricación farmacéutica.Su capacidad para producir gránulos uniformes con propiedades controladas lo ha convertido en la opción preferida para diversas formas de dosificación sólidas.Las ventajas de la granulación en lecho fluidizado, como el control preciso de las propiedades de los gránulos, el secado eficiente y la escalabilidad, contribuyen a mejorar la calidad del producto, la eficiencia de fabricación y la satisfacción del paciente.A pesar de algunas limitaciones, una comprensión adecuada de los parámetros del proceso y la selección del equipo puede ayudar a superar los desafíos y optimizar el proceso de granulación.Con la investigación y los avances en curso, se espera que la granulación en lecho fluidizado desempeñe un papel crucial en la configuración del futuro de la fabricación farmacéutica.
Sí, se puede emplear la granulación en lecho fluidizado para materiales sensibles a la humedad.Sin embargo, se requiere una consideración cuidadosa del proceso de secado y la optimización de los parámetros para minimizar la exposición a la humedad y la posible degradación.
Absolutamente.La granulación en lecho fluidizado es altamente escalable y puede pasar sin problemas de la producción a escala de laboratorio a la producción comercial con el equipo adecuado y la optimización de procesos.
La granulación en lecho fluidizado requiere cantidades más pequeñas de solución aglutinante, lo que reduce los tiempos de secado y el consumo de energía en comparación con la granulación húmeda.También proporciona un control preciso sobre las propiedades de los gránulos y una mejor uniformidad del producto.
Sí, la granulación en lecho fluidizado se puede integrar con otros procesos como recubrimiento, secado y formación de tabletas, lo que permite un flujo de trabajo de fabricación optimizado y un mejor rendimiento del producto.
El futuro de la granulación en lecho fluidizado parece prometedor, con avances continuos en nuevos aglutinantes, herramientas PAT y control inteligente de procesos.Estos desarrollos mejorarán aún más la eficiencia de los procesos, la calidad del producto y la optimización en la fabricación farmacéutica.
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