Comment optimiser la granulation fluidisée au lit

Granulation du lit fluidisé: Introduction

Vous vous demandez comment fonctionne une granulation fluidisée de lit? Et quelle est l'application des granulateurs de lit fluidisé aujourd'hui, je vais vous guider à travers:

Granulation de lit fluidisé fabriqué par Hywell

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Le séchage est un processus unitaire clé dans les industries chimiques, alimentaires et pharmaceutiques. Cela nécessite du chauffage, ce qui en fait du capital et de l'énergie. Le séchage peut représenter 60 à 70% du coût total de production.

Les granulateurs de sèche-linge à lit liquide ont été largement adoptés pour le séchage des granules et des poudres dans la fabrication de médicaments à dose solide. Hywell produit des séchoirs de lit de très haute qualité à des prix de l'usine compétitifs.

Introduction à la granulation fluidisée au lit

La fabrication pharmaceutique nécessite un contrôle précis sur la production de formes posologiques solides. La granulation, le processus de transformation des particules de poudre fines en granules plus gros, joue un rôle crucial dans la réalisation de l'uniformité, de la fluidité et de la stabilité du produit final. La granulation fluidisée du lit offre une méthode efficace et polyvalente pour atteindre ces objectifs. La granulation comprend la granulation sèche et granulation humide . La granulation humide comprend différents types de machines, telles que Granulators de pulvérisation de lit liquidal, granulateurs de panier, Granulators swing (granulators oscillants) , et Granulators de mélangeur à cisaillement élevé.

La granulation fluidisée peut être classée comme un processus unique car la poudre peut être mélangée, granulée et séchée dans la même unité, facilitant le transfert de produit et minimisant la contamination croisée. De plus, le lit fluidisé améliore également la chaleur et le transfert de masse entre l'air fluidisant et les particules solides, entraînant une distribution de température uniforme dans le lit du produit et un temps de traitement relativement court. Par rapport à la granulation à haute cisaillement, la technologie du lit fluidisé produit généralement des particules avec une distribution de taille de particules plus étroite et aucune particules surdimensionnées. Cela réduit les granulations multiples inutiles et accélère le séchage.

La granulation fluidisée au lit est plus poreuse, moins dense et plus compressible que celles produites par une granulation humide à cisaillement élevée. La plage de taille des particules optimale pour la fluidisation est de 50 à 2000 μm. La taille moyenne des particules doit être comprise entre 50 et 5000 μm pour éviter une canalisation excessive et un flux de bouchons. Étant donné que la poudre fine a une très grande surface, la cohésion adhésive augmente et conduit à l'agrégation; Par conséquent, afin d'éviter une évasion excessive de la poudre fine, des sacs de collecte ultra-denses et inappropriés sont généralement sélectionnés pour provoquer un déséquilibre de fluidisation. Pour les particules fines inférieures à 50 μm et les particules qui ne peuvent pas être fluidisées, le lit de poudre doit être traité par le râteau mécanique et d'autres méthodes, ce qui augmente les coûts d'équipement, de nettoyage et d'entretien. La taille critique que les lits fluidisés traditionnels ne peuvent pas traiter discrètement les poudres pharmaceutiques ordinaires est d'environ 20 μm. Selon le diagramme d'écoulement de Geldart, en dessous de cette limite, un flux stable sans délai est difficile.

La manipulation des mélanges de poudre contenant des composants de différentes densités est un autre défi, car les différences dans le comportement de fluidisation de différents composants de formulation peuvent conduire à la séparation des lits et à un mélange inégal. En plus de ces propriétés de poudre, la capacité des gouttelettes de liant à se propager dans le lit de poudre est également essentielle lors de la granulation fluidisée du lit. Par conséquent, la granulation pendant la fluidisation dépend fortement des phénomènes de diffusion liquide. De toute évidence, la granulation fluidisée au lit est un processus complexe. En plus des facteurs liés au matériau tels que la nature et les caractéristiques des ingrédients dans la formule, les facteurs de processus liés aux stades de granulation et de séchage affecteront également les résultats.

Le processus de granulation fluidisée

1. Comment se produit la fluidisation?

Le principe de travail d'un lit fluidisé est basé sur la base théorique que si le gaz est autorisé à circuler à travers un lit de solides granulaires à une vitesse supérieure à la vitesse de dénigrement du granule et à la transmission pneumatique et à la vitesse de fluidisation minimale (UMF), la partie solide sera la perte de la gravité de la gravité. La résistance est la force de frottement exercée par le gaz sur les granules; La résistance exercée par les granules sur le gaz est égale en amplitude et en direction opposée.

À mesure que le débit de flux d'air augmente, la résistance visqueuse des granules individuels dans le lit emballé augmente, augmentant la chute de pression du lit (ΔP). Jusqu'à un certain point, la force de traînée connue par les granules individuels est égale à leur poids apparent; Ensuite, le volume du lit commence à se développer. Les granules individuels ne sont plus en contact avec les granules voisins mais sont soutenus par le liquide et la fluidisation commence. Pour les poudres très visqueuses, les granules primaires peuvent être liés par les forces de van der Waals et peuvent fluides dans des granules agglomérés.

Ainsi, lorsqu'un granule devient plus fluidisé, il affecte la vitesse du gaz locale autour de lui en raison de ces forces de traînée. Pour les granules aux formes irrégulières, l'effet de la traînée est plus significatif. Au-dessus de la vitesse de fluidisation minimale, tout gaz supplémentaire introduit doit passer par le lit sous la forme de bulles. Les forces de van der Waals jouent un rôle dominant dans les processus de manipulation et de fluidisation de la poudre, mais les forces électrostatiques ont également une forte influence sur le comportement du processus. D'autres forces potentielles sont les ponts liquides et solides. Les interactions possibles avec les forces intergranulaires sont les interactions granule-granule, granuule-chambre et granules-gaz. Deux méthodes, la vitesse de fluidisation minimale UMF et la classification de Geldart, sont généralement reconnues pour leur capacité à prédire et à caractériser le comportement de fluidisation des solides.

2. Type de lit fluidisé

Dans les lits fluidisés, différents modèles de lit fluidisé peuvent être observés, en fonction de la vitesse de fluidisation, de la densité du produit, de la forme et du poids du produit dans le pot. La densité modifie directement la force gravitationnelle nette agissant sur le granule, et donc la résistance ou la vitesse minimales nécessaires pour soulever le granule. La forme modifie non seulement la relation entre la force de traînée et la vitesse, mais modifie également les caractéristiques de remplissage du lit fixe et les espaces vides associés et les vitesses de fluide à travers eux.

La vitesse du gaz calculée (UMF) sur toute la section transversale du lit est appelée vitesse de fluidisation minimale ou naissante. Pendant la fluidisation initiale, le lit assume une forme liquide et est auto-équilibré, fluide et transmet des forces hydrostatiques (les objets de densité inférieure flottent sur la surface du lit). À des vitesses de gaz basses, le lit de granule est en fait un lit emballé et la chute de pression est proportionnelle à la vitesse de surface. À mesure que la vitesse du gaz augmente, un point est atteint où le comportement du lit passe des granules fixes aux granules en suspension. Au point initial de la fluidisation, la chute de pression sur le lit sera très proche du poids des granules divisé par la zone transversale du lit. Pendant le processus de fluidisation initial, les granules sont très proches les uns des autres et n'ont pas de mouvement réel; Afin d'obtenir un mélange uniforme, un mélange vigoureux doit être réalisé en augmentant la vitesse du gaz à travers différents distributeurs de débit de gaz.

Lorsque le débit de gaz dépasse le point de fluidisation minimum, le lit fluidisé ressemble beaucoup au gaz monte rapidement et éclate à la surface. La formation de bulles est très proche du fond du lit et très proche du distributeur de flux d'air, de sorte que la conception du distributeur de débit d'air a un grand impact sur les caractéristiques du lit fluidisé. L'augmentation de la vitesse de fluidisation de surface au-dessus de la vitesse de fluidisation minimale entraîne la formation de 'bulles ' qui surgissent dans le lit. L'expansion du lit est principalement causée par l'espace occupé par des bulles, et la vitesse du gaz de surface augmente considérablement. Alors que ces petites bulles s'élèvent du lit, elles ont tendance à fusionner ensemble. Cela crée des bulles plus grandes et moins que celles proches du distributeur d'air. Dans un lit bouillonnant, le mélange est causé non seulement par le mouvement vertical et l'effondrement des bulles sur la surface du lit, mais aussi par le mouvement latéral des bulles causées par l'interaction et la fusion des bulles adjacentes.

Lorsque la concentration de solides dans tout le lit n'est pas uniforme et que la concentration fluctue avec le temps, ce type de fluidisation est appelé fluidisation agrégée.

Un lit de limace est un lit fluide dans lequel les bulles d'air occupent toute la coupe transversale du récipient de produit et divisent le lit en plusieurs couches.

3. Contrôler la vitesse du débit d'air

Le contrôle des taux de flux d'air est essentiel aux lits fluidisés efficaces pour le séchage, la granulation et le revêtement. Ce n'est que lorsque les granules sont suspendus dans le flux d'air pendant le processus de traitement que le lit fluidisé peut obtenir les avantages de la chaleur rapide et du transfert de masse. Afin d'obtenir une fluidisation appropriée du produit, les facteurs suivants doivent être pris en compte:

01. Poids du produit (taille du lot).

02. Granulesize, forme et densité.

03. Caractéristiques d'écoulement de poudre.

04. La relation entre la capacité du lit fluidisé et le volume d'air et la position du ventilateur et la position de l'unité de fluidisation.

05. Capacité minimale et maximale recommandée du pot.

Le contrôle de la vitesse du débit d'air peut d'abord être obtenu via le distributeur de flux d'air sélectionné. Le choix du distributeur dépend de facteurs tels que le type de matériau et la taille de son granule, la densité, la forme, la quantité, le volume d'air du ventilateur et l'emplacement du système. La sélection du distributeur et d'autres instructions sont fournies au chapitre 3. Le type et la géométrie du distributeur ont un impact significatif sur la valeur de vitesse de fluidisation minimale. L'augmentation du diamètre des pores du distributeur de plaques à orifice réduira la vitesse de fluidisation minimale (voix off: je me demande si vous pouvez comprendre cette phrase? La prémisse est que lorsque le volume d'air reste inchangé, la zone du distributeur de ventilation de la même taille augmente la vitesse de la plaque d'orifice, ce qui est équivalent à l'augmentation de la zone de ventilation, alors la vitesse diminution).

Avantages de la granulation fluidisée

La granulation fluidisée du lit offre plusieurs avantages par rapport aux autres techniques de granulation. Premièrement, il permet un excellent contrôle sur les propriétés granulaires, telles que la taille, la forme et la densité. Ce contrôle assure l'uniformité et la reproductibilité du produit final. De plus, l'état fluidisé fournit une chaleur et un transfert de masse efficaces, conduisant à des temps de séchage plus rapides. Le processus est également très évolutif, ce qui permet une transition facile de l'échelle de laboratoire à la production commerciale.

Inconvénients de la granulation fluidisée

Bien que la granulation fluidisée au lit présente de nombreux avantages, ce n'est pas sans limites. L'un des défis est le potentiel d'attrition des particules, conduisant à la génération de poussière fine. Ce problème peut être atténué grâce à l'utilisation de l'équipement approprié et à l'optimisation des processus. Un autre inconvénient est l'aptitude limitée pour les matériaux sensibles à l'humidité, car le processus de séchage implique l'application de la chaleur. Une bonne compréhension des matériaux et des paramètres de processus est cruciale pour surmonter ces défis.

Facteurs affectant la granulation fluidisée

Plusieurs facteurs influencent le succès de la granulation fluidisée du lit. Ces facteurs doivent être soigneusement considérés et optimisés pour réaliser les propriétés des granules souhaités. Les facteurs clés comprennent:

1. Propriétés de la poudre

   Les propriétés des matériaux de poudre, telles que la taille des particules, la forme et les caractéristiques de surface, jouent un rôle significatif dans le comportement de fluidisation et la formation de granules. Les poudres fines avec des propriétés cohésives peuvent nécessiter des mesures supplémentaires pour assurer une bonne fluidisation.

2. Solution de liant

   Le choix de la solution de liant et de sa concentration affecte considérablement l'efficacité de liaison et la résistance des granules. Différents liants, tels que des polymères ou des adhésifs, peuvent être utilisés en fonction des caractéristiques souhaitées des granules.

3. Paramètres de traitement

   Divers paramètres de processus, y compris le débit d'air, la température d'entrée, le taux de pulvérisation et la hauteur du lit, affectent la formation de granules. Ces paramètres doivent être optimisés pour atteindre la taille, la forme et l'uniformité des granules souhaités.

4. Conception de l'équipement

   La conception et la configuration du granulateur de lit fluidisé, y compris la forme et la taille de la chambre de traitement, le système de distribution d'air et le système de pulvérisation, influencent l'efficacité globale du processus et la qualité des granules.

   
   

Équipement utilisé dans la granulation à lit fluidisé

La granulation fluidisée nécessite des équipements spécialisés pour obtenir des résultats optimaux. Le composant clé est le granulateur de lit fluidisé, qui se compose d'une chambre de traitement, d'un système de distribution d'air et d'un système de pulvérisation. La chambre de traitement permet la fluidisation des particules de poudre et la formation de granules. Le système de distribution d'air fournit un flux d'air uniforme dans toute la chambre, assurant une bonne fluidisation. Le système de pulvérisation, généralement équipé de buses à haute pression, permet une pulvérisation précise et contrôlée de la solution de liant. De plus, l'équipement de séchage et de tamis des granules est essentiel pour terminer le processus.

Applications de la granulation fluidisée

La granulation fluidisée sur le lit trouve des applications étendues dans l'industrie pharmaceutique. Certaines des applications courantes comprennent:

1. Formulation de comprimés

   La granulation fluidisée du lit est largement utilisée dans la production de granules pour la formulation des comprimés. L'uniformité de la taille et de la forme des granules obtenues grâce à ce processus garantit une teneur en médicament cohérente dans chaque comprimé, conduisant à des formes de dosage fiables.

2. Formulations de libération contrôlée

   La capacité d'incorporer des revêtements fonctionnels rend la granulation fluidisée adaptée au développement de formulations de libération contrôlée. En appliquant des revêtements entériques ou d'autres revêtements spécialisés, la libération du médicament peut être adaptée à des exigences spécifiques, telles que la libération dépendante du pH ou dépendant du temps.

3. Formulations de compression directes

   La granulation fluidisée à lit est également utilisée dans la production de granules adaptés à la compression directe. Les granules directement compressibles ont d'excellentes propriétés de flux et de compressibilité, ce qui les rend idéales pour la fabrication de tablettes à grande vitesse.

4. Formulations multi-composants

   Des formulations complexes contenant de multiples ingrédients pharmaceutiques actifs (API) et des excipients peuvent être granulés avec succès en utilisant la granulation fluidisée au lit. Le processus permet le mélange uniforme de tous les composants, résultant en des granules homogènes.

5. Profils de libération de médicament modifiés

   La granulation fluidisée à lit permet la production de granules avec des profils de libération de médicament modifiés. En ajustant les paramètres de processus et les caractéristiques du liant, une libération de médicament soutenue ou étendue peut être obtenue, fournissant une administration contrôlée de médicaments.

   
   

Comparaison de la granulation fluidisée avec d'autres techniques de granulation

La granulation fluidisée à lit offre plusieurs avantages par rapport aux techniques de granulation alternatives. Par rapport à la granulation humide, qui implique l'utilisation de grands volumes de liants liquides, la granulation fluidisée nécessite de plus petites quantités de solution de liant, entraînant une réduction des temps de séchage et une consommation d'énergie. Les techniques de granulation sèche, telles que le compactage à rouleaux, nécessitent des étapes supplémentaires pour obtenir des granules, faisant de la granulation fluidisée d'un processus plus simple et plus économe en temps. De plus, la granulation fluidisée du lit permet un contrôle précis sur les propriétés des granules, entraînant une amélioration de l'uniformité du produit.

Dépannage dans la granulation fluidisée

Bien que la granulation fluidisée dans le lit soit un processus robuste et polyvalent, certains problèmes peuvent survenir pendant le fonctionnement. Un défi commun est la formation d'agglomérats ou de granules surdimensionnés, ce qui peut entraîner une distribution inégale de la taille des particules et une mauvaise fluidité. Ce problème peut être résolu en ajustant le taux de pulvérisation, la concentration de liant ou le débit d'air pour assurer une bonne croissance des granules. Un autre problème potentiel est la survenue de blocages de buse dus à la précipitation de la solution de liant. Le nettoyage et l'entretien réguliers du système de pulvérisation peuvent aider à prévenir ce problème. Il est crucial de surveiller et d'optimiser les paramètres de processus pour dépanner et résoudre tout problème potentiel.

Études de cas et réussite des histoires de granulation fluidisée

De nombreuses sociétés pharmaceutiques ont mis en œuvre avec succès la granulation fluidisée dans leurs processus de fabrication, conduisant à une meilleure qualité et efficacité des produits. Les études de cas et les réussites mettent en évidence les diverses applications et avantages de cette technique. Par exemple, la société X, un fabricant pharmaceutique de premier plan, a utilisé la granulation fluidisée pour développer une formulation à libération contrôlée d'un médicament cardiovasculaire largement prescrit. Les granules résultants présentaient une excellente uniformité de contenu, des profils de libération de médicaments prolongés et une conformité accrue des patients. De même, la société y a utilisé la granulation fluidisée pour produire des granules directement compressibles pour une formulation multi-composants complexe, réalisant des propriétés d'écoulement supérieures et la compatibilité des comprimés.

Tendances futures et progrès de la granulation fluidisée au lit

La granulation fluidisée à lit est un champ en constante évolution, et plusieurs tendances et progrès façonnent son avenir. Certaines des tendances clés comprennent:

1. Nouveaux liants et excipients

   Les chercheurs explorent activement de nouveaux liants et excipients avec des propriétés de liaison améliorées, des caractéristiques de libération contrôlée et une fonctionnalité améliorée. Ces progrès optimiseront davantage les propriétés des granules et élargiront la plage d'applications pour la granulation fluidisée du lit.

2. Process Analytical Technology (PAT)

   L'intégration des outils PAT avancés dans les systèmes de granulation fluidisés permet de surveiller et de contrôler les paramètres de processus critiques. Cette approche basée sur les données améliore la compréhension des processus, facilite l'optimisation des processus et garantit une qualité de produit cohérente.

3. Contrôle de processus intelligent

   L'incorporation de l'intelligence artificielle (IA) et des algorithmes d'apprentissage automatique dans des systèmes de granulation fluidisée a un énorme potentiel. Les systèmes alimentés par l'IA peuvent analyser les données de processus complexes, identifier les modèles et optimiser les paramètres du processus en temps réel, conduisant à une efficacité améliorée, à une réduction des déchets et à une meilleure qualité de produit.

4. Fabrication continue

   La fabrication continue gagne en popularité dans l'industrie pharmaceutique en raison de son efficacité et de sa rentabilité. La granulation fluidisée peut être intégrée de manière transparente dans des plates-formes de fabrication continues, permettant une production continue de granules avec une qualité cohérente et une variabilité de processus réduite.

5. S ustainabilité et fabrication verte

   À mesure que l'accent mis sur la durabilité augmente, des efforts sont faits pour rendre les processus de granulation plus respectueux de l'environnement. Cela comprend l'utilisation de liants respectueux de l'environnement, de méthodes de séchage économe en énergie et de minimisation de la production de déchets. La granulation fluidisée, avec ses exigences efficaces de séchage et de liant réduit, s'aligne bien sur les principes de fabrication verts.

En conclusion, la granulation fluidisée à lit est une technique très efficace et polyvalente dans la fabrication pharmaceutique. Sa capacité à produire des granules uniformes avec des propriétés contrôlées en fait un choix attrayant pour diverses formes de dosage solide. Avec des recherches et des progrès en cours dans les nouveaux liants, l'analyse des processus et le contrôle intelligent des processus, la granulation fluidisée du lit est prête pour de nouvelles améliorations et continuera de jouer un rôle crucial dans la formation de l'avenir de la fabrication pharmaceutique.

Conclusion

La granulation fluidisée à lit est une technique très efficace et polyvalente dans la fabrication pharmaceutique. Sa capacité à produire des granules uniformes avec des propriétés contrôlées en a fait un choix préféré pour diverses formes posologiques solides. Les avantages de la granulation fluidisée, tels que le contrôle précis des propriétés des granules, le séchage efficace et l'évolutivité, contribuent à une meilleure qualité de produit, à l'efficacité de la fabrication et à la satisfaction des patients. Malgré certaines limites, une bonne compréhension des paramètres du processus et de la sélection des équipements peut aider à surmonter les défis et à optimiser le processus de granulation. Avec des recherches et des progrès en cours, la granulation fluidisée au lit devrait jouer un rôle crucial dans la formation de l'avenir de la fabrication pharmaceutique.

Questions fréquemment posées (FAQ)

1. La granulation fluidisée peut-elle être utilisée pour les matériaux sensibles à l'humidité?

Oui, la granulation fluidisée du lit peut être utilisée pour les matériaux sensibles à l'humidité. Cependant, un examen attentif du processus de séchage et de l'optimisation des paramètres sont nécessaires pour minimiser l'exposition à l'humidité et la dégradation potentielle.

2. La granulation fluidisée est-elle adaptée à la production à grande échelle?

Absolument. La granulation fluidisée à lit est très évolutive et peut être transmise de manière transparente de l'échelle de laboratoire à la production commerciale avec un équipement approprié et une optimisation des processus.

3. Quels sont les avantages de la granulation fluidisée sur la granulation humide?

La granulation fluidisée nécessite de plus petites quantités de solution de liant, entraînant une réduction des temps de séchage et une consommation d'énergie par rapport à la granulation humide. Il fournit également un contrôle précis sur les propriétés granulaires et l'uniformité améliorée des produits.

4. La granulation fluidisée peut-elle être combinée avec d'autres processus de fabrication?

Oui, la granulation fluidisée du lit peut être intégrée à d'autres processus tels que le revêtement, le séchage et la tablette, permettant un flux de travail de fabrication rationalisé et des performances de produit améliorées.

5. Quelles sont les perspectives futures de granulation fluidisée au lit?

L'avenir de la granulation fluidisée semble prometteur, avec des progrès continus dans les nouveaux liants, les outils PAT et le contrôle intelligent des processus. Ces développements amélioreront encore l'efficacité des processus, la qualité des produits et l'optimisation dans la fabrication pharmaceutique.