DE60021587T2 - SYSTEM FOR CONTROLLING EVAPORATIVE DRYING PROCESSES USING ENVIRONMENTAL EQUIVALENCE - Google Patents

SYSTEM FOR CONTROLLING EVAPORATIVE DRYING PROCESSES USING ENVIRONMENTAL EQUIVALENCE Download PDF

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Abstract

Methods and systems for controlling evaporative drying processes using environmental equivalency control process parameters to provide a specified product quality. In an environmental equivalency-based control system, measured values are received by environmental equivalency calculation hardware or software. An environmental equivalency value is calculated based on the measured parameters. One or more of the process parameters may then be varied to maintain the environmental equivalency value for the process within a predetermined range of environmental equivalency values.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdampfungstrocknungssystem mit einer Rechner/Steuereinheit.The The present invention relates to an evaporation drying system with a computer / control unit.

Hintergrund des FachgebietsBackground of the field

Verdampfungstrocknungsverfahren, beispielsweise Tablettenfilmbeschichtung, Sprühtrocknung und Fluidbettverarbeitung, verwenden Verdampfungstrocknung, um eine gewünschte Qualität des fertigen Produkts zu erzielen. Beispielsweise werden bei der Tablettenfilmbeschichtung Tabletten in einer Beschichtungspfanne eines Tablettenbeschichters angeordnet. Die Beschichtungspfanne ist ein perforierter oder semiperforierter Zylinder, im Aussehen ähnlich der Trommel eines herkömmlichen Wäschetrockners. Während sich die Beschichtungspfanne dreht, wird ein Beschichtungsmaterial, zum Beispiel eine Lösung oder eine Suspension, auf die Tabletten gesprüht. Um das Beschichtungsmaterial auf den Tabletten zu trocknen, wird erhitztes Gas, beispielsweise Luft, über einen Gaseinlaß in die Kammer gepumpt oder gesaugt. Das Gas läßt Flüssigkeit aus dem Beschichtungsmaterial verdampfen und strömt über einen Gasauslaß aus.Evaporation drying method, for example, tablet film coating, spray drying and fluid bed processing, use evaporation drying to achieve a desired quality of finished To achieve product. For example, in tablet film coating Tablets in a coating pan of a tablet coater arranged. The coating pan is a perforated or semiperforated Cylinder, similar in appearance the drum of a conventional tumble dryer. While the coating pan rotates becomes a coating material, for example a solution or a suspension sprayed on the tablets. To the coating material drying the tablets, heated gas, such as air, over one Gas inlet in the chamber pumped or sucked. The gas leaves liquid from the coating material evaporates and flows over one Gas outlet off.

Einige mit Tablettenfilmbeschichtung zusammenhängende Parameter sind:
Temperatur des Trocknungsgases;
Taupunkt;
Strömungsrate des Trocknungsgases;
Sprührate; und
Prozentsatz an Feststoffen in der Lösung/Suspension.
Some parameters associated with tablet film coating are:
Temperature of the drying gas;
Dew point;
Flow rate of the drying gas;
spray; and
Percentage of solids in the solution / suspension.

Um unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren eine richtige Beschichtung von Tabletten zu erzielen, müssen optimale Werte für jeden dieser Parameter empirisch ermittelt werden. Außerdem müssen anschließende Prozesse sorgfältig gesteuert werden, um sicherzustellen, daß die optimalen Parameterwerte aufrechterhalten werden.Around using conventional methods To achieve a proper coating of tablets must be optimal Values for each of these parameters can be determined empirically. In addition, subsequent processes must careful be controlled to ensure that the optimal parameter values be maintained.

Um optimale Werte für die Parameter der Tablettenfilmbeschichtung zu ermitteln, müssen viele Versuche durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Prozeßtechniker beginnen, Tabletten in einem Tablettenbeschichter unter Verwendung von Anfangswerten für die oben aufgelisteten Parameter zu beschichten. Die Qualität der Beschichtung der Tabletten kann analysiert werden, um die erforderlichen Anpassungen der Parameter zu ermitteln. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis optimale Werte für die Parameter ermittelt sind. Die optimalen Parameterwerte werden dann in eine Steuereinrichtung, beispielsweise eine programmierbare Logiksteuerung, einprogrammiert, um das anschließende Beschichten von Tabletten zu steuern.Around optimal values for To determine the parameters of the tablet film coating, many attempts must be made carried out become. For example, a process engineer may start to use tablets in a tablet coater using initial values for the coat the above listed parameters. The quality of the coating The tablets can be analyzed to make the necessary adjustments to determine the parameter. This process is repeated until optimal Values for the parameters are determined. The optimal parameter values will be then in a control device, such as a programmable Logic control, programmed to the subsequent coating of tablets to control.

Die empirische Methode zur Ermittlung von optimalen Parameterwerten ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Wenn mehrere Versuche erforderlich sind, um optimale Parameterwerte zu ermitteln, sind viele Betriebsstunden des Tablettenbeschichters notwendig. Folglich kann es für eine Arzneimittelproduktionsfirma erforderlich sein, die Produktion zu verlangsamen oder, um ein gegebenes Produktionsniveau aufrechtzuerhalten, mehrere Tablettenbeschichter zu kaufen. Der zur empirischen Ermittlung der optimalen Prozeßparameter erforderliche erhöhte Zeit- und/oder Geräteaufwand erhöht die Kosten für die Entwicklung von Verdampfungstrocknungsprozessen, beispielsweise Tablettenfilmbeschichtung.The empirical method for the determination of optimal parameter values is for several reasons undesirable. If multiple attempts are needed to get optimal parameter values To determine, many hours of operation of the tablet coater are necessary. Consequently, it may be for A drug manufacturing company may be required to stop production to slow down or to maintain a given level of production, to buy several tablet coaters. The empirical determination of the optimal process parameters required increased Time and / or equipment costs elevated the price for the development of evaporation drying processes, for example Tablet film coating.

Ein anderes mit einer herkömmlichen Entwicklung von Verdampfungstrocknungsprozessen zusammenhängendes Problem ist, daß die herkömmliche Entwicklung von Verdampfungstrocknungsprozessen produktspezifisch ist. Mit anderen Worten, experimentelle Tests müssen für jedes neue Produkt durchgeführt werden, um optimale Prozeßparameter zu ermitteln. Dieses Testen erhöht unerwünscht den mit herkömmlichen Verdampfungstrocknungsprozessen zusammenhängenden Arbeits- und Kostenaufwand.One other with a conventional one Development of evaporation drying processes related Problem is that the conventional Development of evaporation drying processes product-specific is. In other words, experimental tests have to be done for every new product for optimal process parameters to investigate. This testing increases undesirable the with conventional Evaporation drying processes related work and expense.

Ein anderer Grund, daß die herkömmliche empirische Methode zur Ermittlung von optimalen Prozeßparameterwerten unerwünscht ist, ist der, daß Ergebnisse nicht skalierbar sind. Beispielsweise könnte es sein, daß für einen kleinen Tablettenbeschich ter ermittelte Parameterwerte nicht für einen größeren Tablettenbeschichter gültig sind und umgekehrt. Folglich könnte es sein, daß neue Parameterwerte ermittelt werden müssen, wenn sich die Skala eines Prozesses ändert. Außerdem könnte es sein, daß Modellparameter, die für eine Prozeßumgebung gültig sind, nicht auf eine andere Prozeßumgebung übertragbar sind. Beispielsweise könnte es sein, daß Parameterwerte für einen Tablettenfilmbeschichtungsprozeß, der in einem geographischen Gebiet mit einer hohen relativen Feuchtigkeit betrieben wird, nicht auf ein anderes geographisches Gebiet mit einer niedrigen relativen Feuchtigkeit übertragbar sind. Folglich müssen empirische Versuche in dem neuen geographischen Gebiet durchgeführt werden, um für das neue Gebiet optimale Parameterwerte zu ermitteln. Dieser mit einer herkömmlichen Tablettenfilmbeschichtung-Prozeßsteuerung zusammenhängende Mangel an Skalierbarkeit und Übertragbarkeit hat einen erhöhten Arbeits- und Kostenaufwand zur Folge.One another reason that the conventional empirical Method for determining optimal process parameter values is undesirable, is that results are not scalable. For example, it could be that for a small tablet coaters did not determine parameter values for a larger tablet coater valid are and vice versa. Consequently, could it be that new Parameter values must be determined when the scale of a Process changes. Furthermore could it is that model parameters, the for a process environment are valid, not transferable to another process environment are. For example, could it be that parameter values for one Tablet film coating process, in a geographical area with a high relative humidity is operated, not to another geographical area with a low relative humidity are transferable. Consequently, empirical Attempts are being made in the new geographical area um for that new area to determine optimal parameter values. This one with one usual Tablet film coating process control related lack in terms of scalability and portability has an elevated Labor and expense result.

Ein anderes Problem in Zusammenhang mit Tablettenfilmbeschichtung ist die Zeit, die erforderlich ist, um mit dem Beschichten von Tabletten zu beginnen. Beispielsweise könnten bei einer herkömmlichen Tablettenbeschichtung Minuten oder sogar Stunden erforderlich sein, um Betriebsparameterwerte zu erreichen. Diese erhöhte Anlaufzeit verringert die Produktion für einen gegebenen Tablettenbeschichter.Another problem associated with tablet film coating is the time required to begin coating tablets NEN. For example, in a conventional tablet coating, minutes or even hours might be required to achieve operating parameter values. This increased start-up time reduces production for a given tablet coater.

Ein weiteres Problem in Zusammenhang mit herkömmlicher Tablettenfilmbeschichtung ist, daß, wenn sich während eines Tablettenbeschichtungsbetriebs ein oder mehrere Prozeßparameter ändern, sich diese Änderung negativ auf die Qualität des fertigen Produkts auswirken kann. Wenn sich beispielsweise die Feuchtigkeit oder die Temperatur der Einlaßluft während eines Tablettenbeschichtungsbetriebs ändert, könnte es sein, daß andere Parameter während des Betriebs einer Anpassung bedürfen, um die Änderungen zu kompensieren. Eine solche Kompensation könnte eine kontinuierliche Überwachung und manuelle Anpassung durch eine Bedienungsperson während des gesamten Tablettenbeschichtungsprozesses erfordern. Somit können herkömmliche Verfahren zur Herstellung von pharmazeutischen Produkten sehr arbeitsintensiv sein.One another problem associated with conventional tablet film coating is that, if while In a tablet coating operation, one or more process parameters change this change negative on the quality of the finished product. For example, if the Moisture or the temperature of the inlet air changes during a tablet coating operation, it could be that others Parameters during require an adaptation of the establishment, about the changes to compensate. Such compensation could be a continuous monitoring and manual adjustment by an operator throughout the tablet coating process require. Thus, you can conventional methods For the production of pharmaceutical products very labor intensive be.

"A Thermodynamic Model for Aqueous Film-Coating", Pharmaceutical Technology, April 1987, von Glenn C. Ebey, Thomas Engineering, beschreibt eine als Umweltäquivalenz (EE) bezeichnete, dimensionslose Größe, die verwendet werden kann, um Beziehungen zwischen Prozeßparametern, die mit wäßriger Filmbeschichtung zusammenhängen, zu modellieren. In der Veröffentlichung wird ein Beispiel gegeben, in welchem Umweltäquivalenz verwendet wird, um eine neue Einlaßluft-Temperatur für einen Tablettenbeschichter zu ermitteln, um einen gewünschten Umweltäquivalenzwert zu erzeugen, wenn sich die Einlaßluft-Feuchtigkeit ändert. Die neue Einlaßluft-Temperatur wird wie folgt ermittelt. Zuerst führt das Beispiel an, daß "eine gute Beschichtungsqualität bei einer Einlaßluft-Temperatur von 149°F, einer Luftströmungsrate von 2000 effektiven Kubikfuß pro Minute, einem Feuchtigkeitsverhältnis von 25 Grains pro Pound Masse und einer Sprührate von 400 Gramm pro Minute unter Verwendung einer Lösung mit 10% Feststoffen erzielt werden kann". Auf der Basis dieser Parameter wird ein EE-Wert von 2,990 berechnet. Die Feuchtigkeit der Prozeßumgebung ändert sich zu 125 Grains pro Pound Masse. Die Einlaßluft-Temperatur, die erforderlich ist, um den gleichen EE-Wert aufrechtzuerhalten, wird dann berechnet. In dem Beispiel ergibt sich eine Einlaßluft-Temperatur von 160°F, um den gleichen EE-Wert zu erzielen."A Thermodynamic Model for Aqueous Film Coating ", Pharmaceutical Technology, April 1987, by Glenn C. Ebey, Thomas Engineering, describes what is known as Environmental Equivalence (EE), dimensionless size, the can be used to specify relationships between process parameters with aqueous film coating related, to model. In the publication an example is given in which environmental equivalency is used to a new intake air temperature for one Tablet coater to determine a desired environmental equivalency value to generate when the intake air humidity changes. The new intake air temperature is determined as follows. First, the example states that "a good coating quality at a Intake air temperature of 149 ° F, one Air flow rate of 2000 effective cubic feet per Minute, a moisture ratio of 25 grains per pound of mass and a spray rate of 400 grams per minute using a solution with 10% solids. "Based on these parameters an EE value of 2.990 is calculated. The humidity of the process environment changes to 125 grains per pound of mass. The inlet air temperature required is to maintain the same EE value is then calculated. In the example, an inlet air temperature of 160 ° F results to the same EE value.

Während die Veröffentlichung eine Methode zum Modellieren von Filmbeschichtungsprozessen unter Verwendung von Umweltäquivalenz in der Theorie beschreibt, zeigt das oben wiedergegebene Beispiel nur, wie eine mit einem Filmbeschichtungsprozeß zusammenhängende Variable zu ändern ist, um eine sprunghafte Änderung einer anderen Variablen zu kompensieren, während die übrigen Parameter konstant gehalten werden. In einem realen Tablettenbeschichtungssystem können sich während eines Tablettenbeschichtungsbetriebs mehrere Parameter ändern und/oder eine Anpassung benötigen. Solche mehrfachvariablen Änderungen und Anpassungen werden in der Veröffentlichung nicht angesprochen.While the publication a method for modeling film coating processes under Use of environmental equivalency in theory, shows the example given above just how to change a variable associated with a film coating process, a sudden change to compensate for another variable while keeping the remaining parameters constant become. In a real tablet coating system can become while a tablet coating operation change several parameters and / or need an adjustment. Such multi-variable changes and adjustments are not addressed in the publication.

Eine andere Unzulänglichkeit der Veröffentlichung ist, daß kein Steuersystem zum kontinuierlichen Anpassen von Prozeßpa rametern zur Aufrechterhaltung von EE-Werten offenbart ist. In dem oben angeführten Beispiel wird bei einer Änderung der Feuchtigkeit von 25 zu 125 Grains pro Pound Masse eine neue Einlaßluft-Temperatur berechnet, so daß der EE-Wert 2,9 ist. Solche Berechnungen können für eine sprunghafte Änderung der Feuchtigkeit nützlich sein, beispielsweise einer solchen, die auftritt, wenn ein Prozeß von einem geographischen Ort zu einem anderen verlagert wird und an dem neuen Ort die Feuchtigkeit konstant bleibt. Jedoch können in realen Systemen Prozeßparameter sinusförmig um Sollwerte herum variieren, so wie es durch Zeitkonstanten der jeweiligen Steuersysteme für Prozeßparameter vorgegeben ist. Somit ist es in einem realen System wünschenswert, Prozeßparameter kontinuierlich zu messen und die gemessenen Werte zu verwenden, um einen gewünschten EE-Wert aufrechtzuerhalten.A other inadequacy the publication is that no Control system for continuously adapting process parameters is disclosed for maintaining EE values. In the above example will be at a change The moisture of 25 to 125 grains per pound of mass is a new one Intake air temperature calculated so that the EE value is 2.9. Such calculations may be for a sudden change the moisture useful be, for example, one that occurs when a process of one geographical location is relocated to another and to the new one Place the humidity remains constant. However, in real systems, process parameters sinusoidal vary around setpoints around, as by time constants of respective tax systems for process parameters is predetermined. Thus, it is desirable in a real system process parameters continuously measure and use the measured values to a desired Maintain EE value.

Eine weitere Unzulänglichkeit der Veröffentlichung ist, daß sie keine bevorzugten Bereiche von EE-Werten für Tablettenfilmbeschichtung diskutiert. Schließlich befaßt sich die Veröffentlichung nicht mit einer Anwendung von Umweltäquivalenzsteuerung auf andere Verdampfungstrocknungsprozesse als die wäßrige Tablettenfilmbeschichtung, beispielsweise Sprühtrocknung, Fluidbettverarbeitung oder andere Verdampfungstrocknungsprozesse.A further inadequacy the publication is, that you no preferred ranges of EE values for tablet film coating discussed. After all deals the publication not with an application of environmental equivalency control to others Evaporation drying processes as the aqueous tablet film coating, for example spray drying, Fluid bed processing or other evaporation drying processes.

Angesichts dieser Schwierigkeiten besteht in der pharmazeutischen Industrie und in anderen Industrien, die Verdampfungstrocknung verwenden, weiterhin ein dringender Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zur Steuerung von Prozessen unter Verwendung von Umweltäquivalenz.in view of These difficulties exist in the pharmaceutical industry and in other industries that use evaporative drying an urgent need for improved methods and systems for Control of processes using environmental equivalency.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, werden auf Umweltäquivalenz basierende Steuersysteme auf Verdampfungstrocknungsprozesse angewendet, beispielsweise auf Tablettenfilmbeschichtung, Sprühtrocknung, Textilherstellung, Lebensmittelverarbeitung, Abscheidung von Materialien auf Substraten bei der Halbleiterherstellung, Lackieren, chemische und petrochemische Isolierung oder Reinigung, Beseitigung von Kontaminationen und Fluidbettverarbeitung. Mit einem Verdampfungstrocknungsprozeß zusammenhängende Parameter werden kontinuierlich überwacht und einer Umweltäquivalenz-Rechner/Steuereinheit zugeführt. Wie hier verwendet, bezieht sich kontinuierliche Überwachung von Prozeßparametern auf Stichprobennahme von Prozeßparametern in festen oder variablen Zeitintervallen während eines Verdampfungstrocknungsprozesses. Die Umweltäquivalenz-Rechner/Steuereinheit berechnet einen Umweltäquivalenzwert für den Prozeß und vergleicht den Wert mit einem bevorzugten Wertebereich. Wenn der berechnete Umweltäquivalenzwert nicht innerhalb des gewünschten Wertebereichs ist, berechnet die Umweltäquivalenz-Rechner/Steuereinheit einen Wert für einen oder mehrere mit dem Verdampfungstrocknungsprozeß zusammenhängende Parameter und wendet den neuen Parameterwert auf den Prozeß an. Auf diese Weise sind die auf Umweltäquivalenz basierenden Steuersysteme gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, den Umweltäquivalenzwert für einen Prozeß innerhalb eines gewünschten Wertebereichs zu halten. Folglich kann eine konstante Produktqualität erzielt werden, sogar wenn sich während des gerade durchgeführten Betriebs Parameter ändern. Da außerdem die Steuersysteme, die Umweltäquivalenz verwenden, produktunabhängig sind, ist die Effizienz eines Prozesses insgesamt erhöht.According to the present invention as defined in claim 1, control systems based on environmental equivalency are applied to evaporation drying processes such as tablet film coating, spray drying, textile manufacturing, food processing, deposition of materials on substrates in semiconductor manufacturing, painting, chemical and petrochemical isolation or purification, removal of contamina tions and fluid bed processing. Parameters associated with an evaporation drying process are continuously monitored and fed to an environmental equivalency calculator / controller. As used herein, continuous monitoring of process parameters refers to sampling process parameters at fixed or variable time intervals during an evaporative drying process. The environment equivalency calculator / controller calculates an environmental equivalency value for the process and compares the value to a preferred range of values. If the calculated environmental equivalency value is not within the desired range of values, the environment equivalency calculator / controller calculates a value for one or more parameters associated with the evaporative drying process and applies the new parameter value to the process. In this way, the environmental equivalency based control systems according to the present invention are able to maintain the environmental equivalency value for a process within a desired range of values. Consequently, a constant product quality can be achieved even if parameters change during the operation being performed. In addition, since the control systems that use environmental equivalency are product-independent, the overall efficiency of a process is increased.

Umweltäquivalenz kann auch bei dem Prozeßtransfer von Verdampfungstrocknungsprozessen verwendet werden, beispielsweise Tablettenbeschichtung, Fluidbettverarbeitung, Sprühtrocknung, Textilherstellung, Lebensmittelverarbeitung, Abscheidung von Materialien auf Substraten bei der Halbleiterherstellung, Lackieren, chemische und petrochemische Isolierung oder Reinigung und Beseitigung von Kontaminationen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Prozeßtransfer" auf den Vorgang der Übertragung der Herstellung eines speziellen Produkts von einem Fertigungssystem auf ein anderes, z.B. Filmbeschichten des gleichen Medikamentenprodukts an zwei unterschiedlichen Modellen/Größen von Tablettenbeschichtern. Der EE-Wert ist ein dimensionsloser Wert, der die Rate des Trocknungsprozesses angibt. Der EE-Wert kann auf wäßrige oder lösungsmittelbasierende Verarbeitung für den vorliegenden Betrieb angewendet werden. Kurz gesagt, er wird verwendet, um die Art der Umgebung des Prozesses zu beschreiben. Die Art der Umgebung eines Prozesses bezieht sich auf die relativen Raten, mit welchen Wärme und Masse in das System hinein und aus dem System heraus transportiert werden. Der EE-Wert wird aus einem expliziten mathematischen Ausdruck berechnet, der eine Funktion von prozeßabhängigen Variablen ist. Der Ausdruck, der zum Berechnen von Umweltäquivalenz verwendet wird, leitet sich ab von den ersten Prinzipien unter Verwendung von Masse- und Energiebilanzen um das Trocknungssystem herum.environmental equivalency can also during the process transfer of evaporation drying processes, for example Tablet coating, fluid bed processing, spray drying, textile manufacturing, Food processing, deposition of materials on substrates in semiconductor manufacturing, painting, chemical and petrochemical Isolation or cleaning and removal of contamination. As As used herein, the term "process transfer" refers to the process of transfer the production of a special product from a manufacturing system to another, e.g. Film coatings of the same drug product on two different models / sizes of tablet coaters. The EE value is a dimensionless value that indicates the rate of the drying process indicates. The EE value may be aqueous or solvent-based Processing for the existing operation are applied. In short, he is used to describe the nature of the environment of the process. The nature of Environment of a process refers to the relative rates, with which heat and mass into the system and out of the system become. The EE value becomes an explicit mathematical expression which is a function of process-dependent variables. The expression that to calculate environmental equivalency is derived from the first principles using of mass and energy balances around the drying system.

Angewendet auf die pharmazeutische Industrie, ist Umweltäquivalenz ein sehr wertvolles Werkzeug beim Prozeßtransfer. Auswertung, Überwachung und Steuerung des Umweltäquivalenz-Faktors kann verwendet werden, um die Qualität des Medikamentenprodukts, das gerade verarbeitet wird, direkt zu beeinflussen. Bei der Entwicklung eines bestimmten Produkts hat beispielsweise der Tablettenbeschichtungsprozeß einen zugehörigen EE-Wert. Für den Fall, daß der Tablettenbeschichtungsprozeß von einem Pilot- auf ein Produktionsniveau angehoben werden soll, sollte der EE-Wert der größer skalierten Anlage angepaßt werden, um eine gleiche Produktqualität zu erzielen. Gleichermaßen läßt sich diese Methode auch auf das Abwärtsskalieren für die Produktion von kleineren Chargen anwenden. Prozeßparameter können variiert werden, um einen konstanten EE-Wert aufrechtzuerhalten. Eine Ermittlung dieser Prozeßparameter erstellt in der Tat das skalierte "Rezept" des Produkts an dem speziellen Teil der verwendeten Prozeßanlage.Applied on the pharmaceutical industry, environmental equivalency is a very valuable one Tool during process transfer. Evaluation, monitoring and control of the environmental equivalency factor may be used be to the quality of the drug product being processed directly to influence. In the development of a particular product has For example, the tablet coating process has an associated EE value. For the Case, that the Tablet coating process of one Pilot should be raised to a production level, the EE value of the larger scaled plant customized to achieve the same product quality. Equally it is possible This method also on the scaling down for the Apply production of smaller batches. Process parameters can be varied to maintain a constant EE value. A determination of this process parameters in fact creates the scaled "recipe" of the product on the special part of the product used process plant.

Die zur Berechnung des Umweltäquivalenzwerts verwendete Formel leitet sich ab von Massen- und Energiebilanzen der Prozeßströme mit Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik auf das Trocknungssystem ausgehend von einem "Blackbox"-Ansatz. Das hier vorgestellte spezielle Modell ist zugeschnitten auf wäßrige Trocknungsprozesse, beispielsweise wäßrige Tablettenfilmbeschichtung. Die Formel ist wie folgt: The for the calculation of the environmental equivalency value The formula used is derived from mass and energy balances the process streams with application of the first law of thermodynamics on the drying system starting from a "black box" approach. The special model presented here is tailored to aqueous drying processes, for example, aqueous tablet film coating. The formula is as follows:

Figure 00070001
Figure 00070001

Die verwendeten Variablen sind wie folgt definiert:
AH = Wärmetransferfläche
AM = Massetransferfläche
M = Molgewicht von Wasser [1bm/1b – Mol]
pW = Wasserdampf-Partialdruck bei den Massetransferbedingungen [1bf/ft2]
pf = Wasserdampf-Partialdruck im freien Luftstrom [1bf/ft2]
R = universelle Gaskonstante [[1bf – ft/1bm – Mol – °R]
TW = Temperatur bei den Massetransferbedingungen [°R]
Tf = Temperatur des freien Luftstroms [°R] hig = Enthalpieänderung des Wassers [BTU/1bm]
p = Dichte des Luftstroms [1bm/ft3]
Cp = spezifische Wärmekapazität von Luft [BTU/1bm – °F]
TB = Temperatur der Wärmetransferfläche [°R]
The variables used are defined as follows:
A H = heat transfer surface
A M = mass transfer area
M = molecular weight of water [1b m / 1b - mol]
p W = water vapor partial pressure at mass transfer conditions [1b f / ft 2 ]
p f = water vapor partial pressure in free air flow [1b f / ft 2 ]
R = universal gas constant [[1b f - ft / 1b m - mol - ° R]
T W = temperature at the mass transfer conditions [° R]
T f = free air flow temperature [° R] h ig = enthalpy change of water [BTU / 1b m ]
p = density of air flow [1b m / ft 3 ]
C p = specific heat capacity of air [BTU / 1b m - ° F]
T B = temperature of the heat transfer surface [° R]

Die technische Definition von EE ist das Verhältnis der Fläche des Wärmetransfers AH zur Fläche des Massetransfers AM. Niedrige EE-Werte nahe 1 kennzeichnen nasse Prozesse. Höhere Werte zeigen trockenere Bedingungen an.The technical definition of EE is the ratio of the area of heat transfer A H to the area mass transfer A M. Low EE values near 1 indicate wet processes. Higher values indicate drier conditions.

Obwohl die Parameter in der Gleichung eine Beseitigung von Wasser aus einem Produkt in Luft anzeigen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Beseitigung von Wasser aus einem Produkt in Luft beschränkt. Beispielsweise kann gemäß der vorliegenden Erfindung Umweltäquivalenz auch auf lösungsmittelbasierende Trocknungsprozesse und auf Trocknungsprozesse, bei welchen eine Trocknung in anderen Gasen als in Luft stattfindet, angewendet werden. Beispielsweise kann für Tablettenfilmbeschichtung, Sprühtrocknung, Fluidbettverarbeitung oder irgendwelche anderen Verdampfungstrocknungsprozesse irgendein Edelgas verwendet werden, um das Produkt zu trocknen. Außerdem können organische Lösungsmittel verwendet werden, um ein Produkt zu beschichten. Wenn das Lösungsmittel und/oder das Trocknungsgas modifiziert werden, müssen die Variablen in der Gleichung entsprechend den physikalischen und chemischen Eigenschaften des verwendeten Lösungsmittels und/oder Trocknungsgases geändert werden. Außerdem kann sich für andere Lösungsmittel als Wasser der bevorzugte Bereich von Umweltäquivalenzwerten ändern.Even though the parameters in the equation are an elimination of water from one Show product in air, the present invention is not on limited elimination of water from a product in air. For example can according to the present Invention environmental equivalency also on solvent-based Drying processes and drying processes, in which a Drying in gases other than air. For example, for Tablet film coating, spray drying, Fluid bed processing or any other evaporation drying processes any noble gas may be used to dry the product. Furthermore can organic solvent used to coat a product. If the solvent and / or the drying gas must be modified, the variables in the equation according to the physical and chemical properties of the used solvent and / or drying gas changed become. Furthermore can work for other solvents change the preferred range of environmental equivalence values as water.

Anwendung auf TablettenfilmbeschichtungApplication on tablet film coating

Wäßrige Filmbeschichtung ist ein für die Herstellung vom Tablettendosierungstyp kritischer Kernprozeß. Derzeitige Verfahren eines Beschichtungsprozeßtransfers sind oftmals ineffektiv und beinhalten viele teuere experimentelle Versuche, um die gewünschte Endproduktqualität zu erzielen. Eine Implementation des EE-Modells kann diese Ineffizienzen beseitigen und eine praktische Entwicklung von Rezepten für eine Produktion in größerem Maßstab sicherstellen.Aqueous film coating is a for the manufacture of the tablet dosing type critical core process. current Coating process transfer processes are often ineffective and involves many expensive experimental trials to achieve the desired end product quality. An implementation of the EE model can eliminate these inefficiencies and ensure the practical development of recipes for larger-scale production.

Bei der Anwendung von einer auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerung auf den Tablettenbeschichtungsprozeß gibt es sowohl konstante als auch variable Faktoren zusammen mit Annahmen. Das Modell setzt voraus, daß der Prozeß adiabatisch und thermodynamisch ideal ist. Adiabatische Prozesse sind solche, bei denen der Wärmetransfer an die Umgebung null ist. In diesem Fall wird die gesamte Wärme, die in das System hinein geführt wird, über die Prozeßströme hinaus geführt, und nicht der Umgebung des Beschichters (Luft, Wände usw. um den Beschichter herum) zugeführt. Das Modell wird als thermodynamisch ideal beschrieben, da es die grundlegenden fundamentalen Gleichungen zum Quantifizieren von Masse- und Wärmetransfer verwendet, ohne Berücksichtigung von nichtlinearen Eigenschaften der beteiligten chemischen Stoffe. Diese Voraussetzungen treffen auf die Bereiche der Betriebsparameter für Verdampfungstrocknungsprozesse zu.at the application of an environmental equivalency based control on the tablet coating process there are both constant as well as variable factors along with assumptions. The model is set advance that the Process adiabatic and thermodynamically ideal. Adiabatic processes are those at those of heat transfer to the environment is zero. In this case, the entire heat, the led into the system will, over the Process streams out guided, and not the environment of the coater (air, walls, etc.) around the coater around). The model is described as thermodynamically ideal, as it is the basic fundamental equations for quantifying mass and heat transfer used without consideration non-linear properties of the chemicals involved. These requirements apply to the areas of the operating parameters for evaporation drying processes to.

Faktoren und Bedingungen, die nicht in der Auswertung von Umweltäquivalenz für Tablettenfilmbeschichtung enthalten sein können, sind Pfannengeschwindigkeit, Düsenform, Ort der Temperatursensoren, Beladungsgröße und Tablettengeometrie. Diese Faktoren haben eine unbedeutende Auswirkung auf den Wärme- und Massetransfer und beeinflussen daher nicht den Trocknungsprozeß.factors and conditions that are not in the evaluation of environmental equivalency for tablet film coating can be included are pan speed, nozzle shape, Location of the temperature sensors, load size and tablet geometry. These factors have a negligible effect on heat and heat Mass transfer and therefore do not affect the drying process.

Die hauptsächlichen Variablen einer wäßrigen Tablettenbeschichtung, die für eine Berechnung von Umweltäquivalenzwerten kritisch sind, sind Einlaßgastemperatur, Gasströmungsrate, Feuchtigkeit, prozentualer Anteil an Feststoffen in der Beschichtungslösung und Sprührate. Änderungen dieser Variablen bewirken Änderungen des Umweltäquivalenzwerts. Eine Erhöhung der Temperatur des Einlaßgases, der Strömungsrate des Einlaßgases und des prozentualen Feststoffanteils bewirken eine Erhöhung des Umweltäquivalenzwerts, erhöhen die Trocknungsrate. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit des Einlaßgases und der Sprührate bewirken eine Erniedrigung des Umweltäquivalenzwerts, verringern die Trocknungsrate. Die vorliegende Erfindung umfaßt Verfahren und Systeme zum kontinuierlichen Messen und Anpassen von Prozeßparameterwerten, um einen gewünschten Bereich von Umweltäquivalenzwerten aufrechtzuerhalten.The principal Variables of an aqueous tablet coating, the for a calculation of environmental equivalence values are critical, are inlet gas temperature, Gas flow rate, Moisture, Percentage of solids in the coating solution and Spray rate. amendments these variables cause changes the environmental equivalent value. An increase in the Temperature of the inlet gas, the flow rate the inlet gas and the percentage solids cause an increase in the Environmental equivalency value, increase the drying rate. An increase the humidity of the inlet gas and the spray rate cause a lowering of the environmental equivalent value, reduce the Drying rate. The present invention includes methods and systems for continuously measuring and adjusting process parameter values by one desired Range of environmental equivalence values maintain.

Demgemäß ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zur Steuerung von Verdampfungstrocknungsprozessen unter Verwendung von Umweltäquivalenz bereitzustellen.Accordingly, a Object of the invention, a system for controlling evaporation drying processes using environmental equivalency provide.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.These Task is solved with the features of claim 1.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Eine Beschreibung der Erfindung erfolgt nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen:A Description of the invention will now be made with reference to the attached Drawings:

1 ist ein Blockdiagramm eines Tablettenfilmbeschichtungssystems, das eine EE-Rechner/Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist; 1 Fig. 10 is a block diagram of a tablet film coating system having an EE calculator / control unit according to an embodiment of the present invention;

2 ist ein Flußdiagramm, das eine EE-Rechner/Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 Fig. 10 is a flowchart showing an EE calculator / control unit according to an embodiment of the present invention;

3 ist ein Flußdiagramm, das eine Steuerparameter-Berechnungsroutine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 3 Fig. 10 is a flow chart showing a control parameter calculation routine according to an embodiment of the present invention; and

4 ist ein Flußdiagramm, das eine Routine zum Erfassen eines fatalen Fehlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 Fig. 10 is a flow chart showing a fatal error detection routine according to an embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Tablettenfilmbeschichtungssystem zeigt, das eine EE-Rechner/Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. In 1 trägt ein Tablettenbeschichter 100 eine Filmbeschichtung auf Tabletten auf. Der Tablettenbeschichter 100 kann irgendeinen Tablettenbeschichter aufweisen, der zum Auftragen einer Filmschicht auf pharmazeutische Tabletten geeignet ist. Beispielhafte Tablettenbeschichter, die zur Verwen dung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen HI-COATER, Modell No. HCF-130, erhältlich von Vector Corporation, DRIACOATER, Modell Nr. 500, erhältlich von Driam GMBH & Company, GLATTPAN, erhältlich von Glatt Air Technologies und ACCELA-COTA, erhältlich von Thomas Engineering Inc. Wie oben erwähnt, weist der Tablettenbeschichter 100 auf: eine Pfanne zum Halten und Schleudern von Tabletten, eine oder mehrere Sprühdüsen zum Sprühen einer Filmschicht auf die Tabletten, eine Pumpe zur Abgabe der Prozeßflüssigkeit an die Sprühdüsen, einen Gaseinlaß, um ein Trocknungsgas in die Pfanne einströmen zu lassen, und einen Gasauslaß zum Ausstoßen von Gas aus der Pfanne. 1 Fig. 10 is a block diagram showing a tablet film coating system having an EE calculator / control unit according to an embodiment of the present invention. In 1 carries a tablet coater 100 a film coating on tablets. The tablet coater 100 may comprise any tablet coater suitable for applying a film layer to pharmaceutical tablets. Exemplary tablet coaters suitable for use with the present invention include HI-COATER Model No. 10 HCF-130, available from Vector Corporation, DRIACOATER, Model No. 500, available from Driam GMBH & Company, GLATTPAN, available from Glatt Air Technologies and ACCELA-COTA, available from Thomas Engineering Inc. As mentioned above, the tablet coater 100 a pan for holding and spinning tablets, one or more spray nozzles for spraying a film layer on the tablets, a pump for discharging the process liquid to the spray nozzles, a gas inlet for flowing a drying gas into the pan, and a gas outlet for Ejecting gas from the pan.

Ein Überwachungs- und Steuerungssystem 102 weist Prozeßparametersensoren und -steuerungen auf, die Prozeßparameter messen und steuern. Beispielsweise kann das Überwachungs- und Steuerungssystem 102 aufweisen: Temperatursensoren, beispielsweise Thermoelementpaare oder Widerstandsthermometer-Sensoren (RTD: resistance temperature difference, Widerstandstemperaturdifferenz) zum Messen der Temperatur des Einlaßgases, Feuchtigkeitssensoren zum Messen der Feuchtigkeit und Gasströmungsmesser zum Messen von Strömungsraten von Einlaß- und Auslaßgasen. Zur Steuerung der Prozeßparameter kann die Überwachungssteuerung 102 eine Steuerung, beispielsweise eine programmierbare Logiksteuerung (PLC) oder eine andere Hardware-Kombination, Software-Kombination oder Kombination aus Hardware und Software aufweisen, die die gemessenen Prozeßparameterwerte empfängt und Steuersignale ausgibt, um optimale Prozeßparameterwerte aufrechtzuerhalten. Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 104 erlaubt dem Benutzer, Prozeßparameter zu überwachen und manuell zu steuern. Beispielsweise kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle 104 einen Computer aufweisen, der eine Schnittstelle zu der programmierbaren Logiksteuerung und den Sensoren bildet. Ein repräsentativer Computer zur Verwendung in der Mensch-Maschine-Schnittstelle 104 ist ein T-60, erhältlich von Allen-Bradley Corporation.A monitoring and control system 102 includes process parameter sensors and controls that measure and control process parameters. For example, the monitoring and control system 102 temperature sensors, for example, thermocouple pairs or resistance temperature difference (RTD) sensors for measuring the temperature of the inlet gas, moisture sensors for measuring humidity, and gas flow meters for measuring flow rates of inlet and outlet gases. To control the process parameters, the monitoring control 102 a controller, such as a programmable logic controller (PLC) or other hardware combination, software combination or combination of hardware and software that receives the measured process parameter values and outputs control signals to maintain optimal process parameter values. A human machine interface (HMI) 104 allows the user to monitor and manually control process parameters. For example, the man-machine interface 104 a computer interfacing with the programmable logic controller and the sensors. A representative computer for use in the man-machine interface 104 is a T-60 available from Allen-Bradley Corporation.

Eine EE-Rechner/Steuereinheit 106 empfängt gemessene Prozeßparameterwerte aus den Sensoren, berechnet einen Umweltäquivalenzwert auf der Basis der gemessenen Prozeßparameter werte und gibt an die programmierbare Logiksteuerung ein Steuersignal auf der Basis eines gewünschten EE-Werts aus. Die EE-Rechner/Steuereinheit kann als Hardware, Software oder als eine Kombination aus Hardware und Software ausgeführt sein. Beispielsweise kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die EE-Rechner/Steuereinheit 106 mit der programmierbaren Logiksteuerung der Überwachungssteuerung 102 integriert sein. Jedoch ist in der gezeigten Ausführungsform die EE-Rechner/Steuereinheit 106 separat zur Überwachungsteuerung 102. In einer solchen Ausführungsform kann die EE-Rechner/Steuereinheit 106 ein auf einem Laptop-Computer ablaufendes Programm sein, das über den seriellen Anschluß des Computers gemessene Prozeßparameter empfängt und Steuersignale ausgibt. Ein geeigneter Laptop-Computer wäre ein THINKPAD®, erhältlich von IBM Corporation.An EE computer / control unit 106 receives measured process parameter values from the sensors, calculates an environmental equivalency value based on the measured process parameter values, and outputs to the programmable logic controller a control signal based on a desired EE value. The EE computer / control unit may be implemented as hardware, software or as a combination of hardware and software. For example, in a preferred embodiment of the invention, the EE computer / control unit 106 with the programmable logic control of the monitoring control 102 be integrated. However, in the embodiment shown, the EE computer / control unit is 106 separately for monitoring control 102 , In such an embodiment, the EE computer / control unit 106 a program running on a laptop computer that receives measured process parameters via the serial port of the computer and outputs control signals. A suitable laptop computer would be a THINKPAD ®, available from IBM Corporation.

2 ist ein Flußdiagramm, das beispielhafte Schritte zeigt, die von einer EE-Rechner/Steuereinheit 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. In Schritt ST1 empfängt die EE-Rechner/Steuereinheit 106 von dem Benutzer eingegebene Prozeßparameter-Anfangswerte. Die von der Bedienungsperson eingegebenen Prozeßparameter-Anfangswerte können über die HMI-Schnittstelle 104 empfangen werden. Prozeßparameter, die zu Beginn spezifiziert werden können, umfassen Temperatur des Einlaßgases, Taupunkt, Strömungsrate des Trocknungsgases, Sprührate und prozentualer Feststoffanteil der Lösung oder Dispersion. In Schritt ST2 startet die EE-Rechner/Steuereinheit 106 den Tablettenbeschichtungsprozeß unter Verwendung der Prozeßparameter-Anfangswerte. Schritt ST1 und ST2 sind auf eine Direktsteuerung-Ausführungsform anwendbar, bei welcher die EE-Rechner/Steuereinheit 106 mit der Überwachungssteuerung 102 integriert ist. In einer Ausführungsform, in welcher die EE-Rechner/Steuereinheit nicht in der Überwachungssteuerung 102 enthalten ist, können die Schritte ST1 und ST2 weggelassen werden, da diese Funktionen außerhalb der EE-Rechner/Steuereinheit 106 durchgeführt werden würden. 2 FIG. 10 is a flow chart showing exemplary steps taken by an EE computer / control unit 106 according to an embodiment of the present invention can be performed. In step ST1, the EE computer / control unit receives 106 user input process parameter initial values. The process parameter initial values input by the operator may be via the HMI interface 104 be received. Process parameters that may initially be specified include inlet temperature, dew point, drying gas flow rate, spray rate, and percent solids of the solution or dispersion. In step ST2, the EE calculator / control unit starts 106 the tablet coating process using the process parameter initial values. Step ST1 and ST2 are applicable to a direct control embodiment in which the EE computer / control unit 106 with the monitoring control 102 is integrated. In an embodiment in which the EE computer / control unit is not in the supervisory control 102 can be omitted, the steps ST1 and ST2 can be omitted, as these functions outside the EE computer / control unit 106 would be performed.

In Schritt ST3 empfängt die EE-Rechner/Steuereinheit 106 gemessene Prozeßparameterwerte. Die gemessenen Prozeßparame terwerte können Temperatur des Einlaßgases, Taupunkt, Strömungsrate des Trocknungsgases, Sprührate und prozentualer Feststoffanteil der Lösung oder Dispersion umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Temperatur des Einlaßgases, der Taupunkt und die Strömungsrate des Gases kontinuierlich gemessen. Der prozentuale Feststoffanteil der Lösung oder Dispersion kann ebenfalls gemessen werden. Jedoch kann auf der Basis des Filmschicht-Gemisches dieser Wert vorab bekannt sein. In Schritt ST4 berechnet die EE-Rechner/Steuereinheit 106 auf der Basis der gemessenen Parameterwerte einen Umweltäquivalenzwert. In Schritt ST5 und ST6 ermittelt die EE-Rechner/Steuereinheit 106, ob der berechnete EE-Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist. In einer bevorzugten Ausführungsform für wäßrige Filmbeschichtung ist der EE-Sollwert vorzugsweise ungefähr 4,41. Ein EE-Sollwert von ungefähr 4,41 ergibt Tabletten, die den Standard "Military Standard 105E for an acceptable quality limit (AQL)" (Militärischer Standard 105E für eine akzeptable Qualitätsgrenze) von 0,65 für wäßrige Filmbeschichtung erfüllen. Ein Bereich von EE-Faktoren, die Tabletten innerhalb eines 95%-Vertrauensintervalls für einen AQL-Wert von 0,65 ergeben, ist von ungefähr 3,74 bis nicht mehr als ungefähr 5,20. Dementsprechend kann für Tablettenfilmbeschichtung der bevorzugte Bereich von EE-Werten vorab in die EE-Rechner/Steuereinheit 106 einprogrammiert werden.In step ST3, the EE computer / control unit receives 106 measured process parameter values. The measured process parameters may include temperature of the inlet gas, dew point, flow rate of the drying gas, spray rate, and percent solids of the solution or dispersion. In a preferred embodiment of the invention, the temperature of the inlet gas, the dew point and the flow rate of the gas are continuously measured. The percent solids of the solution or dispersion can also be measured. However, on the basis of the film layer mixture, this value may be pre-determined be known. In step ST4, the EE calculator / control unit calculates 106 based on the measured parameter values, an environmental equivalency value. In step ST5 and ST6, the EE calculator / control unit determines 106 whether the calculated EE value is within a predetermined range. In a preferred embodiment for aqueous film coating, the EE setpoint is preferably about 4.41. An EE set point of approximately 4.41 results in tablets that meet the Military Standard 105E for an acceptable quality limit (AQL) "(Military Standard 105E for an acceptable quality limit) of 0.65 for aqueous film coating. A range of EE factors that give tablets within a 95% confidence interval for an AQL value of 0.65 is from about 3.74 to not more than about 5.20. Accordingly, for tablet film coating, the preferred range of EE values may advance into the EE computer / controller 106 be programmed.

Physikalische Konstruktionselemente von Prozeßanlagen, beispielsweise von Tablettenfilmbeschichtern, können Abweichungen von bevorzugten Bereichen der EE-Werte zur Folge haben. Beispielsweise können der Ort eines Meßelements, die Pfannenkonstruktion und andere Parameter Abweichungen vom bevorzugten EE-Bereich erzeugen. Abweichungen für einzelne Anlagen können experimentell ermittelt werden, indem die Qualität des fertigen Produkts analysiert wird. Jedoch berücksichtigt das oben beschriebene Vertrauensintervall die Abweichungen in Hinblick auf verschiedene Beschichtungspfannen mit gleichen Funktionsprinzipien, aber unterschiedlichen Kapazitäten, z.B. 1 kg bis 400 kg.physical Construction elements of process plants, For example, tablet film coater may deviate from preferred ranges EE values. For example, the location of a measuring element, the pan construction and other parameters deviations from the preferred one Create EE area. Deviations for individual plants can be determined experimentally be by the quality of the finished product is analyzed. However, considered the confidence interval described above the deviations in terms on different coating pans with the same functional principles, but different capacities, e.g. 1 kg to 400 kg.

Wenn in Schritt ST6 die EE-Rechner/Steuereinheit 106 ermittelt, daß der Umweltäquivalenzwert nicht innerhalb des gewünschten Bereichs ist, berechnet die EE-Rechner/Steuereinheit 106 neue Werte für einen oder mehrere Prozeßparameter, so daß der EE-Wert innerhalb des gewünschten Bereichs sein wird (Schritt ST7). Beispielsweise kann die EE-Rechner/Steuereinheit 106 neue Werte für die Temperatur des Einlaßgases, den Taupunkt, die Strömungsrate des Trocknungsgases und/oder die Sprührate berechnen. In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet die EE-Rechner/Steuereinheit 106 einen neuen Wert für die Sprührate. Ein bevorzugtes Verfahren zum Berechnen eines neuen Werts für den oder die zu steuernden Parameter, um einen gewünschten EE-Wert zu erzielen, wird nachstehend detaillierter diskutiert. In Schritt ST8 wendet die EE-Rechner/Steuereinheit 106 den oder die neu berechneten Werte auf den Prozeß an.If in step ST6 the EE computer / control unit 106 determines that the environmental equivalency value is not within the desired range, calculates the EE calculator / control unit 106 new values for one or more process parameters so that the EE value will be within the desired range (step ST7). For example, the EE computer / control unit 106 calculate new values for the temperature of the inlet gas, the dew point, the flow rate of the drying gas and / or the spray rate. In a preferred embodiment, the EE calculator / control unit calculates 106 a new value for the spray rate. A preferred method of calculating a new value for the parameter (s) to be controlled to achieve a desired EE value is discussed in more detail below. In step ST8, the EE computer / control unit uses 106 the newly calculated values on the process.

Nach Änderung des oder der Prozeßparameterwerte kehrt die EE-Rechner/Steuereinheit 106 zu Schritt ST3 zurück und empfängt neue gemessene Prozeßparameterwerte. Die neuen Prozeßparameterwerte werden verwendet, um einen neuen Umweltäquivalenzwert zu berechnen. Der neue Umweltäquivalenzwert wird geprüft, um zu ermitteln, ob er innerhalb des gewünschten Bereichs ist. Prozeßparameterwerte können nochmals geändert werden, wenn der Umweltäquivalenzwert nicht innerhalb des gewünschten Bereichs ist. Das System wiederholt vorzugsweise die Schritte ST3 bis ST8 kontinuierlich, um den gewünschten Umweltäquivalenzwert zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Da der EE-Wert kontinuierlich aktualisiert wird, wird die Produktqualität aufrechterhalten, selbst wenn sich ein oder mehrere gemessene Parameterwerte ändern.After changing the process parameter (s), the EE calculator / control unit returns 106 to step ST3 and receives new measured process parameter values. The new process parameter values are used to calculate a new environmental equivalency value. The new environmental equivalence score is checked to see if it is within the desired range. Process parameter values may be changed again if the environmental equivalency value is not within the desired range. The system preferably continuously repeats steps ST3 through ST8 to achieve and maintain the desired environmental equivalency value. As the EE value is continually updated, product quality is maintained even if one or more measured parameter values change.

Steuerparameter-BerechnungsroutineControl parameter calculation routine

3 zeigt eine Steuerparameter-Berechnungsroutine zum Berechnen eines Steuerparameterwerts, der einen berechneten Umweltäquivalenzwert ergibt, der innerhalb des gewünschten Bereichs von Umweltäquivalenzwerten ist. Wie hier verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Steuerparameter" einen Prozeßparameter, der von der Umweltäquivalenz-Rechner/Steuereinheit 106 angepaßt wird, um einen Verdampfungstrocknungsprozeß zu steuern. 3 FIG. 12 shows a control parameter calculation routine for calculating a control parameter value that yields a calculated environmental equivalent value that is within the desired range of environmental equivalency values. As used herein, the term "control parameter" refers to a process parameter used by the environmental equivalency calculator / control unit 106 is adjusted to control an evaporation drying process.

Die in 3 gezeigten Schritte entsprechen Schritt ST7 von 2. Beispielsweise ist, wie oben erwähnt, der bevorzugte Steuerparameter für die Tablettenfilmbeschichtung die Sprührate. Zusätzliche oder alternative Steuerparameter, die verwendet werden können, umfassen Temperatur des Einlaßgases, Strömungsrate des Einlaßgases und prozentualer Feststoffanteil der Lösung oder Dispersion.In the 3 The steps shown correspond to step ST7 of FIG 2 , For example, as noted above, the preferred control parameter for the tablet film coating is the spray rate. Additional or alternative control parameters that may be used include temperature of the inlet gas, inlet gas flow rate, and percent solids of the solution or dispersion.

In Schritt ST1 berechnet die Steuerparameter-Berechnungsroutine die Umweltäquivalenz unter Verwendung eines Steuerparameterwerts. Der Steuerparameter-Anfangswert kann irgendein Wert sein, beispielsweise 1. Die übrigen Parameter, die zur Berechnung der Umweltäquivalenz verwendet werden, werden aus dem Tablettenbeschichtungsprozeß gemessen. In Schritt ST2 und ST3 vergleicht die Steuerparameter-Berechnungsroutine den berechneten Umweltäquivalenzwert mit der oberen Bereichsgrenze des gewünschten Bereichs von Umweltäquivalenzwerten. Wenn der berechnete Umweltäquivalenzwert oberhalb der oberen Grenze liegt, ändert die Steuerparameter-Berechnungsroutine den Steuerparameterwert und berechnet von neuem eine Umweltäquivalenz (ST4) unter Verwendung des neuen Steuerparameterwerts. Wenn beispielsweise der Steuerparameter die Sprührate ist, kann die Steuerparameter-Berechnungsroutine die Sprührate erhöhen, da Erhöhen der Sprührate den berechneten Umweltäquivalenzwert erniedrigt. Bei anderen Parametern, beispielsweise der Gasströmungsrate, die sich direkt zur Umweltäquivalenz ändern, kann die Steuerparameter-Berechnungsroutine den Steuerparameter-Anfangswert erniedrigen.In Step ST1 calculates the control parameter calculation routine environmental equivalency using a control parameter value. The control parameter initial value can be any value, for example 1. The other parameters used to calculate the environmental equivalency are measured from the tablet coating process. In step ST2 and ST3, the control parameter calculation routine compares the calculated environmental equivalent value with the upper range limit of the desired range of environmental equivalence values. If the calculated environmental equivalent value is above the upper limit, the control parameter calculation routine changes the control parameter value and recalculates an environmental equivalency (ST4) using the new control parameter value. If, for example the control parameter the spray rate is, the control parameter calculation routine can increase the spray rate since Increase the spray rate the calculated environmental equivalent value decreased. For other parameters, such as gas flow rate, which can change directly to environmental equivalency the control parameter calculation routine lowers the control parameter initial value.

Die Schritte ST1 bis ST4 werden wiederholt, bis der berechnete Umweltäquivalenzwert nicht mehr oberhalb der oberen Grenze liegt. In Schritt ST5 speichert die Steuerparameter-Berechnungsroutine den Steuerparameterwert, der den berechneten Umweltäquivalenzwert ergab, der kleiner oder gleich der oberen Grenze ist. In Schritt ST6 ändert die Steuerparameter-Berechnungsroutine den Steuerparameterwert und berechnet von neuem die Umweltäquivalenz. In Schritt ST7 und ST8 vergleicht die Steuerparameter-Berechnungsroutine den berechneten Umweltäquivalenzwert mit der unteren Grenze des gewünschten Bereichs. Wenn der berechnete Umweltäquivalenzwert unterhalb der unteren Bereichsgrenze liegt, wird der Steuerparameterwert geändert und die Umweltäquivalenz wird unter Verwendung des geänderten Steuerparameterwerts neu berechnet (ST9).The Steps ST1 to ST4 are repeated until the calculated environmental equivalent value no longer above the upper limit. In step ST5 stores the control parameter calculation routine the control parameter value representing the calculated environmental equivalency value which is less than or equal to the upper limit. In step ST6 changes the control parameter calculation routine the control parameter value and recalculates the environmental equivalency. In step ST7 and ST8, the control parameter calculation routine compares the calculated environmental equivalent value with the lower limit of the desired Range. If the calculated environmental equivalent value is below the lower one Range limit, the control parameter value is changed and the environmental equivalency is changed using the Control parameter value recalculated (ST9).

Die Schritte ST7 bis ST9 werden vorzugsweise wiederholt, bis der berechnete EE-Wert nicht mehr unterhalb der unteren Bereichsgrenze liegt. In Schritt ST10 speichert die Steuerparameter-Berechnungsroutine den Steuerparameterwert, der den Umweltäquivalenzwert ergibt, der nicht mehr unterhalb der unteren Bereichsgrenze liegt. In Schritt ST11 berechnet die Steuerparameter-Berechnungsroutine durch Mittelung der gespeicherten Steuerparameterwerte den Steuerparameter-Endwert. Nachdem der Steuerparameter-Endwert berechnet worden ist, kehrt die Steuerung zu Schritt ST8 von 2 zurück, in welchem der berechnete Steuerparameterwert auf den Filmbeschichtungsprozeß angewendet wird.Steps ST7 to ST9 are preferably repeated until the calculated EE value is no longer below the lower range limit. In step ST10, the control parameter calculation routine stores the control parameter value that gives the environmental equivalent value that is no longer below the lower limit. In step ST11, the control parameter calculation routine calculates the control parameter end value by averaging the stored control parameter values. After the control parameter end value has been calculated, control returns to step ST8 of FIG 2 back in which the calculated control parameter value is applied to the film coating process.

Die in 3 gezeigte Steuerparameter-Berechnungsroutine erzeugt einen Steuerparameterwert, der so konzipiert ist, um in dem zu steuernden Prozeß einen Umweltäquivalenzwert zu ergeben, der in oder in der Nähe der Mitte des gewünschten Umweltäquivalenz-Bereichs ist. In einer Ausführungsform mit direkter Steuerung kann der von der Steuerparameter-Berechnungsroutine berechnete Steuerparameterwert direkt auf den zu steuernden Prozeß angewendet werden. In einer Ausführungsform mit indirekter Steuerung kann der Steuerparameterwert an die Überwachungssteuerung 102 übermittelt werden, die dann den berechneten Steuerparameterwert verwendet, um den Steuerparameter im Prozeß anzupassen.In the 3 The control parameter calculation routine shown generates a control parameter value that is designed to give an environmental equivalency value in or near the center of the desired environmental equivalency range in the process to be controlled. In a direct control embodiment, the control parameter value calculated by the control parameter calculation routine may be applied directly to the process to be controlled. In an indirect control embodiment, the control parameter value may be sent to the supervisory controller 102 which then uses the calculated control parameter value to adjust the control parameter in the process.

Anwendung von EE-Steuerung auf SprühtrocknungApplication of EE control on spray drying

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Verwendung von Umweltäquivalenz zur Steuerung einer Tablettenfilmbeschichtung in einem Arzneimittelproduktionsprozeß beschränkt. Die Verwendung von Umweltäquivalenz zur Steuerung irgendeines Verdampfungstrocknungsprozesses sowohl in einem Arzneimittelproduktionsprozeß als auch in anderen Produktionsprozessen soll im Bereich der Erfindung enthalten sein. Beispielsweise beinhaltet in einer alternativen Ausführungsform die vorliegende Erfindung Verfahren und Systeme zur Steuerung von Sprühtrocknung unter Verwendung von Umweltäquivalenz. Sprühtrock nung ist ein Prozeß, der ein fluides pumpbares Medium in eine Trockenpulver- oder Partikelform umwandelt. Diese Trocknung wird durch Zerstäuben des Fluids in eine Trockenkammer erreicht, wo Flüssigkeitströpfchen durch einen Gasstrom hindurchgeführt werden. Der Zweck ist, einen Sprühnebel aus Tröpfchen mit hohem Oberfläche/Masse-Verhältnis zu erzeugen. Die Tröpfchen haben idealerweise gleiche Größe. Nachdem die Tröpfchen in die Trockenkammer hineingesprüht worden sind, wird das Wasser oder eine andere Flüssigkeit vorzugsweise schnell und gleichmäßig verdampft. Sprühtrocknung kann ein Prozeß in der Arzneimittelproduktionsindustrie sowie ein Prozeß in anderen Industrien sein, beispielsweise Lebensmittel- und Süßwarenverarbeitung, chemische oder petrochemische Verarbeitung, Umweltschutz beispielsweise Naßreinigung, Spritzlackierung, Halbleiterfertigung, Textilherstellung oder irgendeiner anderen Industrie, die einen Verdampfungstrocknungsprozeß verwendet. Bei der Sprühtrocknung kann die Beschickung eine Lösung, eine Suspension oder eine Paste sein. Das getrocknete Produkt kann pulvrig, granuliert oder agglomeriert sein. Die Eigenschaften des getrockneten Produkts hängen von der Beschickung, der Trocknerkonstruktion und den Prozeßbedingungen ab. Sprühtrocknung ergibt ein Pulver mit einer spezifischen Partikelgröße und einem spezifischen Feuchtigkeitsgehalt. In einem Dauerbetrieb liefert der Sprühtrockner eine sehr kontrollierte Pulverqualität bei einer relativ einfachen Steuerung.The The present invention is not a use of environmental equivalency limited to controlling a tablet film coating in a drug production process. The Use of environmental equivalency for controlling any evaporation drying process, both in a drug production process as well as in other production processes should be included within the scope of the invention. For example, includes in an alternative embodiment The present invention Methods and systems for controlling spray drying using environmental equivalency. Spray drying is a process a fluid pumpable medium in a dry powder or particle form transforms. This drying is done by atomizing the fluid into a drying chamber reaches where liquid droplets pass through passed a gas stream become. The purpose is a spray from droplets with high surface area / mass ratio too produce. The droplets have ideally same size. After this the droplets sprayed into the drying chamber Preferably, the water or other liquid becomes fast and evenly evaporated. Spray drying can a process in the drug manufacturing industry as well as one process in another Industries, such as food and confectionery processing, chemical or petrochemical processing, environmental protection, for example wet cleaning, Spray painting, semiconductor manufacturing, textile manufacturing or any other industry using an evaporation drying process. In the spray drying can the feed be a solution a suspension or a paste. The dried product can be powdery, granulated or agglomerated. The properties of the dried Hang products from the feed, the dryer design and the process conditions from. Spray drying gives a powder with a specific particle size and a specific moisture content. Delivered in a continuous operation the spray dryer a very controlled powder quality with a relatively simple Control.

In ihrer einfachsten Form besteht Sprühtrocknung aus vier Prozeßschritten:

  • • Zerstäuben der Beschickung;
  • • Sprühgaskontakt;
  • • Trocknung; und
  • • Trennung des getrockneten Produkts von dem Trocknungsgas.
In its simplest form, spray drying consists of four process steps:
  • • atomizing the feed;
  • • spray gas contact;
  • • drying; and
  • Separation of the dried product from the drying gas.

Zerstäuben wird allgemein von einer der drei Basisvorrichtungen ausgeführt:

  • • eine Einzelfluid- oder -druckdüse;
  • • eine Doppelfluiddüse; oder
  • • einen Rotationszerstäuber, auch als Drehscheibe oder Rad bekannt.
Atomizing is generally carried out by one of the three basic devices:
  • • a single fluid or pressure nozzle;
  • • a double fluid nozzle; or
  • • a rotary atomizer, also known as a turntable or wheel.

Die Einzelfluiddüse erlaubt eine größere Vielseitigkeit in bezug auf eine Anordnung mit der Sprühkammer, so können der Sprühwinkel oder die Sprührichtung geändert werden.The Einzelfluiddüse allows greater versatility with regard to an arrangement with the spray chamber, the spray angle or the spray direction changed become.

Da die Partikelgröße zum Teil von der Beschickungsrate abhängt, haben Düsen Grenzen, was die Produkteigenschaften und Betriebsraten betrifft. Sobald einmal die Düse an Ort und Stelle angeordnet worden ist, können die Raten nur durch Druck geändert werden. Eine Änderung der Öffnung erfordert ein Abnehmen der Düse. Bei großvolumigen Betriebsprozessen befinden sich viele Düsen innerhalb der Kammer und sind so angeordnet, daß konstante Verdampfungsbedingungen um jede Düse herum aufrechterhalten werden. Für viskosere und abrasivere Beschickungen werden Doppelfluiddüsen verwendet, wobei ein Gas, beispielsweise Luft, das zweite Medium ist, um das Beschickungsmaterial zu bewegen und es wirkungsvoll zu zerstäuben. Luft kann innerhalb der Düse oder außerhalb der Düse zugemischt werden. Unter Bedingungen, unter welchen mit einer Einzelfluiddüse keine kleinen Partikelgrößen möglich sein könnten, kann die Doppelfluiddüse die notwendige zusätzliche Zerstäubung bereitstellen. Jedoch erzeugt dies einen breiteren Partikelgrößenbereich. Fluide Beschickungsmaterialien können auch durch Zentrifugalkraft auf einer Dreh- oder Schleuderscheibe dispergiert oder zerstäubt werden. Flüssiges Beschickungsmaterial wird bis auf mehr als 300 Fuß/Sekunde beschleunigt, um sehr feine Tröpfchen zu erzeugen. Die Partikelgröße wird hauptsächlich durch die Scheibengeschwindigkeit gesteuert. Bei Zentrifugalsystemen wird das flüssige Beschickungsmaterial in der Mitte der Scheibe aufgebracht, bewegt sich als dünne Schicht über die Oberfläche und wird in Form kleiner Tröpfchen von der Kante geschleudert. Flügel oder eine Scheibe mit rauher Oberfläche können Schlupfen des Fluids minimieren, während es zur Außenseite der Scheibe geschleudert wird.Since the particle size depends in part on the feed rate, nozzles have limits in terms of product properties and operating rates. Once the nozzle is in place The rates can only be changed by pressure. Changing the opening requires removal of the nozzle. In large volume operating processes, many nozzles are within the chamber and are arranged to maintain constant vaporization conditions around each nozzle. For more viscous and abrasive feeds, dual fluid nozzles are used, with one gas, such as air, being the second medium to move the feedstock and effectively atomize it. Air can be mixed inside the nozzle or outside the nozzle. Under conditions where a single fluid nozzle would not allow small particle sizes, the dual fluid nozzle can provide the necessary additional atomization. However, this creates a broader particle size range. Fluid feedstocks may also be dispersed or atomized by centrifugal force on a rotary or centrifugal disc. Liquid feed is accelerated to more than 300 feet / second to produce very fine droplets. The particle size is controlled mainly by the disk speed. In centrifugal systems, the liquid feed material is applied in the center of the disk, moves as a thin layer over the surface and is spun off the edge in the form of small droplets. Wings or a disc with a rough surface can minimize slippage of the fluid as it is thrown to the outside of the disc.

Irgendeine Anzahl von Trocknern kann verwendet werden, um ein pharmazeutisches oder anderes Produkt sprühzutrocknen. Beispielhafte Trockner, die zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen zylind rische Flachboden-Trockner und Konusboden-Trockner, wie zum Beispiel den "HT" und den "Virtis", Modell Nr. SP-04, beide erhältlich von Niro Incorporated. Das Trocknungsgas innerhalb der Kammer eines Trockners hält ein Strömungsmuster aufrecht, wodurch eine Ablagerung von teilweise getrocknetem Produkt an der Wand der Kammer oder des Zerstäubers verhindert wird. Eine Bewegung des Trocknungsgases kann eine Strömung in gleiche Richtung (gleichströmend), in entgegengesetzte Richtung (gegenströmend) oder eine gemischte Strömung sein. Bewegungsrichtung des Trocknungsgases und Temperatur des Einlaßgases beeinflussen den Typ des Endprodukts. Für eine konstante Trocknungsrate ist eine Aufrechterhaltung der Oberflächenbenetzung des Partikels wichtig. Wenn die Temperatur des Trocknungsgases zu hoch ist, kann sich eine getrocknete Schicht auf der Oberfläche bilden, was die Verdampfung verringert. Trocknen erfolgt in zwei Phasen und zur Steuerung dieser Phasen ist eine Steuerung der Temperatur des Trocknungsgases wesentlich. Die erste Phase ist der Schritt mit konstanter Rate, in welchem Feuchtigkeit schnell von der Oberfläche verdampft und Kapillarwirkung Feuchtigkeit von innerhalb des Partikels heraus zieht. In der zweiten Periode oder Periode mit abnehmender Rate steuert die Diffusion von Wasser an die Oberfläche die Trocknungsrate. Mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt ist ein einstufiger Trockner für den größten Teil der Verweildauer im Trockner verantwortlich. In der Regel ist die Verweildauer des Trocknungsgases und die des Partikels in einem einstufigen Gleichströmung-Trockner ungefähr gleich. Da der Feuchtigkeitspegel zum Ende des Prozesses hin immer noch abnimmt, muß die Auslaßtemperatur ausreichend hoch sein, um den Trocknungsprozeß fortzusetzen. Ein Hinzufügen eines Fluidbetts nach dem Trockner kann einen vollständigen Abschluß des Trocknungsprozesses sicherstellen.any Number of dryers can be used to make a pharmaceutical or spray-dry other product. Exemplary dryers for use with embodiments of the present invention include cylindric Flat bottom dryers and cone bottom dryers, such as the "HT" and the "Virtis", Model No. SP-04, both available from Niro Incorporated. The drying gas inside the chamber of a Dryer holds a flow pattern upright, creating a deposit of partially dried product is prevented on the wall of the chamber or the atomizer. A Movement of the drying gas may be a flow in the same direction (flowing in the same direction), in opposite direction (countercurrent) or be a mixed flow. Direction of movement of the drying gas and temperature of the inlet gas affect the Type of final product. For a constant rate of drying is a maintenance of surface wetting of the particle important. When the temperature of the drying gas is too is high, a dried layer can form on the surface, which reduces the evaporation. Drying takes place in two phases and To control these phases is a control of the temperature of the Drying gas essential. The first phase is the step with constant Rate at which moisture quickly evaporates from the surface and capillary action draws moisture from within the particle. In the second period or period the rate decreases the diffusion of water to the surface the drying rate. With decreasing moisture content is a single stage dryer for the most part the residence time in the dryer responsible. In general, that is Residence time of the drying gas and that of the particle in one single-stage co-current dryer approximately equal. Because the moisture level always goes towards the end of the process still decreasing, the Outlet temperature sufficient be high to continue the drying process. An add a Fluid bed after the dryer can complete the drying process to ensure.

Die Endphase der Sprühtrocknung ist Beseitigen des getrockneten Produkts aus dem Trocknungsgas auf eine wirtschaftliche und schadstoff-freie Weise. Allgemein hängt die Wirtschaftlichkeit von der Wiederverwertbarkeit des Trocknungsgases ab, somit ist das Beseitigen von Feinstoffen aus dem Trocknungsgas sehr wichtig. Abhängig von der Trocknerkonstruk tion kann das Produkt an der Basis, wie zum Beispiel in einem Flachboden-Trockner, separiert werden, und können Feinstoffe in irgendeinem Typ von Sammelanlage gesammelt werden. Alternativ können das Produkt und das Trocknungsgas gemeinsam zu einer Anlage geführt werden, die dafür konstruiert ist, um Partikel aus dem Trocknungsgas zu separieren. Schwereres Produkt wird durch Schwerkraft beseitigt, aber Feinstoffe erfordern zusätzliche Beseitigungseinrichtungen. Die Feinstoffe können mit Hilfe von Zyklonen, Sackfiltern, elektrostatischen Ausfällungseinrichtungen oder Skrubbern beseitigt werden. Feinstoffe werden eingesackt oder zu einem Agglomerationsprozeß zurückgeführt und das Trocknungsgas wird zu dem System zurückgeführt.The Final phase of spray drying is removing the dried product from the drying gas an economical and pollution-free way. Generally, the hangs Economics of the recyclability of the drying gas Thus, the removal of fines from the drying gas very important. Dependent From the dryer construction, the product can be attached to the base, such as for example, in a flat-bottomed dryer, and be separated can Fines can be collected in any type of collection facility. Alternatively you can the product and the drying gas are led together to a plant, the one for that is designed to separate particles from the drying gas. Heavier product is eliminated by gravity, but fines require additional Disposal facilities. The fines can be removed with the help of cyclones, Bag filters, electrostatic precipitators or scrubbers be eliminated. Fines are bagged or recycled to an agglomeration process and the drying gas is returned to the system.

Gemäß herkömmlichen Sprühtrocknungsverfahren ist das Aufrechterhalten von optimalen Prozeßparametern für Sprühtrocknung ähnlich wie bei den oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren zur Aufrechterhaltung von optimalen Parametern für Tablettenfilmbeschichtung. Mit anderen Worten, optimale Prozeßparameter werden empirisch ermittelt und dann angewendet, um ein Produktionsqualitätsprodukt zu erzeugen. Wenn sich ein oder mehrere Parameter während der Verarbeitung einer gegebenen Materialcharge ändern, ist die Qualität des Endprodukts vermindert. Außerdem treffen die gleichen Probleme der mangelnden Skalierbarkeit und mangelnden Anpassungsfähigkeit an Prozeßänderungen, die auf Tablettenfilmbeschichtung zutreffen, auch auf Sprühtrocknung zu. Beispielsweise sind Sprühtrockner allgemein so konstruiert, um konstante Strömungsraten des Trocknungsgases aufrechtzuerhalten. Die Temperatur des Einlaßgases wird vorzugsweise so eingestellt, daß die Lösung mit einer möglichst hohen Beschickungsrate in den Trockner gesprüht werden kann. Nachdem einmal die Temperatur des Einlaßgases und die Gasströmungsrate eingestellt worden sind, wird dann die Beschickungsrate entsprechend der gewünschten Produktqualität eingestellt. Wenn sich die Feuchtigkeit, Temperatur oder Strömungsrate des Trocknungsgases ändert, könnte es sein, daß die Beschickungsrate einer Anpassung bedarf.In accordance with conventional spray drying processes, maintaining optimum process parameters for spray drying is similar to the conventional methods described above for maintaining optimal parameters for tablet film coating. In other words, optimal process parameters are determined empirically and then applied to produce a production quality product. If one or more parameters change during processing of a given batch of material, the quality of the final product is reduced. In addition, the same problems of lack of scalability and adaptability to process changes that apply to tablet film coating also apply to spray drying. For example, spray dryers are generally designed to maintain constant flow rates of the drying gas receive. The temperature of the inlet gas is preferably adjusted so that the solution can be sprayed into the dryer with as high a feed rate as possible. Once the temperature of the inlet gas and gas flow rate have been adjusted, then the feed rate is adjusted according to the desired product quality. If the humidity, temperature or flow rate of the drying gas changes, it may be that the feed rate needs adjustment.

Umweltäquivalenz kann verwendet werden, um eine Produktqualität aufrechtzuerhalten, wenn sich während eines Prozesses ein oder mehrere Parameter ändern. Die in 2 und 3 ge zeigten Prozeßschritte können auf Sprühtrocknung angewendet werden. Zuerst kann für einen Sprühtrocknungsprozeß ein gewünschter Bereich von Äquivalenzwerten ermittelt werden. Der gewünschte Bereich kann empirisch durch Untersuchen der Produktqualität und Berechnen eines Bereichs von Umweltäquivalenzwerten, die die gewünschten Produkteigenschaften ergeben, ermittelt werden. Da Sprühtrocknungsprozesse typisch trockener als Tablettenfilmbeschichtungsprozesse sind, kann der bevorzugte Bereich von Umweltäquivalenzwerten für Sprühtrocknung höher sein als der oben angegebene bevorzugte Bereich für Tablettenfilmbeschichtung.Environmental equivalency can be used to maintain product quality when one or more parameters change during a process. In the 2 and 3 ge showed process steps can be applied to spray drying. First, for a spray-drying process, a desired range of equivalence values can be determined. The desired range can be determined empirically by examining the product quality and calculating a range of environmental equivalency values that give the desired product properties. Since spray drying processes are typically drier than tablet film coating processes, the preferred range of environmental equivalents for spray drying may be higher than the preferred range for tablet film coating noted above.

Nachdem der gewünschte Bereich von Umweltäquivalenzwerten ermittelt worden ist, kann der Bereich verwendet werden, um ein ähnliches Steuersystem wie das in 1 gezeigte Steuersystem zu realisieren, um einen oder mehrere Parameter, beispielsweise eine optimale Beschickungsrate, zu steuern. Die Prozeßschritte von 2 können verwendet werden, um einen Filmbeschichtungsprozeß zu steuern. Die in 3 gezeigten Prozeßschritte können verwendet werden, um eine Beschickungsrate zu berechnen, die eine Umweltäquivalenz ergibt, die in dem gewünschten Wertebereich liegt.After the desired range of environmental equivalency values has been determined, the range can be used to provide a similar control system to that in FIG 1 realized control system to control one or more parameters, for example, an optimal feed rate. The process steps of 2 can be used to control a film coating process. In the 3 The process steps shown may be used to calculate a feed rate that gives an environmental equivalency that is within the desired range of values.

Steuerung von Fluidbettverarbeitung unter Verwendung von UmweltäquivalenzControl of fluid bed processing using environmental equivalency

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung Verfahren und Systeme zur Steuerung von Fluidbettverarbeitung unter Verwendung von Umweltäquivalenz beinhalten. Ebenso wie bei den anderen hier dargelegten Ausführungsformen der Erfindung sollen die Verfahren und Systeme zur Steuerung von Fluidbettverarbeitung nicht auf die pharmazeutische Industrie beschränkt sein, sondern andere Industrien umfassen, wie beispielsweise Lebensmittel- und Süßwarenverarbeitung, chemische oder petrochemische Prozesse, Umweltschutz, zum Beispiel Naßreinigung, Spritzlackierung, Halbleiterfertigung, Textilherstellung oder irgendeine andere Industrie, die Verdampfungstrocknungsprozesse verwendet. Fluidbettverarbeitung wird verwendet, um Partikel zu granulieren, zu beschichten oder zu agglomerieren. In Fluidbettverarbeitung befindet sich ein Bett eines zu granulierenden oder agglomerierenden Materi als in einer geschlossenen Kammer. Durch Hindurchführen eines erhitzten Gases, beispielsweise Luft, durch eine Verteilerplatte, durch das Bett und in die Kammer wird das Bett "fluidisiert". Wenn Pulver im Material geeignet gemischt und fluidisiert sind, wird eine Flüssigkeit, die andere funktionelle Komponenten enthalten kann oder nicht, über eine typisch oberhalb des Betts angeordnete Sprühdüse hinzugefügt. Für andere Prozesse kann die Düse unterhalb des Betts angeordnet sein. Wenn die gewünschten Granulateigenschaften erzielt sind, wird das Sprühen der Flüssigkeit unterbrochen, aber die Fluidisierung wird aufrechterhalten, bis durch Trocknung der gewünschte Produktfeuchtigkeitsgehalt erzielt worden ist. Während des Sprühprozesses haben die Steuerungen ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der Rate des Hinzufügens und der Rate des Herausnehmens von Flüssigkeit aus dem System zur Folge.According to one another embodiment may The present invention relates to methods and systems for controlling Fluid bed processing using environmental equivalency include. As with the other embodiments set forth herein The invention relates to the methods and systems for controlling Fluid bed processing not limited to the pharmaceutical industry, but other industries, such as food and beverage and confectionery processing, chemical or petrochemical processes, environmental protection, for example Wet cleaning, spray painting, Semiconductor manufacturing, textile manufacturing or any other industry, uses the evaporation drying processes. Fluid bed processing is used to granulate, coat or disperse particles to agglomerate. In fluid bed processing there is a bed a material to be granulated or agglomerated as in one closed chamber. By passing a heated gas, for example, air, through a distributor plate, through the bed and the bed is "fluidized" in the chamber. If powder in the Material is suitably mixed and fluidized, becomes a liquid, which may or may not contain other functional components typically added above the bed arranged spray nozzle. For other processes, the Nozzle below be arranged of the bed. If the desired granular properties are achieved, the spraying the liquid interrupted, but the fluidization is maintained until by drying the desired product moisture content has been achieved. While the spraying process the controllers have a thermodynamic balance between the rate of adding and the rate of taking out liquid from the system Episode.

Während des Trocknens diktiert das Herausnehmen von Flüssigkeit aus den Granulen den Prozeß. Herkömmliche Fluidbettverarbeitung in der pharmazeutischen Industrie und die dabei verwendete Ausstattung ist beschrieben in "Air Suspension Technique of Coating Drug Particles" von Dale E. Wurster, D.E. J. Am. Pharm. Assoc. Sci. Ed. 1959, 48(8), 451–454, und "Preparation of Tablet Granulations by the Air Suspension Technique" von Dale E. Wurster, D.E. J. Am. Pharm. Assoc. Sci. Ed. 1960, 49(2), 82–84, deren Offenbarungen durch Verweis hierin aufgenommen sind.During the Drying dictates the removal of liquid from the granules Process. conventional Fluid bed processing in the pharmaceutical industry and the equipment used is described in "Air Suspension Technique of Coating Drug Particles "by Dale E. Wurster, D.E. J. Am. Pharm. Assoc. Sci. Ed. 1959, 48 (8), 451-454, and "Preparation of Tablet Granulations by the Air Suspension Technique "by Dale E. Wurster, D. E. J. Am. Pharm. Assoc. Sci. Ed. 1960, 49 (2), 82-84, whose Revelations are incorporated herein by reference.

In Fluidverarbeitung sind die zur Steuerung verwendeten typischen Parameter:

  • • Strömungsrate des Fluidisierungsgases (typisch Kubikfuß pro Minute, cfm, oder Kubikmeter pro Stunde, cmh) durch das Produktbett (Fluidisierungsgas);
  • • Taupunkt des Fluidisierungsgases;
  • • Temperatur des Fluidisierungsgases;
  • • Gelöste Feststoffe in der Granulierungsflüssigkeit;
  • • Anwendungsrate der Granulierungsflüssigkeit (Sprührate);
  • • Temperatur des aus der Anlage ausströmenden Fluidisierungsgases (Auslaßgastemperatur); und
  • • Temperatur des Produkts während des Prozesses.
In fluid processing, the typical parameters used for control are:
  • Flow rate of the fluidizing gas (typically cubic feet per minute, cfm, or cubic meters per hour, cmh) through the product bed (fluidizing gas);
  • Dew point of the fluidizing gas;
  • • temperature of the fluidizing gas;
  • • dissolved solids in the granulation fluid;
  • Application rate of the granulation fluid (spray rate);
  • The temperature of the fluidizing gas flowing out of the system (outlet gas temperature); and
  • • Temperature of the product during the process.

Nur durch Kombinieren geeigneter Werte dieser Faktoren können passende Granulate erzeugt werden. Da Thermodynamik den Prozeßablauf bestimmt, kann Umweltäquivalenz verwendet werden, um durch Überwachen der Gasströmungsrate, des Taupunkts, der Temperaturen und der Sprührate und durch Vornehmen der geeigneten Anpassungen, wenn sich einer dieser Parameter während des Prozesses ändert, diesen Prozeß zu gestalten und zu steuern.Only by combining suitable values of these factors can suitable granules be produced. Since thermodynamics determines process flow, environmental equivalency can be used to monitor gas flow rate, dew point, temperatures, and spray rate by making the appropriate adjustments, as any of these parameters change during the process, to design and control that process.

In diesem Prozeß muß die Strömungsrate des Fluidisierungsgases ausreichend sein, um das Bett angemessen zu fluidisieren. Daher ist es notwendig, die Strömungsrate des Fluidisierungsgases zu messen, um einen EE-Wert zu berechnen. Die Strömungsrate des Fluidisierungsgases, der Taupunkt des Fluidisierungsgases, die Temperatur des Fluidisierungsgases und die Sprührate sind mögliche Parameter, die gemessen und geändert werden können, um einen gewünschten EE-Wert oder einen gewünschten Bereich von EE-Werten aufrechtzuerhalten.In In this process, the flow rate of the Fluidizing gas sufficient to the bed adequately fluidize. Therefore, it is necessary to increase the flow rate of the fluidizing gas measure to calculate an EE value. The flow rate of the fluidizing gas, the dew point of the fluidizing gas, the temperature of the fluidizing gas and the spray rate are possible parameters, the measured and changed can be to a desired EE value or a desired Range of EE values.

Bei der Fluidbettverarbeitung kann sich die Methode zum Charakterisieren des gewünschten EE-Werts von derjenigen unterscheiden, die bei Tablettenfilmbeschichtung angewendet wird. Beispielsweise kann bei der Tablettenfilmbeschichtung AQL (akzeptable Qualitätsgrenze) verwendet werden, um eine Produktqualität zu messen und um entsprechend der Produktqualität einen gewünschten Bereich von EE-Werten zu ermitteln. Für Fluidbettgranulation können Partikelgrößenverteilung, Feuchtigkeitsgehalt oder ein Medikamentenfreisetzungsprofil (wenn ein Freisetzungverzögerungsmaterial auf die Pulver angewendet wird) verwendet werden, um die Produktqualität zu messen und einen gewünschten Bereich von EE-Werten zu ermitteln.at Fluid bed processing can become the method of characterization the desired EE value different from those used in tablet film coating is applied. For example, in tablet film coating AQL (acceptable quality limit) used to measure product quality and to match the product quality a desired one Range of EE values. For fluid bed granulation, particle size distribution, Moisture content or a drug release profile (if a release delay material applied to the powder) can be used to measure product quality and a desired area of EE values.

Nachdem ein gewünschter Bereich von Umweltäquivalenzwerten ausgewählt worden ist, wird der Bereich vorzugsweise in eine EE-Rechner/Steuereinheit 106 einprogrammiert, wie mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist. Die Steuerung kann auf eine ähnliche Weise wie die in 2 gezeigte Routine vor sich gehen. Beispielsweise können die Sprührate, die Gasströmungsrate und die Gastemperatur jeweils auf einen Anfangswert eingestellt werden. Der Fluidbettverarbeitungsbetrieb kann dann unter Verwendung der Anfangswerte gestartet werden. Wenn mehr Partikel agglomeriert werden, können neue Werte für die Sprührate berechnet werden und auf den Prozeß angewendet werden, um den gewünschten Bereich von Umweltäquivalenzwerten aufrechtzuerhalten. Alternativ können neue Werte für die Gasströmungsrate und die Temperatur berechnet und angewendet werden, um einen gewünschten Umweltäquivalenzwert aufrechtzuerhalten. Die Sprührate, die Gasströmungsrate oder Gastemperatur können auf die mit Bezug auf 3 beschriebene Weise berechnet werden. Somit können die auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerungssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Produktqualität bei einer Fluidbettverarbeitung von pharmazeutischen Zusammensetzungen in der Arzneimittelproduktionsindustrie oder anderen Industrien aufrechtzuerhalten.After a desired range of environmental equivalency values has been selected, the area preferably becomes an EE calculator / control unit 106 programmed as related to 1 has been described. The controller can work in a similar way as the one in 2 shown routine. For example, the spray rate, the gas flow rate, and the gas temperature may each be set to an initial value. The fluid bed processing operation may then be started using the initial values. As more particles are agglomerated, new values for the spray rate can be calculated and applied to the process to maintain the desired range of environmental equivalency values. Alternatively, new gas flow rate and temperature values may be calculated and applied to maintain a desired environmental equivalency value. The spray rate, gas flow rate or gas temperature can be applied to with reference to 3 be calculated manner described. Thus, the environmental equivalency based control systems of the present invention can be used to maintain product quality in fluid bed processing of pharmaceutical compositions in the drug manufacturing industry or other industries.

Erfassen von fatalen Fehlern unter Verwendung von UmweltäquivalenzCapture fatal errors using environmental equivalency

Gemäß einem anderen Aspekt weist die vorliegende Erfindung eine Routine zum Erfassen von fatalen Fehlern auf. Die Fatalefehler-Erfassungsroutine erfaßt, daß aufgrund eines fatalen Fehlers, beispielsweise einer Gerätestörung oder eines natürlichen Unglücks, ein oder mehrere mit einem Verdampfungstrocknungsprozeß zusammenhängende Prozeßparameter akzeptable Arbeitsbereiche überschreiten. Wenn beispielsweise in einem Filmbeschichtungsprozeß die Pumpe, die der Düse die Prozeßflüssigkeit zuführt, ausfällt, hat sich ein fataler Fehler ereignet und der Prozeß sollte gestoppt werden und/oder eine Bedienungsperson sollte alarmiert werden. Bei herkömmlichen Verdampfungstrocknungsprozessen gab es keinen Mechanismus, der ein automatisches Abschalten eines Prozesses auf der Basis von Umweltäquivalenz erlaubt hat. Folglich benötigten herkömmliche Verdampfungstrocknungsprozesse eine ständige Überwachung durch Techniker, die entscheiden, ob ein fataler Fehler vorliegt. Die vorliegende Erfindung vermindert diese Schwierigkeiten dadurch, daß auf der Basis von Umweltäquivalenz entschieden wird, ob sich ein fataler Fehler ereignet hat.According to one In another aspect, the present invention has a routine for Detecting fatal errors. The fatal error detection routine detected, that due a fatal error, such as a device malfunction or a natural one unhappiness one or more process parameters associated with an evaporation drying process exceed acceptable workspaces. For example, if in a film coating process the pump, the nozzle the process fluid supplies, fails, a fatal error has occurred and the process should be stopped and / or an operator should be alerted. In conventional Evaporation drying processes, there was no mechanism, the one automatic shutdown of a process based on environmental equivalency allowed. Therefore needed conventional Evaporation drying processes a constant monitoring by technicians, who decide if there is a fatal error. The present Invention reduces these difficulties in that on the Basis of environmental equivalency It is decided whether a fatal error has occurred.

4 ist ein Flußdiagramm, das eine beispielhafte Fatalefehler-Erfassungsroutine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 4 gezeigten Schritte können von einer Steuerung, beispielsweise einer programmierbaren Logiksteue rung, einem Computer oder irgendeiner anderen Hardware-Kombination, Software-Kombination oder Kombination aus Hardware und Software, die zur Steuerung eines Verdampfungsprozesses verwendet wird, durchgeführt werden. 4 FIG. 10 is a flow chart showing an exemplary fatal error detection routine according to the present invention. FIG. In the 4 The steps shown may be performed by a controller, such as a programmable logic controller, a computer, or any other hardware combination, software combination, or combination of hardware and software used to control an evaporation process.

In Schritt ST1 berechnet die Fatalefehler-Erfassungsroutine einen EE-Wert auf der Basis von gemessenen Prozeßparametern. Die Prozeßparameter können Sprührate, Taupunkt, Temperatur des Einlaßgases, Strömungsrate des Einlaßgases und prozentualer Feststoffanteil der Lösung/Dispersion sein. Der EE-Wert kann unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichung berechnet werden. In Schritt ST2 vergleicht die Fatalefehler-Erfassungsroutine den EE-Wert mit einem sicheren Arbeitsbereich von EE-Werten. Der sichere Arbeitsbereich kann experimentell auf der Basis der Analyse der Produktqualität oder von früheren Maschinenausfällen ermittelt werden. Der sichere Arbeitsbereich ist vorzugsweise breiter als der Bereich, für welchen EE-Werte gesteuert werden, wie in 3 gezeigt ist. In Schritt ST3 ermittelt die Fatalefehler-Erfassungsroutine, ob der sichere Arbeitsbereich überschritten worden ist. Wenn der berechnete EE-Wert größer als die obere Bereichsgrenze oder kleiner als die untere Bereichsgrenze ist, unternimmt die Fatalefehler-Erfassungsroutine geeignete Maßnahmen für fatale Fehler (Schritt ST4). Beispielsweise kann die Fatalefehler-Erfassungsroutine einen akustischen oder optischen Alarm auslösen und/oder den gerade laufenden Prozeß abschalten. Da die Fatalefehler-Erfassungsroutine auf der Basis von Umweltäquivalenz ein Vorliegen eines fatalen Fehlers erfaßt, können mehrere Prozeßparameter mit reduziertem menschlichen Eingriff gleichzeitig überwacht werden.In step ST1, the fatal error detection routine calculates an EE value based on measured process parameters. The process parameters may be spray rate, dew point, inlet gas temperature, inlet gas flow rate, and percent solids of the solution / dispersion. The EE value can be calculated using the equation described above. In step ST2, the fatal error detection routine compares the EE value with a safe operating range of EE values. The safe work area can be determined experimentally based on product quality analysis or previous machine failures. The safe working area is preferably wider than the area for which EE values are controlled, as in 3 is shown. In step ST3, the fatal error detection routine determines whether the safe work area has been exceeded. If the calculated EE value is greater than the upper range limit or less than the lower range limit, the fatal error detection routine takes appropriate actions for fatal errors (step ST4). For example, the fatal error detection routine may trigger an audible or visual alarm and / or disable the currently running process. Because the fatal error detection fatal error detection routine detects environmental fatality, multiple process parameters can be monitored simultaneously with reduced human intervention.

Manuelle Berechnung von Umweltäquivalenz und/oder Anpassung von SteuerparameternManual calculation of Environmental equivalency and / or Adaptation of control parameters

Obwohl die vorliegende Erfindung vorzugsweise als ein automatisches Steuerungssystem zur Steuerung eines Verdampfungstrocknungsprozesses unter Verwendung von Umweltäquivalenz implementiert ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können in einer alternativen Ausführungsform Prozeßparameter von einem Techniker auf der Basis von Umweltäquivalenz manuell angepaßt werden. Beispielsweise kann ein Techniker ähnliche Schritte wie die in 2 gezeigten durchführen, um Prozeßparameter manuell anzupassen, um einen gewünschten Bereich von Umweltäquivalenzwerten aufrechtzuerhalten. Der Techniker kann über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle Prozeßparameter überwachen. Auf der Basis der Prozeßparameter kann der Techniker den Umweltäquivalenzwert für den Prozeß berechnen. Die Berechnung des Umweltäquivalenzwerts kann manuell oder automatisch durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Techniker unter Verwendung eines Spreadsheets (elektronischen Arbeitsblatts) oder eines anderen zum Berechnen von Umweltäquivalenz geeigneten Computerprogramms, unter Verwendung eines Rechengeräts oder unter Verwendung von Bleistift und Papier den Umweltäquivalenzwert berechnen. Der Techniker kann dann manuell einen oder mehrere Prozeßparameter anpassen, um den Umweltäquivalenzwert innerhalb des gewünschten Bereichs von Umweltäquivalenzwerten zu halten. Entsprechend dem zu überwachenden Prozeß kann der Techniker in regelmäßigen Intervallen Umweltäquivalenz neu berechnen und Prozeßparameter neu anpassen. Jede Kombination aus manueller und automatischer Anpassung von Steuerparametern und Berechnung von Umweltäquivalenz ist innerhalb des Bereichs der Erfindung.Although the present invention is preferably implemented as an automatic control system for controlling an evaporation drying process using environmental equivalency, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, in an alternative embodiment, process parameters may be manually adjusted by a technician based on environmental equivalency. For example, a technician may take steps similar to those in 2 to manually adjust process parameters to maintain a desired range of environmental equivalency values. The technician can monitor process parameters via a man-machine interface. Based on the process parameters, the technician can calculate the environmental equivalency value for the process. The calculation of the environmental equivalency value can be done manually or automatically. For example, the technician may calculate the environmental equivalency value using a spreadsheet (electronic worksheet) or other computer program suitable for calculating environmental equivalency, using a computing device or using pencil and paper. The technician may then manually adjust one or more process parameters to maintain the environmental equivalency value within the desired range of environmental equivalency values. In accordance with the process to be monitored, the technician can recalculate environmental equivalency at regular intervals and readjust process parameters. Any combination of manual and automatic adjustment of control parameters and calculation of environmental equivalency is within the scope of the invention.

Anwendung einer auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerung auf andere IndustrienApplication of an environmental equivalency based control on other industries

Wie oben erwähnt, sind die Verfahren und Systeme zur Steuerung von Verdampfungstrocknungsprozessen unter Verwendung von Umweltäquivalenz nicht auf Arzneimittelproduktionsprozesse beschränkt. Eine Anwendung einer auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerung, wie oben beschrieben, auf irgendeine Industrie, die Verdampfungstrocknungsprozesse aufweist, ist im Bereich der Erfindung. Die folgenden Abschnitte beschreiben andere Industrien, die Verdampfungstrocknungsprozesse aufweisen, und wie Umweltäquivalenz verwendet werden kann, um die Prozeßeffizienz in jeder der Industrien zu erhöhen.As mentioned above, are the methods and systems for controlling evaporation drying processes using environmental equivalency not limited to drug production processes. An application of one environmental equivalency based control, as described above, on any industry, which has evaporation drying processes is in the field of Invention. The following sections describe other industries, have the evaporation drying processes, and how environmental equivalency can be used to process efficiency in any of the industries to increase.

Lebensmittel- und SüßwarenverarbeitungFood- and confectionery processing

Die Lebensmittel- und Süßwarenverarbeitungsindustrien und die pharmazeutische Industrie haben viele Prozesse gemeinsam.The Food and confectionery processing industries and the pharmaceutical industry have many processes in common.

Beispielsweise wird Milchpulver unter Verwendung von Sprühtrocknung erzeugt. Daher können die oben beschriebenen Verfahren und Systeme zur Anwendung einer auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerung auf Sprühtrocknung verwendet werden, um sprühgetrocknete Lebensmittelprodukte, beispielsweise Milchpulver, zu erzeugen.For example Milk powder is produced using spray drying. Therefore, the methods and systems for applying a method described above environmental equivalency based control on spray drying used to be spray dried Produce food products, such as milk powder.

Auch die Süßwarenproduktion, beispielsweise Bonbonherstellung, kann mit der Arzneimittelproduktionsindustrie gemeinsame Prozesse haben. Beispielsweise werden m&m® filmbeschichtet. Die Verfahren und Systeme zur Anwendung einer auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerung, wie vorstehend für Tablettenfilmbeschichtung beschrieben, können daher auf die Süßwarenproduktion angewendet werden.Confectionery production, such as candy manufacturing, may also have common processes with the drug manufacturing industry. For example, m & m ® are film-coated. The methods and systems for applying environmental equivalency based control as described above for tablet film coating can therefore be applied to confectionery production.

Chemische und petrochemische VerarbeitungChemical and petrochemical processing

Synthese- oder Isolierungstechniken, beispielsweise diejenigen, die Extraktionen organischer Lösungsmittel isolieren oder reinigen, verwenden Verdampfungsprozesse, um gewünschte Komponenten zu isolieren. Beispiele für chemische oder petrochemische Produkte, bei welchen Verdampfungsprozesse verwendet werden, umfassen Polymere, Peptide, organische Kohlenwasserstoffe, fossile Brennstoffe, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese Produkte können unter Verwendung eines Systems für fraktionierte Destillation erzeugt werden. Ein System für fraktionierte Destillation weist – in Reihe miteinander verbunden – einen Destillierkolben, eine Fraktionierungssäule, einen Kondensator und einen Sammelbehälter auf. Ein Material, dessen Reinigung gewünscht wird, beispielsweise Rohöl, wird in dem Destillierkolben erhitzt. Das erhitzte Material erzeugt ein Gas. Das Gas steigt die Fraktionsierungssäule empor. Aus der Fraktionsierungssäule tritt das Gas in den Kondensator ein, wo das Material gekühlt wird, um eine Flüssigkeit zu bilden. Ein Teil der Flüssigkeit wird in die Fraktionsierungssäule zurück geführt und die übrige Flüssigkeit wird in einem Sammelbehälter gesammelt. Der Destillationsprozeß kann kontinuierlich oder intermittierend sein. In einem kontinuierlichen Prozeß wird der Destillationskolben kontinuierlich mit zu reinigendem Material beschickt. In einem intermittierenden Prozeß wird Material chargenweise gereinigt.Synthetic or isolation techniques, for example, those that isolate or purify organic solvent extractions, use evaporation processes to isolate desired components. Examples of chemical or petrochemical products that utilize evaporation processes include, but are not limited to, polymers, peptides, organic hydrocarbons, fossil fuels. These products can be produced using a fractional distillation system. A fractional distillation system comprises, in series, a still, a fractionation column, a condenser, and a receiver. A material whose purification is desired, for example crude oil, is heated in the still. The heated material generates a gas. The gas rises up the fractionation column. From the fractionation column, the gas enters the condenser where the material is cooled to form a liquid. Part of the liquid is returned to the fractionating column and the remaining liquid is collected in a collecting tank collected. The distillation process may be continuous or intermittent. In a continuous process, the distillation flask is continuously charged with material to be cleaned. In an intermittent process, material is cleaned batchwise.

Eine auf Umweltäquivalenz basierende Steuerung kann auf ein System für fraktionierte Destillation angewendet werden, um optimale Prozeßparameter, beispielsweise Dampfströmungsrate, Temperatur und Beschickungsrate, zu ermitteln. Beispielsweise kann durch Überwachen der Produktqualität, z.B. durch Messen der Reinheit, ein gewünschter Umweltäquivalenzwert für einen kontinuierlichen Destillationsprozeß experimentell ermittelt werden. Nachdem der gewünschte Umweltäquivalenzwert ermittelt worden ist, kann ein oder können mehrere Prozeßparameter unter Verwendung der oben beschriebenen EE-Rechner/Steuereinheit gesteuert werden, um diesen Wert oder einen vorgegebenen Bereich von Werten aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich ein anderer oder mehrere andere Prozeßparameter ändern.A on environmental equivalency based control can be applied to a system for fractional distillation be applied to optimal process parameters, for example Steam flow rate, Temperature and feed rate to determine. For example, can by monitoring the product quality, e.g. by measuring the purity, a desired environmental equivalency value for one continuous distillation process can be determined experimentally. After the desired Environmental equivalency value can be determined, one or more process parameters using the EE computer / control unit described above be controlled to this value or a predetermined range of values, even if another or change several other process parameters.

Textilien und FolienwarenTextiles and foil goods

Umweltäquivalenz kann verwendet werden, um das Auftragen von Flüssigkeiten oder Suspensionen auf gewebte oder nichtgewebte Textilien oder andere Materialien in einem freien Luftstrom zu steuern. Beispiele für Flüssigkeiten oder Suspensionen, die auf diese Weise aufgetragen werden können, umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE), Flüssigkristalle, einflächiges wasserabweisendes Material. Da diese Prozesse das Sprühen von einem Material auf ein anderes Material in einem freien Luftstrom aufweisen, können diese Prozesse auf ähnliche Weise wie bei einer Tablettenfilmbeschichtung, wie oben beschrieben, gesteuert werden. Somit kann das mit Bezug auf 1 bis 3 beschriebene, auf Umweltäquivalenz basierende Steuersystem auf Textilien- und Folienwaren-Herstellungsprozesse, die Sprühen aufweisen, angewendet werden.Environmental Equivalence can be used to control the application of liquids or suspensions to woven or nonwoven fabrics or other materials in a free air stream. Examples of liquids or suspensions that may be applied in this manner include polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystals, water-repellent single-surface material. Since these processes involve spraying from one material to another material in a free air stream, these processes can be controlled in a manner similar to a tablet film coating as described above. Thus, with reference to 1 to 3 described, based on environmental equivalency control system on textile and sheet goods manufacturing processes that have spray applied.

HalbleiterherstellungSemiconductor manufacturing

Bei der Halbleiterherstellung werden dünne Schichten aus Dielektrikum, beispielsweise SiO2, Si3N4 usw., Polysilizium und metallische Leiter auf einer Waferoberfläche aufgebracht, um Bauelemente und Schaltungen herzustellen. Die zum Aufbringen dieser Schichten verwendeten Techniken sind chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) und physikalische Abscheidung aus der Dampfphase (PVD). Ein Verfahren zum Ausführen einer PVD-Abscheidung ist, das Beschichtungsmaterial in einem Vakuum zu erhitzen, so daß das Beschichtungsmaterial ver dampft. Der Wafer oder das Substrat ist in einem Halter in der Nähe der Quelle des Beschichtungsmaterials angeordnet, um eine Abscheidung der verdampften Partikel auf dem Substrat zu ermöglichen. Ein Umweltäquivalenzwert für PVD kann durch Analysieren der Qualität der fertigen Beschichtung, beispielsweise Dichte oder Gleichmäßigkeit, ermittelt werden. Nachdem ein gewünschter EE-Wert ermittelt worden ist, kann ein oder können mehrere Prozeßparameter gesteuert werden, um den gewünschten EE-Wert oder Bereich von EE-Werten aufrechtzuerhalten. Da die Verdampfungsrate die Menge an Beschichtungsmaterial in der Atmosphäre um das Substrat herum steuert, können beispielsweise die Verdampfungsrate und/oder Expositionszeit geändert werden, um den gewünschten EE-Wert oder Bereich von EE-Werten aufrechtzuerhalten. Die oben beschriebene Rechner/Steuereinheit kann verwendet werden, um den berechneten Umweltäquivalenzwert innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu halten. Die oben beschriebene Steuerparameter-Berechnungsroutine kann verwendet werden, um die gewünschte Verdampfungsrate zu berechnen.In semiconductor fabrication, thin layers of dielectric, such as SiO 2 , Si 3 N 4 , etc., polysilicon and metallic conductors are deposited on a wafer surface to fabricate devices and circuits. The techniques used to apply these layers are chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). One method of performing a PVD deposition is to heat the coating material in a vacuum so that the coating material evaporates. The wafer or substrate is disposed in a holder near the source of the coating material to facilitate deposition of the vaporized particles on the substrate. An environmental equivalency value for PVD can be determined by analyzing the quality of the finished coating, for example density or uniformity. After a desired EE value has been determined, one or more process parameters may be controlled to maintain the desired EE value or range of EE values. For example, because the evaporation rate controls the amount of coating material in the atmosphere around the substrate, the evaporation rate and / or exposure time may be changed to maintain the desired EE value or range of EE values. The calculator / control unit described above may be used to maintain the calculated environmental equivalency value within the predetermined range. The control parameter calculation routine described above may be used to calculate the desired evaporation rate.

Bei einer CVD-Abscheidung werden Schichten auf einem Substrat aufgebracht, wobei reaktive Gase und eine Energiequelle verwendet werden, um eine chemische Gasphasenreaktion zu erzeugen. Die Wachstumsrate des Materials auf der Oberfläche des Substrats kann durch Steuerung der Substrattemperatur gesteuert werden. Ebenso wie bei einer PVD-Abscheidung kann ein gewünschter EE-Wert durch Überwachen der Qualität des fertigen Produkts ermittelt werden. Die oben beschriebene EE-Rechner/Steuereinheit kann verwendet werden, um Werte für die Temperatur und/oder Expositionszeit zu ändern, um einen gewünschten Umweltäquivalenzwert oder Bereich von Umweltäquivalenzwerten aufrechtzuerhalten.at CVD deposition, layers are deposited on a substrate, wherein reactive gases and an energy source are used to form a to generate chemical vapor phase reaction. The growth rate of the material on the surface of the Substrate can be controlled by controlling the substrate temperature become. As with a PVD deposition, a desired EE value by monitoring the quality of the finished product. The EE computer / control unit described above Can be used to provide values for temperature and / or exposure time to change, to a desired Environmental equivalent value or Range of environmental equivalence values maintain.

Lackschichten, photographische Filme und KlebstoffauftragungLacquer layers, photographic Films and adhesive application

Das Aufbringen von Sprühschichten, beispielsweise Lackieren oder Metallisieren, in einem freien Luftstrom beruht auf ähnlichen Prinzipien wie eine Tablettenfilmbeschichtung, wie oben beschrieben. Somit können auf Umweltäquivalenz basierende Systeme verwendet werden, um Prozeßparameter, beispielsweise die Sprührate, auf ähnliche Weise zu steuern, wie vorstehend für Tablettenfilmbeschichtung beschrieben ist. Beispiele für Beschichtungsprozesse, bei welchen Umweltäquivalenz verwendet werden kann, um eine gewünschte Qualität des fertigen Produkts aufrechtzuerhalten, umfassen Lackieren, photographische Filmschichten, Polymer-Beschichtungen und Herstellung von Baumaterialien, beispielsweise Herstellung von Platten aus orientierten Fasern (OSB), sind aber nicht darauf beschränkt.The Application of spray coatings, For example, painting or metallizing, in a free air flow is based on similar Principles such as a tablet film coating as described above. Thus, you can on environmental equivalency based systems are used to process parameters, for example the spray rate, to similar ones To control the manner as above for tablet film coating is described. examples for Coating processes using environmental equivalency can to a desired quality of the finished product include varnishing, photographic Film layers, polymer coatings and manufacture of building materials, for example However, oriented sheets of oriented fibers (OSB) are produced not limited to this.

Umweltanwendungenenvironmental applications

Umweltäquivalenz kann verwendet werden, um das Hineinbringen von Flüssigkeiten in Gasströme zu steuern, um spezielle Kontaminationen zu beseitigen und/oder die Klärung zu erhöhen. Beispiele für Anwendungen einer auf Umweltäquivalenz basierenden Steuerung umfassen Schornsteingasreiniger, Kühltürme, Dampfkesselzuluftstrom, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise wird in Sprüh-Skrubbern eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in einen Turm gesprüht, in welchem sich ein Gas aufwärts bewegt, das die Kontaminationen enthält, deren Beseitigung gewünscht wird. Die Kontaminationen werden durch das Wasser befeuchtet und fallen auf den Boden der Kammer, wo sie beseitigt werden. Ein gewünschter Umweltäquivalenzwert oder Bereich von Werten kann für den Gasreinigungsprozeß durch Messen der Qualität des abgegebenen Produkts, z.B. des Prozentsatzes an Kontaminationen in der aus dem Turm ausströmenden Luft, ermittelt werden. Nachdem ein gewünschter Wert oder Bereich von Werten ermittelt worden ist, kann die Sprührate gesteuert werden, um den gewünschten EE-Wert oder Bereich von EE-Werten auf gleiche Weise, wie oben mit Bezug auf Sprühtrocknung beschrieben, aufrechtzuerhalten.environmental equivalency Can be used to bring in liquids in gas streams to control and / or eliminate special contaminants clarification to increase. examples for Applications of one on environmental equivalency include chimney gas cleaners, cooling towers, steam boiler feed air flow, but are not limited to this. For example, in Spray Scrub a liquid, For example, water, sprayed into a tower, in which a gas up which contains the contaminants whose elimination is desired. The contaminants are moistened by the water and fall to the bottom of the chamber, where they are eliminated. A desired one Environmental equivalent value or Range of values can be for the gas purification process through Measuring the quality of the dispensed product, e.g. the percentage of contaminations in the air flowing out of the tower, be determined. After a desired value or range of Values have been determined, the spray rate can be controlled to the wished EE value or range of EE values in the same way as above with respect to spray-drying described, uphold.

Claims (21)

Verdampfungstrocknungssystem mit einer Rechner-/Steuerungseinheit, die aufweist: (a) eine Einrichtung zum kontinuierlichen Empfangen von gemessenen Werten für die Temperatur des Einlaßgases, den Taupunkt, die Gasströmungsrate und die Sprührate in einem Verdampfungstrocknungsprozeß; (b) eine Einrichtung zum Berechnen eines Umweltäquivalenz-Werts für den Verdampfungstrocknungsprozeß auf der Basis der gemessenen Werte; und (c) eine Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals, um einen oder mehrere mit dem Verdampfungstrocknungsprozeß zusammenhängende Parameter zu ändern, um den Umweltäquivalenz-Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu halten.Evaporation drying system with a computer / control unit, which has: (a) means for continuously receiving measured values for the temperature of the inlet gas, the dew point, the gas flow rate and the spray rate in an evaporation drying process; (b) a device for calculating an environmental equivalency value for the evaporation drying process on the Base of measured values; and (c) an output device a control signal to change one or more parameters related to the evaporation drying process the environmental equivalency value within a given range. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um ein Steuersignal zur Änderung der Sprührate in dem Verdampfungstrocknungsprozeß auszugeben.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device is adapted to output a control signal, to a control signal to change the spray rate in the evaporation drying process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 2, mit einer Einrichtung zum Berechnen eines Sprührate-Werts, um den Umweltäquivalenz-Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu halten.An evaporation drying system according to claim 2, comprising means for calculating a spray rate value by the environmental equivalency value within a given range. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um ein Steuersignal zur Änderung der Temperatur des Einlaßgases in dem Verdampfungstrocknungsprozeß auszugeben.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device is adapted to output a control signal, to a control signal to change the temperature of the inlet gas in the evaporation drying process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um ein Steuersignal zur Änderung der Strömungsrate des Einlaßgases auszugeben.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device is adapted to output a control signal, to a control signal to change the flow rate the inlet gas issue. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um ein Steuersignal zur Änderung des Taupunkts auszugeben.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device is adapted to output a control signal, to a control signal to change of the dew point. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um ein Steuersignal zur Änderung eines prozentualen Lösung/Dispersion-Feststoffanteils eines im Verdampfungstrocknungsprozeß zu versprühenden Materials auszugeben.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device is adapted to output a control signal, to a control signal to change percent solution / dispersion solids to spend a material to be sprayed in the evaporation drying process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum kontinuierlichen Empfangen, die Einrichtung zum Berechnen und die Einrichtung zum Ausgeben eine programmierbare Logiksteuerung (PLC) aufweisen.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device for receiving continuously, the device for calculating and the means for outputting a programmable logic controller (PLC). Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum kontinuierlichen Empfangen, die Einrichtung zum Berechnen und die Einrichtung zum Ausgeben einen Computer aufweisen.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the device for receiving continuously, the device for calculating and the means for outputting comprise a computer. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein wäßriger Filmbeschichtungsprozeß ist und wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um Steuersignale auszugeben, um den Umweltäquivalenz-Wert innerhalb eines Bereichs von ungefähr 3,7 bis nicht mehr als ungefähr 5,2 für den wäßrigen Filmbeschichtungsprozeß zu halten.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process aqueous film coating process is and wherein the means is adapted to output a control signal, to issue control signals to the environmental equivalency value within a Area of about 3.7 to no more than about 5.2 for the aqueous film coating process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein wäßriger Filmbeschichtungsprozeß ist und wobei die Einrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals angepaßt ist, um Steuersignale auszugeben, um einen Umweltäquivalenz-Wert von ungefähr 4,4 für den wäßrigen Filmbeschichtungsprozeß zu halten.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process aqueous film coating process is and wherein the means is adapted to output a control signal, to output control signals to maintain an environmental equivalency value of about 4.4 for the aqueous film coating process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Tablettenfilmbeschichtungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Tablet film coating process is. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Sprühtrocknungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Spray drying process is. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Fluidbett-Granulations- oder Agglomerationsprozeß ist.Evaporation Drying System to An claim 1, wherein the evaporation drying process is a fluid bed granulation or agglomeration process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein pharmazeutischer Fertigungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process is pharmaceutical manufacturing process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Lebensmittel- oder Konfektherstellungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Food or confectionery manufacturing process is. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein chemischer oder petrochemischer Isolierungs- oder Reinigungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process chemical or petrochemical isolation or purification process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Beschichtungsprozeß für Textilien oder Folienwaren ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Coating process for textiles or foil goods. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Abscheidungsprozeß in einem Halbleiter-Fertigungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Deposition process in a semiconductor manufacturing process. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Beschichtungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Coating process is. Verdampfungstrocknungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verdampfungstrocknungsprozeß ein Kontaminationsbeseitigungsprozeß ist.An evaporation drying system according to claim 1, wherein the evaporation drying process Contamination elimination process is.
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