DE60021587T2 - SYSTEM FOR CONTROLLING EVAPORATIVE DRYING PROCESSES USING ENVIRONMENTAL EQUIVALENCE - Google Patents
SYSTEM FOR CONTROLLING EVAPORATIVE DRYING PROCESSES USING ENVIRONMENTAL EQUIVALENCE Download PDFInfo
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Abstract
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:
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:
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention
Ein Überwachungs-
und Steuerungssystem
Eine
EE-Rechner/Steuereinheit
In
Schritt ST3 empfängt
die EE-Rechner/Steuereinheit
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
Nach Änderung
des oder der Prozeßparameterwerte
kehrt die EE-Rechner/Steuereinheit
Steuerparameter-BerechnungsroutineControl parameter calculation routine
Die
in
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
Die
in
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.
- • 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.
- • 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
Nachdem
der gewünschte
Bereich von Umweltäquivalenzwerten
ermittelt worden ist, kann der Bereich verwendet werden, um ein ähnliches
Steuersystem wie das in
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.
- 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
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.
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
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
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
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.
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