DE60023483T2

DE60023483T2 - Verfahren zur sprühtrocknung und eine anlage dafür sowie teilchenförmiges material hergestellt durch das verfahren

Info

Publication number: DE60023483T2
Application number: DE60023483T
Authority: DE
Inventors: Emil Ove HANSEN
Original assignee: Niro AS; Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: DK1173263T3; JP2002542025A; AU4285500A; WO2000064552A1; ATE307648T1; EP1173263A1; ES2249259T3; EP1173263B1; US6253463B1; DE60023483D1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Sprühtrocknung, die in einer Reihe von Industrien benutzt wird, z.B. in der pharmazeutischen, chemischen, keramischen und pulvermetallurgischen Industrie sowie in der Molkerei- und Lebensmittelindustrie.
Spezifischer ausgedrückt betrifft die Erfindung Verbesserungen im Bereich der Sprühtrocknung, wo ein amorphes Produkt erwünscht ist, was in der pharmazeutischen Industrie häufig der Fall ist, und/oder wo eine hohe Schüttdichte des resultierenden Pulvers erwünscht ist, und/oder wo eine Erhöhung der Produktionskapazität einer Sprühtrocknungsvorrichtung erwünscht ist.
Hintergrund der Erfindung
Über die letzten vielen Jahrzehnten wurden viele verschiedene Sprühtrocknungsverfahren und -Ausrüstungen entwickelt. Ein Standardtextbuch über diese Technologie ist Masters, Keath: Spray Drying Handbook, 5th edition, Longman Scientific & Technical (1991), das als von dieser Beschreibung umgefasst betrachtet werden soll.
Es ist üblich, die Ausgestaltung und den Aufbau des Sprühtrockners sowie die Prozessparameter unter Berücksichtigung der Art des zu trocknenden Produktes und der gewünschten Eigenschaften des Endproduktes, z.B. Agglomeration, Partikelgröße, Dichte usw. zu wählen.
Einige der in dieser Hinsicht bisher überlegten Themen sind die Ausgestaltung der Trockenkammer in Bezug auf deren Form und Abmessungen; die Integration einer Wirbelschicht in den Kammerboden; die Integrati on von Filtern zur Abtrennung des Produktes vom Trockengas; das Auswählen der Art des Verneblers für den Zufuhr – drehbare Vernebler oder Spritzdüsen, Druckdüsen oder Zweistoffdüsen; Art des Gas-Dispergierers; Trockengastemperatur und Geschwindigkeit; Einspeisungssprüh- und Gasströmungsrichtungen; Einspeisungsformulierung und Eigenschaften usw.
Weitere Mittel zur Beeinflussung der Produkteigenschaften umfassen die Einteilung des gesamten Trocknungsverfahrens in zwei oder mehr Stufen, in denen die Temperaturen individuell geregelt werden, die Rückführung von feinen Partikeln sowie die Regelung verschiedener anderer Parameter.
Allerdings, trotz der Tatsache, dass zahlreiche Maßnahmen zur Beeinflussung der Produkteigenschaften somit üblich sind, können gewisse Bereiche der Sprühtrocknungstechnologie immer noch verbessert werden.
Zur Sprühtrocknung einiger Produkte gehört somit die Bildung von großen Vakuolen in den Tröpfchen während ihrer Trocknung, was zum Aufblasen von "ballonartigen" Partikeln mit dünnen Wänden führt, die vor der Beendigung des Trocknungsverfahrens zerbrechen können. Solche Zerbrechung der Partikel führt zu einem staubhaltigen Produkt mit niedriger Dichte, was Nachteile in Bezug auf die Handhabung, den Transport und die Anwendung, z.B. als Arzneimittel, mit sich führt.
Gewisse Arzneimittel werden vorzugsweise in Formulierungen verabreicht, in welchen sie in amorphem Zustand vorkommen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Auflösbarkeitsgrad dieser Arzneimittel höher für die amorphe Form ist als für kristalline Formen davon. Mehrere moderne Arzneimittel weisen in kristalliner Form derartige niedrige Auflösbarkeits grade auf, dass ihre biologische Verfügbarkeit nach der Verabreichung dadurch gehindert wird. Deshalb besteht ein Bedarf an der Bereitstellung solcher Arzneimittel mit einer Struktur, in welcher der amorphe Zustand vorherrschender ist als der in der durch die herkömmlichen Sprühtrocknungsverfahren erzielten Struktur. Die Präferenz von Arzneimitteln in amorpher Form ist u.a. in WO 98/57967 A, US 5,612,367 und US 5,641,745 beschrieben.
Bevorzugt ist vermutlich die amorphe Form in verschiedenen Formen von pharmazeutischen Zubereitungen, die für verschiedene Verabreichungswege vorgesehen sind.
Die Schwierigkeiten beim Erzielen einer vorherrschenden amorphen Struktur bei der Sprühtrocknung gewisser Produkte sind gewissermaßen mit der Bildung von leicht zerbrechlichen Partikeln mit dünnen Wänden verbunden, da die durch die Zerbrechung der dünnen Wände exponierten Oberflächen Kristallisationsprozesse einleiten oder beschleunigen können.
Außer den vorstehend beschriebenen Problemen, die mit dem Erzielen eines Produktes mit niedriger Dichte, das weitgehend aus gebrochenen Partikelwänden besteht, verbunden sind, und den mit der Herstellung eines Pulvers mit einer amorphen Partikelstruktur verbundenen Problemen, besteht ein Problem daran, dass in herkömmlichen Sprühtrocknungsverfahren die Möglichkeit für die Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit und somit der Leistung einer bestimmten Ausrüstung ohne Beeinträchtigung der Wärmewirtschaft und der Produktqualität sehr begrenzt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es hat sich nun ergeben, dass die oben erwähnten Probleme gelöst und weitere Vorteile erreicht werden können, wenn die Sprühtrocknung in einer unter Druck stehenden Atmosphäre von mindestens 1,25 bar absolut durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren der Sprühtrocknung eines flüssigen Mediums enthaltend eine abdampfbare Flüssigkeit, in welcher Material dispergiert ist, das dazu im Stande ist, Partikel zu bilden, wenn das Medium sprühgetrocknet wird, durch Atomisierung des flüssigen Mediums als Tröpfchen in eine Trockenkammer, Aufrechterhaltung von Bedingungen in der Kammer, die die Verdampfung der abdampfbaren Flüssigkeit von den Tröpfchen zur Bildung von Partikeln enthaltend das erwähnte Material verursachen, und Gewinnung der Partikel aus der Kammer, welches Verfahren durch die Aufrechterhaltung eines vorgegebenen oder durch Versuche festgelegten Drucks in der Kammer von mindestens 1,25 bar absolut gekennzeichnet ist.
Das zu sprühtrocknende flüssige Medium umfasst eine abdampfbare Flüssigkeit, in welcher ein als Pulver zu gewinnendes Material dispergiert ist. Das Material kann in der abdampfbaren Flüssigkeit gelöst oder als Feststoffe suspendiert sein, oder es kann als Tröpfchen in der Flüssigkeit emulgiert sein, vorausgesetzt, dass es durch die Sprühtrocknung, gegebenenfalls unter der Beeinflussung von Hilfsstoffen, Partikel bildet.
Der optimalste effektive Druck für ein bestimmtes Trocknungsverfahren ist selbstverständlich von dem zu trocknenden Material und dessen gewünschten Eigenschaften abhängig und wird innerhalb des Bereichs von 1.25 bar bis zum maximalen Druck ausgewählt, für den die Anlage ausgestaltet ist. Der genannte optimale Wert wird entweder auf vorhergehenden Erfahrungen basierend vorgewählt oder durch einfache einleitende Versuche ermittelt, wobei die gleiche Anlage und die gleichen Materialien wie die für die eigentliche Herstellung vorgesehene Anlage und vorgesehenen Materialien eingesetzt werden.
Auf vorliegenden Erfahrungen basierend wird es angenommen, dass der Druck bevorzugt 1,25 bis 75 bar betragen muss, stärker bevorzugt 2 bis 15 bar. Für bestimmte Produkte höchst bevorzugt 5 bis 15 bar, und für andere Produkte stärker bevorzugt 2 bis 10 bar.
Im Hinblick auf u.a. das Aspekt der Erhöhung der Schüttdichte ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Trockenkammer so gewählt oder festgelegt wird, dass die Bildung von kleinen Vakuolen in den Tröpfchen unterdrückt oder reduziert wird, welche Vakuolenbildung sonst zu dünnen, leicht zerbrechlichen Partikelwänden führen könnte. Dadurch wird ein Produkt von höherer Schüttdichte und besserem Fließverhalten erreicht, als wenn in der Trockenkammer nur ein atmosphärischer Druck vorhanden wäre, und, folglich, ein höherer Anteil zerbrochener Partikelwände im Produkt vorkommen würde.
Das Problem der Vakuolenbildung in den Tröpfchen besteht insbesondere dann, wenn die zu sprühtrocknende Lösung oder Suspension schichtbildende und/oder bindende Materialien umfasst, z.B. Polymere, die im Hinblick auf die vorgesehene Anwendung des sprühgetrockneten Materials in pharmazeutischen Zubereitungen zugesetzt werden.
Beispiele für solche schichtbildenden und/oder bindenden Zusatzstoffe umfassen die folgenden Stoffe:
Schichtbildende Polymere (sowohl wasserlösliche als auch unlösliche)

Cellulosederivate
Acrylpolymere und Copolymere
Vinylpolymere und andere hochmolekulare Polymerderivate

Synthetische Polymere

Methylcellulose
Hydroxypropylcellulose
Hydroxypropylmethylcellulose
Ethylcellulose
Celluloseacetat
Polyvinylpyrrolidon
Polyvinylpyrrolidonacetat
Polyvinylacetat
Polyvinylmethacrylate
Ethylen-vinylacetatcopolymer

Materialien zur Verbesserung der Eigenschaften von schichtbildenden polymeren Weichmachern

Phthalsäureester
Triazetin
Dibutylsebacat
Monoglyceride
sZitronensäureester
Polyethylenglycole

Anti-Klebstoffe

Talkum
Metalstearate

Diffusion – Beschleuniger
Diffusion – Abbindeverzögerer
Funktionelle, pH-empfindliche Beschichtungen

Celluloseacetattimellitat (CAT)
Hydroxypropylmethylcellulosephthalat (HPMCP)
Polyvinylacetatphthalat (PVAP)
Celluloseacetatphthalat (CAP)
Hydroxypropylmethylcelluloseacetatsuccinat (HPMCAS)
Carboxymethylethylcellulose (CMEC)
Schellack

Andere funktionelle Beschichtungsmaterialien

Methylmethacrylate oder Copolymere aus Methacrylsäure und Methylmethacrylat
Eudragit-Polymere
Eudragite L, S, "L und S" und LD sind anionische Copolymere aus Methacrylsäure und Methylmethacrylat.

Ein sehr wichtiges Aspekt der Erfindung ist die Herstellung von amorphen Materialien. Das verfahren in dieser Hinsicht ist dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Material in der zu sprühtrocknenden Flüssigkeit mindestens einen Bestandteil umfasst, der bei Umgebungstemperatur, möglicherweise in Gegenwart von einem oder mehreren im Material vorhandenen Hilfsstoffen, sowohl in amorpher als auch in kristalliner Form vorkommen kann, und dass das sprühgetrocknete Produkt den erwähnten Hilfsstoff in einem Zustand umfasst, der eine höhere Amorphheit als die Amorphheit bei der Durchführung des Sprühtrocknungsverfahrens in herkömm licher Weise unter Verwendung eines annäherungsweise atmosphärischen Drucks in der Trockenkammer aufweist.
Die Erfindung ist im Hinblick auf die Ursache dafür, dass sich ein amorpheres Produkt durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichen lässt als durch Sprühtrocknung bei atmosphärischem Druck, von keiner spezifischen Theorie begrenzt. Es wird jedoch angenommen, dass die Tatsache, dass die abdampfbare Flüssigkeit die atomisierten Tröpfchen verlässt, während diese eine höhere Temperatur betragen, der Kristallisation entgegenwirkt, die bei einer niedrigeren Temperatur während des genannten Verlassens der abdampfbaren Flüssigkeit und der daraus resultierenden Erhöhung der Konzentration von gelöster Substanz in den Tröpfchen entstanden wäre. Der Zeitraum von einer Einleitung einer Ausfällung von Feststoff in den Tröpfchen bis zur Verfestigung des gesamten Tröpfchens ist kurz, ermöglicht nur eine geringe Kristallisation, wenn überhaupt, und, im Weiteren, die Viskosität der flüssigen Phase in diesem Zeitraum ist hoch, was auch der Kristallisation entgegenwirkt.
Schließlich wird das Vermeiden von zerbrochenen und abgerissenen dünnen Partikelwänden voraussichtlich eine nachfolgende Bildung und ein Wachstum von Kristallen in den späten Stufen des Trocknungsverfahrens und bei der nachfolgenden Handhabung des Produktes vermindern oder verhindern.
Die Amorpheit der getrockneten Substanz kann erfindungsgemäß durch den Zusatz eines Hilfsstoffes zur zu sprühtrocknenden Lösung oder Suspension weiter erhöht werden, der der Kristallisation der Substanz während der Trocknung entgegenwirkt und in einer Menge zugesetzt werden kann, die höher ist als die maximal zulässige Menge bei Durchführung des Trocknungsverfahrens unter Anwendung eines annäherungsweise atmosphärischen Drucks in der Trockenkammer.
Hilfsstoffe, die den Anteil der amorphen Substanz im sprühgetrockneten Material erhöhen, sind typischerweise solche, die die Bildung von Vakuolen in den Tröpfchen während der Trocknung erhöhen würden und somit zu einer niedrigen Schüttdichte und zu geringerwertigen Pulvereigenschaften wie oben beschrieben führen würden. Die Substanzen können von der gleichen Beschaffenheit sein wie die als schichtbildende Polymere oben gelisteten Substanzen. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen erhöhten Trocknungsdrucks kann der schädlichen Beeinflussung durch die genannten Hilfsstoffe entgegengewirkt werden, und die Hilfsstoffe können folglich in höheren Mengen verwendet werden, als was sonst akzeptabel wäre. Dadurch stellt die Erfindung eine ergänzende Maßnahme zur Erzielung amorpher Produkte bereit.
Die Erfindung erlaubt die Verwendung von Hilfsstoffen in ausreichenden Mengen zur Entgegenwirkung jeglicher Klebrigkeit, die in Bestandteilen des produktbildenden Materials vorhanden ist. Bei herkömmlicher Sprühtrocknung bei 1 bar absolut kann die Verwendung solcher Hilfsstoffe begrenzter sein, da sie zu einer niedrigen, durch hohle und zerbrochene Partikel verursachten Schüttdichte führen können.
Auf Grund der Tatsache, dass ein höherer Druck in der Sprühtrockenkammer aufrechterhalten wird und somit ein höheres Gewicht von Trockengas durch die genannte Kammer bei den gleichen Fließgeschwindigkeiten wie die bei herkömmlicher Sprühtrocknung verwendeten geleitet werden kann, kann die Menge von in der Kammer getrock neter Flüssigkeit auch erhöht werden. Die Diffusionsrate der abgedampften Flüssigkeit in das Trockengas wird durch die Druckerhöhung vermindert. Trotzdem ist es jedoch möglich, die Leistung durch Erhöhung des Drucks in der Trockenkammer zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der in die Trockenkammer atomisierten Lösung oder Suspension höher ist als die maximal zulässige menge bei Durchführung des Trocknungsverfahrens unter Anwendung eines annäherungsweise atmosphärischen Drucks in der Trockenkammer.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die abdampfbare Flüssigkeit ein Fluidum ist, das bei atmosphärischem Druck und bei Umgebungstemperatur ein Gas bilden würde. Bei dieser Ausführungsform muss die Trockenkammer keine eigentliche Kammer sein, weshalb dieser Ausdruck in der vorliegenden Spezifikation und in den Ansprüchen im weitesten Sinne benutzt ist. Bei dieser letzterwähnten Ausführungsform kann der Druck wesentlich höher sein als oben angedeutet, und die Regelung des Drucks kann vorgenommen werden, nicht nur um die Partikelstruktur, sondern auch um die Partikelgröfle zu beeinflussen.
Im weiteren umfasst die Erfindung eine Anlage zur Sprühtrocknung einer Lösung oder Suspension aus mindestens einem Feststoff in einer abdampfbaren Flüssigkeit, umfassend:

eine zum Widerstehen eines höheren Drucks als des atmosphärischen Drucks ausgebildete Trockenkammer;
eine Atomisierungsvorrichtung zur Atomisierung des flüssigen Mediums und zum Einspritzen der daraus resultierenden Tröpfchen in die Trockenkammer;
Mittel zur Einführung eines Trockengases bei einem Druck von mindestens 1,25 bar absolut, um mit den eingespritzten Tröpfchen in Berührung zu kommen; und
Mittel zur Gewinnung der durch die Trocknung gebildeten Partikel und des verwendeten Trockengases aus der Trockenkammer, und stromabwärts der Trockenkammer eine druckstatische Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Drucks von mindestens 1,25 bar absolut.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Anlage sind in den Unteransprüchen 12 bis 14 definiert und sind im Zusammenhang mit den unten stehenden Zeichnungen näher erläutert.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Partikelmaterial, das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt ist und dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens einen Bestandteil umfasst, von dem mindestens ein Anteil eine amorphe Strukur aufweist, wobei dieser Anteil höher ist als beim Erhalten des Materials unter Verwendung von herkömmlicher Sprühtrocknung des gleichen flüssigen Ausgangsmediums bei annäherungsweise atmosphärischem Druck. Wie oben erläutert kann ein hoher Grad von Amorphheit wünschenswert sein, insbesondere in der pharmazeutischen Industrie.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Partikelmaterial, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten ist, und welches weitgehend aus Partikeln mit ungebrochenen Wänden gebildet ist, welches Material eine Schüttdichte aufweist, die höher ist als die durch Verwendung herkömmlicher Sprühtrocknungsverfah ren zur Trocknung des gleichen flüssigen Ausgangsmediums erreichte Schüttdichte. Die Partikeleigenschaften, wie beispielsweise eine hohe Schüttdichte, Partikelform und Fließfähigheit, die durch die Erfindung erreicht werden können, sind auch gewünscht u.a. in den keramischen Industrien sowie in pulvermetallurgischen Industrien. Auch für diese Zwecke können Klebstoffe einen Teil der Partikel darstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage sind im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Hier zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Grundrisses einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage,
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage,
3 eine Abbildung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, wobei das Trockengas in einen geschlossenen Kreislauf geleitet wird,
4 ein kalorimetrisches Diagramm zur Ermittlung der Kristallinität in einer erfindungsgemäß hergestellten Probe,
5 ein kalorimetrisches Diagramm zur Ermittlung der Kristallinität in einer Probe, die der Probe entspricht, die in den der 4 zugrundeliegenden Ermittlungen verwendet wurde, jedoch bei atmosphärischem Druck getrocknet, und
6 ein Diagramm, das die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene, erhöhte Schüttdichte im Vergleich zu herkömmlich getrockneten Produkten zeigt.
In Bezug auf die 1 wird ein Gas, wie beispielsweise Luft, durch einen Kanal 1 in einen Kompressor 2 geleitet, um einen Druck von über 1,25 bar absolut zu erreichen. Der genaue Druck des den Kompressor verlassenden Gases wird mittels einer Druckregelungsvorrichtung, wie beispielsweise eines Ventils 3, geregelt, und das Gas wird anschließend durch einen Erhitzer 4 geführt, bevor es in einen Gas-Dispergierer 5 oberhalb einer Sprühtrockenkammer 6 eingeführt wird.
In der Zeichnung ist die Kammer 6 als eine herkömmliche Kammer mit einem zylindrischen und einem konischen Teil gezeigt, es können jedoch alle die zur Sprühtrocknung bisher vorgeschlagenen verschiedenen Ausführungsformen von Trockenkammern benutzt werden.
Durch einen Kanal 7 wird das zu sprühtrocknende flüssige Medium in eine Atomisierungsvorrichtung 8 eingeführt, die jegliche herkömmliche Ausgestaltung aufweisen kann, z.B. ein drehbarer Vernebler, eine Druckdüse oder eine Zweistoffdüse.
Das durch die Sprühtrocknung gebildete Partikelmaterial verlässt die Trockenkammer 6, indem es in verwendetem Trockengas durch den Kanal 9 hindurch mitgerissen wird, welcher Kanal zu einem Partikelseparator führt, der bei der dargestellten Ausführungsform ein Filter 10 ist. Wahlweise oder zusätzlich kann ein Zyklon verwendet werden.
Vom unteren Teil von 10 werden die aufgefangenen Partikel durch eine luftdichte Schleuse oder einen Ventil 11 gewonnen.
Das verwendete Trockengas, das durch den Filter hindurch gelangt ist, wird in eine Druckregelungsvorrichtung, z.B. ein Ventil 12, geleitet, von wo aus das Gas zur weiteren Verarbeitung oder Entsorgung austritt.
Die beiden Druckregelungsvorrichtungen 3 und 12 sichern die Aufrechterhaltung des erfindungsgemäßen erforderlichen superatmosphärischen Drucks in der Trockenkammer 6. Die Druckregelungsvorrichtungen sind bevorzugt mittels (nicht gezeigter) computerunterstützter Geräte automatisch geregelt.
Die in der 2 dargestellte Ausführungsform ist der in der 1 beschriebenen Ausführungsform ziemlich ähnlich, davon abgesehen, dass der externe Partikelseparator 10 durch in der Trockenkammer 6 integrierte Filterelemente 13 ersetzt ist. Die sich auf den Oberflächen der Filterelemente 13 sammelnden Partikel werden durch Vibrationen oder mittels gegengerichteter Druckluft von den genannten Oberflächen freigegeben und fallen zum Boden der Kammer 6, von wo aus sie durch eine Schleuse oder ein Ventil 14 gewonnen werden.
Die übrigen Bezugszeichen weisen die gleiche Bedeutung wie die im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Bezugszahlen auf.
Bei der in der 3 beschriebenen Ausführungsform wird das Trockengas in einen geschlossenen Kreislauf geleitet. Ein Gebläse 15 sorgt für die erforderliche Lüftung des Systems. Vom genannten Gebläse 15 wird ein Gasstrom durch den Erhitzer 4 hindurch zum Gasdispergierer 5 geleitet. Die Bezugszahlen 6–11 weisen die gleiche Bedeutung wie die im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Bezugszahlen auf.
In diesem geschlossenen Kreislaufsystem, in dem die abdampfbare Flüssigkeit in dem durch 7 eingeleiteten Medium gewonnen wird, ist die Flüssigkeit häufig eine organische Lösung. Bei der Handhabung pharmazeutischer Produkte werden derartige Lösungen typischerweise Alkohole sein, z.B. Methyl-, Ethyl- und Isopropyl-Alkohol, Ketone, z.B Aceton, oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, z.B. Trichlormethan und Methylendichlorid.
Wenn das verwendete Trockengas die Partikelseparatoreinheit 10 verlässt, wird es durch einen Kondensator 16 geleitet, durch welchen auch ein Kühlmedium zykliert wird, wie durch die unterbrochene Linie angedeutet. Die abdampfbare Flüssigkeit, die in 16 kondensiert, wird mittels 17 zur Wiederverwendung aufgefangen.
Um den Druck im Kreislauf auf der gewünschten Höhe über 1,25 bar absolut aufrechtzuerhalten, leitet ein Kompressor 18 Trockengas durch eine Druckregelungsvorrichtung 19 in einen Kanal 20 ein, der Trockengas vom Kondensator 16 in das Gebläse 15 einleitet. Die Druckregelungsvorrichtung 19 wird auch in dieser Ausführungsform vorzugsweise durch ein computerunterstütztes Steuerungssystem geregelt.
Dieses geschlossene Kreislaufsystem ermöglicht es, nicht nur die in der Trockenkammer 6 abgedampften Flüssigkeit wiederzugewinnen, sondern ermöglicht auch die Durchführung des Verfahrens bei verhältnismäßig hohen Drücken mit einem nur moderaten Energieverbrauch, indem die Funktion des Kompressors 18 lediglich ist, aus dem System ausgeflossenes Gas, z.B. im Zusammenhang mit der Gewinnung des Partikelproduktes, zu ersetzen.
Die in den 4 und 5 dargestellten kalorimetrischen Diagramme beziehen sich auf Produktproben, die aus demselben flüssigen Ausgangsmedium und in der selben Ausrüstung hergestellt sind, jedoch unter Verwendung verschiedener Trocknungsdrücke. Das flüssige Medium wurde durch das Mischen von 5 Gew.-% Paracetamol, 70 Gew.-% Maltodextrin 19–15 (Cerestar) und 25 Gew.-% Hydroxyethylcellulose sowie durch Auflösen der Mischung in Wasser zur Erzielung eines Mediums enthaltend insgesamt 6,67 Gew.-% Feststoffe hergestellt.
Die Proben wurden mittels einer Anlage wie die in der 2 gezeigte Anlage durch Trocknung des genannten Mediums unter Verwendung einer Trockengaseinlasstemperatur von 145°C und einer Gasauslasstemperatur von 105°C hergestellt.
Die Diagramme zeigen das Verhältnis zwischen der Temperaturerhöhung und des Wärmeflusses.
Das Vorhandensein von kristallinen Substanzen in den Proben ist in den Diagrammen durch einen Peak wiedergegeben, der eine durch den Wärmeverbrauch für das Schmelzen der Kristalle verursachte Erhöhung des Wärmeflusses andeutet.
Die 4, die sich auf die bei 2 bar absolut getrocknete Probe bezieht, weist wegen des Mangels an kristallinem Material keinen Peak auf, und daraus lässt sich somit schließen, dass das darin enthaltene Paracetamol im amorphen Zustand vorkommt.
Im Gegensatz dazu zeigt die 5 einen Peak bei 149,51°C, was im Vergleich zu Referenzanalysen von reinem Paracetamol andeutet, dass nur 55% des Paracetamols im amorphen Zustand vorkommt.
Mikroskopische Untersuchungen der beiden sprühgetrockneten Produkte bestätigten, dass Kristalle, während sie in dem bei 1 bar getrockneten Produkt vorhan den waren, im erfindungsgemäß getrockneten Produkt abwesend waren.
Eine Erhöhung des Drucks im Trockenkammer auf 2 bar absolut weist somit eine erhebliche und dramatische Einwirkung auf die Struktur des resultierenden Produktes auf.
Das die 6 bildende Schema basiert auf Bestimmungen von Schüttdichte sowie Proben mit unterschiedlichen Dichten und enthaltend Substanzen, die aus der Gruppe von Paracetamol, Maltodextrin, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylpropylcellulose und Mischungen davon ausgewählt sind.
Wie aus dem Schema hervorgeht, ist die Schüttdichte der bei 2 bar sprühgetrockneten Produkte höher als die Schüttdichte beim Durchführen der Sprühtrocknung bei 1 bar, und das gilt für die große Auswahl der von den Tests gedeckten Schüttdichten.
Wären die Schüttdichten vom Sprühtrocknungsdruck unabhängig gewesen, würde die Kurve so aussehen, wie die unterbrochene Linie andeutet. Der Abstand zwischen den beiden, beinahe parallelen Linien gibt die die Schüttdichte erhöhende Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die nachfolgenden, unbeschränkenden Beispiele Bezug genommen.
Beispiele
Die untenstehenden Tests wurden bei der Verwendung von Geräten durchgeführt, die der in der 2 abgebildeten Ausrüstung ähnlich sind, d.h. die Trockenkammer war mit integriertem Filter versehen. Der Ver nebler war eine Zweistoffdüse. Bei jedem Test wurde der Sprühtrockner 1–1½ h lang betrieben.
Test 1 und 2
Ein Maltodextrin der Art 19-15 von Cerestar wurde zur Herstellung einer wässrigen Speisung von 20% trockenen Feststoffen aufgelöst/suspendiert. Beim Test 1 wurde eine Menge bei einem Kammerdruck von 1 bar absolut sprühgetrocknet. Beim Test 2 wurde eine Menge bei einem Kammerdruck von 2 bar absolut sprühgetrocknet.
Der in der Zweistoffdüse verwendete Druck des atomisierenden Gases betrug 3 bar absolut.
Die Ergebnisse waren wie folgt:
Das bei den obigen Tests verwendete Produkt weist keine ausgeprägte "Ballon-wirkung" auf. Nichtsdestoweniger ist die bei einem Kammerdruck von 2 bar absolut erhaltene Schüttdichte des Produktes um 15% höher als die Schüttdichte des bei einem Kammerdruck von 1 bar absolut hergestellten Produktes.
Tests 3 und 4
Ein Maltodextrin der Art 19–15, Cerestar, wurde zur Herstellung einer wässrigen Speisung enthaltend 20% trockene Feststoffe aufgelöst/suspendiert. Der genannten Speisung wurde 8% Hydroxypropylmethylcellulose zugesetzt.
Beim Test 3 wurde eine Menge dieser Speisung bei einem Kammerdruck von 1 bar absolut sprühgetrocknet, während der Test 4 unter Verwendung eines Kammerdrucks von 2 bar absolut durchgeführt wurde.
Auch bei diesen Tests betrug der Druck des in der Zweistoffdüse verwendeten Gases 3 bar absolut.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Bei diesen Tests, bei denen der Speisung ein Klebmittel zugesetzt wurde, wie in praktischen Trocknungsverfahren häufig der Fall ist, ist die "Ballon-Wirkung" deutlicher, und es ergibt sich somit, das die Schüttdichte des Produktes bei einem Kammerdruck von 2 bar absolut um etwa 61% höher ist als die Schüttdichte des bei einem Kammerdruck von 1 bar absolut hergestellten Produktes.
Die obigen Tests erweisen, dass die die Schüttdichte verbessernde Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich und ausgeprägt ist, insbesondere wenn die zu sprühtrocknende Flüssigkeit Bestandteile enthält, die dazu neigen, im Trocknungsverfahren ballonartige Partikel zu bilden.

Claims

Verfahren zur Sprühtrocknung eines flüssigen Mediums, umfassend eine abdampfbare Flüssigkeit, in welcher Material dispergiert wird, das dazu im Stande ist, Partikel zu bilden, wenn das Medium sprühgetrocknet wird, durch Atomisierung des flüssigen Mediums als Tröpfchen in eine Trockenkammer, Aufrechterhaltung von Bedingungen in der Kammer, die die Verdampfung der abdampfbaren Flüssigkeit von den Tröpfchen zur Bildung von Partikeln verursachen, welche Partikel das erwähnte Material beinhalten, und Gewinnung der Partikel aus der Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer bei einem vorgewählten oder durch Versuche festgelegten Druck von mindestens 1,25 bar absolut gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck 1,5 bis 75 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck 2 bis 15 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck 5 bis 15 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck 2 bis 10 bar beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Trockenkammer so gewählt oder festgelegt wird, dass die Bildung von kleinen Vakuolen in den Tröpfchen unterdrückt oder reduziert wird, welche Vakuolenbildung zu dünnen, leicht zerbrechlichen Parti kelwänden führen würde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Material mindestens einen Bestandteil umfasst, der bei Umgebungstemperatur, möglicherweise in Gegenwart von einem oder mehreren im Material vorhandenen Hilfsstoffen, sowohl in amorpher als auch in kristalliner Form vorkommen kann.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Amorphheit des Materials durch den Zusatz eines Hilfsstoffes zu dem zu sprühtrocknenden flüssigen Medium weiter erhöht wird, welcher Hilfsstoff der Kristallisierung des Bestandteils während des Trocknens entgegenwirkt und in einer Menge zugesetzt wird, die höher ist als die maximal zulässige Menge bei Durchführung des Trocknungsverfahrens unter Anwendung eines annäherungsweise atmosphärischen Drucks in der Trockenkammer.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des in die Trockenkammer atomisierten flüssigen Mediums höher ist als die maximal zulässige Menge bei Durchführung des Trocknungsverfahrens unter Anwendung eines annäherungsweise atmosphärischen Drucks in der Trockenkammer.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abdampfbare Flüssigkeit ein Fluidum ist, das bei atmosphärischem Druck und bei Umgebungstemperatur ein Gas bilden würde.
Anlage zur Sprühtrocknung eines flüssigen Mediums, umfassend eine abdampfbare Flüssigkeit, in welcher ein Material dispergiert wird, das dazu im Stande ist, Partikel zu bilden, wenn das Medium sprühgetrocknet wird, umfassend: eine zum Widerstehen eines Drucks höher als der atmosphärische Druck ausgebildete Trockenkammer (6); eine Atomisierungsvorrichtung (8) zur Atomisierung des flüssigen Mediums und zum Einspritzen der daraus resultierenden Tröpfchen in die Trockenkammer; Mittel (1, 2, 3, 5) zur Einführung eines Trockengases bei einem Druck von mindestens 1,25 bar absolut, um mit den eingespritzten Tröpfchen in Berührung zu kommen; Mittel (9, 14) zur Gewinnung der durch das Trocknen gebildeten Partikel und des verwendeten Trockengases aus der Trockenkammer; und eine der Trockenkammer nachgeordnete druckstatische Vorrichtung (12) zur Aufrechterhaltung eines Drucks von mindestens 1,25 bar absolut.
Anlage nach Anspruch 11, wobei: das Mittel zur Einführung eines Trockengases einen Kompressor (2) umfasst; das Mittel zur Zurückziehung der Partikel und des Trockengases aus der Kammer einen oder mehrere Auslässe für die Partikel und das Gas umfasst; eine Partikel-Auffangeinheit (10) mit mindestens einem der Auslässe verbunden ist; und in der Auffangeinheit eine Schleuse (11) zur gasdichten Gewinnung von aus der Einheit aufgefangenen Partikeln angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 11, die ein in der Trockenkammer angeordnetes, internes Filter (13) aufweist, und in welcher Anlage das Mittel zur Zurückziehung von Partikeln und verwendetem Trockengas aus der Kammer eine Schleuse (14) zur Partikelentnahme im Boden der Kammer sowie einen vom internen Filter mit einer druckstatischen Vorrichtung verbundenen Auslass (12) umfasst.
Anlage nach Anspruch 11, umfassend Elemente, die zusammen mit der Trockenkammer einen geschlossenen Kreislauf für Trockengas bilden, welche Elemente umfassen: einen Kompressor (18) zur Aufrechterhaltung des gewünschten Drucks von über 1,25 bar absolut im genannten Kreislauf; mindestens ein Gebläse (15) zur Erzeugung der gewünschten Gasströmung durch den Kreislauf; einen Erhitzer (4) für das Trockengas; Mittel (10) zum Auffangen von Partikeln aus verwendetem Trockengas innerhalb oder außerhalb der Trockenkammer; und einen Kondensator (16) zur Wiedergewinnung von in der Trockenkammer (6) abgedampfter Flüssigkeit aus dem die Auffangeinheit (10) verlassenden Gas, bevor dieses Gas zum Erhitzer (4) rezykliert wird.