JP5819797B2 - 連続混練造粒乾燥システム - Google Patents

Description

本発明は、乾燥粉体原料と結合剤溶液を連続的に混合、造粒、乾燥して粒度分布の狭い成形用顆粒を製造する連続混練造粒乾燥システムに関する。

近年、医薬品分野では更なる生産性向上のため連続プロセスが注目されるようになっている。しかし、現在、採用されているプロセスはバッチ式が主流であり、造粒においてもバッチ式の攪拌造粒機や流動層造粒機が大半である。

連続式造粒機には一般に噴霧乾燥機、圧縮造粒機、転動造粒機、押出造粒機などがあるが、乾燥粉体原料を造粒するにはそれぞれ各種課題を有している。たとえば、噴霧乾燥機では原料をわざわざスラリーとしなければならない、圧縮造粒機では未造粒の微粉体が多く残りリサイクルを行わなければならない、転動造粒機では処理時間に合わせた長さの円筒容器を必要とする、押出造粒機では成形用としては硬度が高過ぎる顆粒が得られる、であり、現状の連続式造粒機で上記要望に応えるには限界がある。

そこで二軸同方向回転エクストルーダを利用した造粒機が新たに考案されている（特許文献１参照）。しかし、この造粒機では乾燥粉体原料と結合剤溶液を供給することにより比較的容易に不定形な顆粒が連続的に得られるものの、得られる顆粒の粒度分布は２５０〜１０００μｍと広く、安定した品質の成形体を製造するためには顆粒の粒度分布をより狭くする必要がある。

粒度分布の狭い顆粒を得るためには前押出式スクリュー型押出し造粒機（特許文献２参照）を利用することが最適である。しかし、送りスクリューと押出羽根を同軸中に配置し、平行した二軸を異方向に回転させ、送りスクリューにより湿潤粉体原料を加圧して強制的に球面状ダイ内部に送り込み、送り込まれた原料を押出羽根により球面状ダイから押し出して顆粒を得る機構であり、上述のように得られる顆粒の硬度は高く、成形用としては不向きである。さらに造粒のみの単機能機械であるため乾燥粉体原料と結合剤溶液を混合して湿潤粉体原料を調製するために別の工程が必要であり、生産性を向上させるには限界がある。

そこで本発明者は連続混練造粒機（特許文献３参照）を考案した。しかし、この考案は混合操作と造粒操作を連続的に行い、湿潤顆粒を得るものであり、混合操作から造粒操作を経て湿潤顆粒を乾燥して乾燥顆粒を得る操作迄の一連の操作を連続化するには至っていなかった。

一方、上記二軸同方向回転エクストルーダを利用した造粒機においては半連続式流動層乾燥機と組み合わせた装置（特許文献４）が考案されている。しかし、この装置は、粒度分布が広く、乾燥時間を十分に取る必要があるためと考えられるが、半連続式としたため構造が複雑で長時間の連続運転には不向であると考えられる。また、完全な連続式とは言い難いものである。

米国特許ＵＳ８２３１３７５Ｂ２ 特許１９０１１４４号公報 特開２０１２−１２５７５ 米国特許ＵＳ７９０８７６５Ｂ２

そこで本発明の目的は、乾燥粉体原料と結合剤溶液を連続的に混合、造粒、乾燥して粒度分布の狭い成形用顆粒を製造することができ、生産性の向上を図ることができる連続混練造粒乾燥システムを提供することにある。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、押出造粒により得られた顆粒は粒度分布が狭いため気流中で均一に乾燥することができることを見出した。特に小さな粒径の顆粒である成形用顆粒では数秒程度の短時間で、すなわち比較的短い乾燥管を有する気流乾燥機で乾燥することができ、連続混練造粒乾燥システムをコンパクトにすることができることを見出した。

ここで乾燥粉体原料と結合剤溶液の混合には連続混練機、特に水平に配置したエクストルーダ形混練機を使用することができる。

また、造粒には押出造粒機、特に垂直に配置したドーム形一軸押出造粒機を使用することができる。

より具体的には特許文献３に記載の連続混練押出造粒機と気流乾燥機を直接接続してシステム化を図ることにより、乾燥粉体原料と結合剤溶液を連続混練押出造粒機に連続的に供給して混合、造粒を行い、得られた湿潤顆粒を気流乾燥機で乾燥して乾燥顆粒を得る迄の一連の操作を完全に連続化することができる。

気流乾燥機は乾燥管、押出造粒機から排出された湿潤顆粒を前記乾燥管に供給するための湿潤顆粒供給ホッパ、顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置、および乾燥顆粒と気流の分離装置で構成されている。さらに前記分離装置にはサイクロン、バグフィルタまたはこれらの組み合わせを使用することができる。

また、前記押出造粒機の押出ダイの乾燥による目詰まりを防止するため前記湿潤顆粒供給ホッパ内でのガスの移動を可能な限り抑制する必要がある。そこで前記湿潤顆粒供給ホッパ内を常時大気圧に制御するため前記湿潤顆粒供給ホッパ内に圧力センサを設置し、さらに前記分離装置の後段に吸引ブロアを設置して前記湿潤顆粒供給ホッパ内の圧力制御をすることができるようにした。

さらに前記分離装置内のガスは多湿になっており、温度の低下により乾燥顆粒に水分が戻る可能性がある。そこで分離時の顆粒の搬送および乾燥用ガス流の温度を上昇させ、相対湿度を低下させるため前記乾燥管に加熱ガスを吹き込む二次吹込孔、顆粒の搬送および乾燥用ガス流を加熱するヒータまたはこれらの組み合わせを設置し、その後段に温度センサを設置して前記分離装置内の相対湿度制御を行うことができるようにした。

またさらに前記湿潤顆粒の前記乾燥管内での滞留時間を長くするため前記乾燥管中にらせん状の平板を挿入し、ガス流をらせん流とすることができるようにした。らせん流はさらに顆粒を整粒する効果も期待することができ、この場合には前記顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置からのガスの温度は常温として前記湿潤顆粒の乾燥を抑制し、新たに前記らせん状平板の後段に乾燥用の加熱ガスの吹込孔を設置して前記湿潤顆粒の乾燥を開始させることができる。

本発明のシステムは、乾燥粉体原料と結合剤溶液を供給して連続的に粒度分布の狭い、乾燥した成形用顆粒を製造することを特徴とする連続混練造粒乾燥システムである。また、連続式であるため生産規模を運転時間により柔軟に変更することができ、生産性を向上させることができることを特徴とする連続混練造粒乾燥システムである。

本発明による連続混練造粒乾燥システムの実施例を示すフロー図 本発明による連続混練造粒乾燥システム中の連続混練押出造粒機の実施例を示す詳細図

次に本発明の連続混練造粒乾燥システムの実施例を、図面を参照して説明する。

図１に示すように本発明の連続混練造粒乾燥システムは混練機１、押出造粒機２、気流乾燥機３で構成されている。さらに図２に示すように混練機１は混練ケース１０１、混練スクリュー１０２、搬送スクリュー１０３で構成されており、押出造粒機２は造粒ケース２０１、押出スクリュー２０２、押出羽根２０３、押出ダイ２０４、湿潤顆粒供給ホッパ接続管２０５で構成されている。また、気流乾燥機３は乾燥管８、湿潤顆粒供給ホッパ９、顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置１１、乾燥顆粒とガスの分離装置１２、吸引ブロア１３で構成されている。

混練ケース１０１に設けられた乾燥粉体原料供給孔４と結合剤溶液供給孔５からそれぞれ供給された乾燥粉体原料と結合剤溶液は混練ケース１０１内で混練スクリュー１０２により混合され、混練物となって混練物排出孔６から排出されるようになっている。さらに混練物排出孔６から造粒ケース２０１に設けられた混練物供給孔７へ供給された混練物は押出羽根２０３により押出ダイ２０４から押出されるようになっている。押出ダイ２０４には多数の小孔が明けられており、混錬物を湿潤顆粒１９とすることができる。

押出ダイ２０４から押出された湿潤顆粒１９は気流乾燥機３の湿潤顆粒供給ホッパ９に落下し、顆粒の搬送および乾燥用ガスにより乾燥管８内を移動して分離装置１２でガスと分離され、分離装置１２の下部に取り付けられた乾燥顆粒排出装置１８を介して乾燥顆粒２０として取り出される。また、ガスは分離装置１２の上部に取り付けられた吸引ブロア１３を介して排気される。

湿潤顆粒供給ホッパ９に取り付けられた圧力コントローラＰＩＣにより顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置１１と吸引ブロア１３の流量を制御することにより湿潤顆粒供給ホッパ９内の圧力を大気圧とすることができる。また、湿潤顆粒供給ホッパ９付近の乾燥管８内にらせん状平板１６を設置することにより湿潤顆粒１９の滞留時間を長くすることができる。さらにらせん状平板１６の後段の乾燥管８に加熱ガス吹込孔１７を設置し、顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置１１から常温のガスを供給して加熱ガス吹込孔１７から高温ガスを供給することによりらせん状平板１６の部分で湿潤顆粒１９を整粒することができる。

また、分離装置１２付近の乾燥管８に加熱ヒータ１４、加熱ガス二次吹込孔１５、温度コントローラＴＩＣを設置して顆粒の搬送および乾燥用ガスを再加熱することにより分離装置１２内の相対湿度を低下させることができ、乾燥顆粒２０への水分の戻りを低減することができる。

次に本発明の連続混練造粒乾燥システムの効果を実施例に基づいて説明する。

（実験）
本発明の連続混練造粒乾燥システムを使用して乾燥粉体原料と結合剤溶液を混合、造粒、乾燥し、乾燥顆粒２０を得た。総運転時間は約２時間である。

乾燥粉体原料にはアセトアミノフェン質量５３％、マンニトール質量４６％、ヒドロキシプロピルセルロース−Ｌタイプ質量１％の混合粉体を使用し、供給量は１ｋｇ／ｈとした。結合剤溶液には水を使用し、混合粉体の質量に対して１８質量％となる量を供給した。

混練機１にはスクリュー径が２３ｍｍの二軸同方向回転エクストルーダを使用した。混練スクリュー１０２には厚さ５ｍｍの平板スクリュー５枚を４５°ずつ、ずらして配置したものを結合剤溶液供給孔５の直後に挿入した。また、混練スクリュー１０２の回転数は１７０ｒｐｍとした。

押出造粒機２には押出ダイ径が５６ｍｍのドーム形一軸押出造粒機を使用した。押出ダイ２０４には孔径０．２ｍｍ、開孔率３０％のものを使用した。また、押出羽根２０３の回転数は１００ｒｐｍとした。

気流乾燥機３の乾燥管８には内径３０ｍｍ、長さ約５ｍの樹脂製ホースを直径３００ｍｍでらせん状に巻いたものを使用した。また、ピッチ約５０ｍｍ、長さ約４００ｍｍのらせん状平板１６を乾燥管８内に挿入した。

顆粒の搬送および乾燥用ガスには流量１００ＮＬ／ｍｉｎ、温度１２０℃の空気を使用し、湿潤顆粒供給ホッパ９内の圧力を吸引ブロア１３の回転数を調節して大気圧となるようにした。

気流乾燥機３の分離機１２には塔径、高さともに約３００ｍｍ、フィルタ面積約０．１ｍ^２のバグフィルタを使用し、分離された乾燥顆粒２０はその下部に堆積させた。排気ガスの温度は約４５℃であった。

回収した乾燥顆粒２０の水分を乾燥減量法により測定した。その結果、湿量基準の水分値は１．２％となり、従来、バッチ式で求められている水分値と同等にすることができ、本発明の効果を確認することができた。また、本発明の連続混練造粒乾燥システムは乾燥粉体原料から連続的に乾燥顆粒を得ることができ、生産性の向上を図ることができる。

１ 混練機
２ 押出造粒機
３ 気流乾燥機
４ 乾燥粉体原料供給孔
５ 結合剤溶液供給孔
６ 混練物排出孔
７ 混練物供給孔
８ 乾燥管
９ 湿潤顆粒供給ホッパ
１０ フィルタ
１１ 顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置
１２ 分離装置
１３ 吸引ブロア
１４ 加熱ヒータ
１５ 加熱ガス二次吹込孔
１６ らせん状平板
１７ 加熱ガス吹込孔
１８ 乾燥顆粒排出装置
１９ 湿潤顆粒
２０ 乾燥顆粒
２１ ガス排気
１０１ 混練ケース
１０２ 混練スクリュー
１０３ 搬送スクリュー
２０１ 造粒ケース
２０２ 押出スクリュー
２０３ 押出羽根
２０４ 押出ダイ
２０５ 湿潤顆粒供給ホッパ接続管
ＰＩＣ 圧力コントローラ
ＴＩＣ 温度コントローラ
ＧＭ ギヤードモータ

Claims (8)

1. 乾燥粉体原料供給孔、結合剤溶液供給孔、および混練物排出孔を有し、乾燥粉体原料と結合剤溶液を連続で混合する混練機と、
   混練物供給孔、押出羽根、および押出ダイを有し、混練物を連続で湿潤顆粒とする押出造粒機と、
   乾燥管、前記押出造粒機から排出された前記湿潤顆粒を前記乾燥管に供給するための湿潤顆粒供給ホッパ、らせん状の平板、顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置、加熱ガス吹込孔および乾燥顆粒とガスの分離装置を有し、湿潤顆粒を連続で乾燥する気流乾燥機とで構成され、
   前記混練物排出孔と前記混練物供給孔、前記押出ダイと前記湿潤顆粒供給ホッパをそれぞれ直接接続してなり、
   前記気流乾燥機は、
   ガス流をらせん流として前記湿潤顆粒の滞留時間を長くするため前記湿潤顆粒供給ホッパ付近の前記乾燥管内に前記らせん状の平板を設置し、
   前記らせん状の平板の後段の前記乾燥管に前記加熱ガス吹込孔を設置すると共に、
   前記顆粒の搬送および乾燥用ガス供給装置から前記乾燥管内の前記らせん状の平板にガスを供給して前記加熱ガス吹込孔から前記乾燥管内に高温ガスを供給することにより、前記湿潤顆粒を乾燥する
   ことを特徴とする連続混練造粒乾燥システム。
2. 前記混練機が水平二軸混練機であることを特徴とする請求項１に記載の連続混練造粒乾燥システム。
3. 前記水平二軸混練機がエクストルーダ形混練機であることを特徴とする請求項２に記載の連続混練造粒乾燥システム。
4. 前記押出造粒機が垂直一軸押出造粒機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の連続混練造粒乾燥システム。
5. 前記垂直一軸押出造粒機がドーム形一軸押出造粒機であることを特徴とする請求項４に記載の連続混練造粒乾燥システム。
6. 前記気流乾燥機の前記分離装置はサイクロン、バグフィルタまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の連続混練造粒乾燥システム。
7. 前記気流乾燥機は、前記湿潤顆粒供給ホッパ内の圧力を大気圧とするため前記湿潤顆粒供給ホッパ内に圧力センサを設け、前記分離装置の後段に吸引ブロアを設けて前記湿潤顆粒供給ホッパ内の圧力制御を行えるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の連続混練造粒乾燥システム。
8. 前記気流乾燥機は、前記分離装置内のガスの相対湿度を低下させるため前記乾燥管に加熱ガスを吹き込む二次吹込孔、ガス流を加熱するヒータまたはこれらの組み合わせを設け、その後段に温度センサを設けて前記分離装置内の相対湿度制御を行えるようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の連続混練造粒乾燥システム。

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