WO2024121193A1 - Verfahren zur steuerung eines kontinuierlichen granulier- und trocknungsprozesses sowie anlage und system hiefür - Google Patents
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Classifications
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-
- G—PHYSICS
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-
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- A61K9/1682—Processes
Definitions
- the present invention relates to a method for controlling a plant and a plant according to the preamble of claim 14 and a system with the plant.
- the background of the present invention is primarily the production of drug dosage forms, in particular tablets, capsules or granules.
- the invention can also be used in other technical fields, in particular when a formulation with a predetermined or predeterminable attribute relating to particles of the formulation, such as a predetermined particle size distribution and/or moisture, is to be produced. This is the case, for example, when the formulation is to be tabletted, which is particularly preferred in the pharmaceutical field, but is also possible in principle in connection with cleaning agents, foodstuffs or the like.
- the present invention relates in particular to a method and a plant for the preferably continuous production of a formulation from a feedstock.
- the plant is very particularly preferably controlled with a method according to the proposal or the plant is designed such that a formulation of a predetermined or predeterminable property relating to the particles of the formulation, such as homogeneity or particle distribution, and preferably a predetermined or predeterminable (relative) humidity is produced from the feedstock.
- the combination of a granulator and a dryer has proven to be advantageous for producing the formulation from the feedstock.
- the granulator can first be used to produce an intermediate product (granulate) with a specified or predeterminable particle distribution, while the intermediate product can then be conditioned to a specified or predeterminable (relative) humidity using the dryer.
- Fluid bed granulators are generally known. In the solution disclosed therein, a specific particle distribution and conditioning with regard to relative humidity are achieved in the same step. However, solutions based on fluid bed granulators have disadvantages with regard to the reliable generation of an exact particle size distribution and humidity and are also only suitable for certain feedstocks.
- Combinations of a granulator and a dryer are also known in principle, initially in batch operation.
- a batch process a batch of the raw material is subjected to a first production step and then the entire batch is subjected to another, second production step before the result, i.e. the formulation, emerges from the production process.
- feedstock is simultaneously added while previously added feedstock is subjected to the production process and previously added feedstock, which has already been completely subjected to the production process, is removed.
- feedstock is simultaneously added and the result is removed in the form of the formulation.
- the present invention preferably relates to a continuous production of the formulation or a continuous process and the plant therefor or the system with the plant, preferably in contrast to a batch process.
- Advantages of a continuous process are:
- the object of the present invention is to provide a method as well as a plant and a system by means of which the process for producing the formulation from the starting material can be improved with regard to a reliable and consistent realization of attributes such as in particular a particle size distribution and moisture.
- the present invention relates, on the one hand, to a method for controlling a plant for producing a formulation from a feedstock, wherein the production comprises processing the feedstock with a granulator and drying an intermediate product produced from the feedstock with the granulator by means of a dryer.
- control parameters of the system are determined based on a model.
- the model takes into account predetermined target formulation parameters that represent the desired properties of the formulation produced or to be produced.
- the desired properties of the formulation produced or to be produced are in particular an intended grain property and moisture.
- the model can be given variable target formulation parameters with which the model determines the control parameters.
- the target formulation parameters can be or have been taken into account alternatively or additionally when creating the model.
- the control parameters are or represent manipulated variables for controlling actuators in the system.
- the system's state parameters are determined and processed by the model. These are preferably passed on to the model and used by it to determine the control parameters.
- condition parameters each represent a condition of the system that influences production and are preferably sensor values.
- input material parameters are taken into account by the model.
- variable input material parameters are passed to the model, with which the model determines the control parameters.
- the input material parameters can alternatively or additionally be or have been taken into account at least partially when creating the model.
- the feedstock parameters represent an attribute of the feedstock, in particular a moisture and/or a grain size property.
- the dryer is coupled to the granulator in such a way that the intermediate product is automatically conveyed from the granulator to the dryer without interruption.
- the model takes into account the proposed continuous combination of granulation with the granulator and subsequent drying with the dryer.
- the model has a static part with which a base value is determined for the respective control parameter and a dynamic part with which the base value is optimized by means of a prediction.
- actual formulation parameters are predicted based on a (the same or a different) model.
- the model takes into account the control parameters that are specified or can be specified in this aspect.
- variable, predefined control parameters are passed to the model, with which the model predicts the actual formulation parameters.
- control parameters can alternatively or additionally be or have been taken into account at least in part when forming the model.
- the actual formulation parameters represent actual properties of the formulation produced or to be produced, in particular an actual grain property and moisture.
- the state parameters are determined and processed by the model and the input material parameters are taken into account by the model.
- the dryer is coupled to the granulator in such a way that the intermediate product is automatically conveyed from the granulator to the dryer without interruption.
- the model takes into account the continuous combination of granulation with the granulator and subsequent drying with the dryer.
- the model in the second variant also has a static part with which a base value is determined for the respective control parameter and a dynamic part with which the base value is optimized by means of a prediction.
- feedstock parameters are or are initially specified or taken into account which represent a state of the feedstock, in particular a moisture content and/or a particle property such as a particle size distribution.
- a feedstock within the meaning of the present invention is preferably a granulatable substance, i.e. a substance that can be processed into granules by a granulation process.
- the feedstock is very particularly preferably a powder or granule whose particle properties can be changed by a granulation process.
- the feedstock is preferably a mixture of substances, i.e. an at least substantially homogeneous mixture of different, preferably solid components. These components can contain an active ingredient, in particular a pharmacologically or otherwise active substance, a filler and/or a disintegrant.
- the feedstock is an at least substantially homogeneous powder mixture.
- Either no material parameters are determined at all or, at best, material parameters that can be measured in-line, for example measured values from contactless measuring methods, a reflection and/or transmission measurement, in particular with infrared radiation, for example as an indicator of the material moisture.
- the measurement of particle size distributions is preferably avoided in the manufacturing process, at least for the intermediate product.
- control parameters of the system can be determined that are or represent manipulated variables for controlling actuators in the system.
- the system can therefore be controlled using these control parameters. This is preferably done by controlling different actuators in the system using the control parameters so that they have an influence on the input material or the intermediate product.
- actual formulation parameters are predicted to support control, representing the properties of the formulation produced under specified boundary conditions. This can be done on the basis of the specified or specifiable control parameters.
- actual formulation parameters can be predicted and preferably output by preferably manually entering or inputting the control parameters.
- This allows a user to compare - again preferably manually - with target formulation parameters and to specify varied control parameters in order to adjust the predicted actual formulation parameters to the target formulation parameters.
- the varied control parameters are then preferably used as the basis for controlling the system.
- At least one granulator drive and a supply for a drying agent, in particular (conditioned) air are controlled with the control parameters.
- a feed device for the feed material, an injection for Liquid during granulation, one or more tempering devices of the granulator, a conveying device for the desiccant for setting a desiccant volume flow and/or a tempering device for tempering the desiccant can be controlled with the control parameters.
- system status parameters in particular one or more sensor values, are determined, which preferably each represent a state of the system that influences the process for producing the formulation from the feedstock.
- sensor values include in particular temperatures and/or pressures or pressure differences and/or torques and/or volume flows.
- other parameters or sensor values that describe a state of the system are also conceivable.
- the state parameters preferably do not describe, or at least not directly, material properties of the feedstock or of an intermediate product (granulate) or end product (formulation) formed from it.
- no particle size distribution, no size, no shape, no density and/or no active ingredient content of the starting material or intermediate product formed from it is determined in the continuous process of granulation and drying.
- the present invention follows a completely different approach to the prior art. Properties of the starting material, however, can be determined in advance and properties of the end product, i.e. the formulation, for verification after completion and/or for forming a model.
- Target formulation parameters are or are preferably specified for control purposes, which represent the desired properties of the formulation produced or to be produced, in particular one or more physical properties such as a particle size, particle size distribution, particle shape or density and/or a moisture content of the formulation.
- actual formulation parameters are determined, preferably by characterizing the formulation, which represent the actual properties of the formulation produced or to be produced, in particular one or more physical properties such as Particle size, particle size distribution, particle shape or density and/or moisture of the formulation.
- control parameters are determined based on the model.
- the plant can then be controlled in the process of producing the formulation using the control parameters, which are preferably determined by processing the state parameters with the model.
- the (measured) actual formulation parameters are preferably used to derive or define the model. However, the (measured) actual formulation parameters are preferably not used as a basis in the ongoing process of controlling the plant.
- control parameters are therefore preferably not determined by processing the (measured) actual formulation parameters or derived from them. Surprisingly, it has been shown that deriving the control parameters from (measured) actual formulation parameters starts too late. If (measured) actual formulation parameters deviate from the target formulation parameters during the ongoing process, considerable waste is already inevitable. However, the aim of the invention is to avoid such waste. To this end, it is preferable to control the system (at least essentially) independently of the (measured) actual formulation parameters or for the system to be designed to do so.
- the (measured) actual formulation parameters are preferably used to determine the model or to derive a scheme in the form of the model, whereby the control parameters are derived from the state parameters of the plant during the process.
- the model preferably has a machine learning-based structure, in particular a neural network.
- the plant according to a first aspect of the present invention comprises a granulator for processing the feedstock into an intermediate product and a dryer which is coupled to the granulator in such a way that the intermediate product is automatically conveyed from the granulator into the dryer without interruption.
- the model takes into account, and in particular describes, the combination of granulation with the granulator and subsequent drying with the dryer.
- the model can be used to determine the control parameters, in particular base values of the control parameters, based on the condition parameters of the system and preferably the input material parameters.
- predicted (i.e. not measured) actual formulation parameters are determined based on the model. This may be a different model than that used to determine the control parameters.
- the predicted actual formulation parameters can be output to enable a (manual) comparison with target formulation parameters and, if necessary, a (manual or automatic) adjustment of the control parameters.
- the control parameters are preferably specified to the model.
- one or more inline-measurable properties of the intermediate product in particular one or more parameters that can be measured optically on the intermediate product, can be additionally taken into account.
- measured values that require sampling, analysis separate from the system or interruption of the manufacturing process are preferably avoided.
- certain (physical) in-line measurable properties of the feedstock and/or the intermediate product and/or the formulation are determined or used for control or as an input variable of the model, for example a moisture and/or particle size distribution of the formulation 7 or variables determined hereby, in particular insofar as an in-line measurement is possible for the determination without interrupting the continuous granulation and drying.
- a measurement of a particle size distribution is provided at most or only of the formulation, but not of the intermediate product.
- the system can have a sensor for determining an attribute describing a particle of the formulation, such as a particle size distribution, but preferably only at or after the formulation outlet for dispensing the formulation after drying the intermediate product.
- the sensor provided as part of the system or a system with the system is in particular an inline probe with Spatial filter anemometry for particle size measurement.
- other principles are also possible here.
- Moisture is preferably determined by the formulation, but can alternatively or additionally also be determined by the intermediate product.
- One or more sensors can be used for this purpose.
- it is an optical sensor, particularly preferably an infrared radiation-based sensor.
- sensors based on near-infrared radiation in particular from the NIR-2 spectrum of 860 to 1040 nm wavelength, have proven to be particularly advantageous.
- the model has a static part with which a base value is or is determined for the respective control parameter or predicted actual formulation parameter from the input material parameters and the state parameters, and the model also has a dynamic part with which the base value is or can be optimised by means of a prediction.
- the static part of the model can be defined by determining model parameters which are determined, in particular measured, in a manner corresponding to one another in several stationary (steady-state, at least essentially static) states of the system.
- the static part of the model can be used to determine base values of the control parameters from the state parameters and/or to predict the actual formulation parameters.
- the static part of the model is or will preferably be specified in an unchangeable manner.
- the dynamic part of the model allows the behavior of the model to be continuously adjusted. For example, the behavior of a system changes over time due to wear, material expansion, aging, etc.
- the model is adapted according to the proposal so that the model consists of Control parameters or actual formulation parameters corrected for the state parameters are generated.
- One or more, possibly different, parameters are processed by the model. It can be provided that these parameters form input values of the model, in particular of the static part of the model and/or the dynamic part of the model.
- the model in particular its static part, can comprise an artificial neural network.
- the parameters can be passed to nodes of an input layer of the artificial neural network and the artificial neural network can use them to generate values at the nodes of an output layer of the artificial neural network.
- the values generated at the nodes of the neural network of the static part of the model in the output layer can be optimized with the dynamic part of the model, for example by processing taking into account the same and/or other parameters
- a further aspect of the present invention which can also be implemented independently, relates to a computer program product or computer-readable storage medium, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to one of the aspects outlined.
- a further aspect of the present invention which can also be implemented independently, relates to the plant for producing the formulation from the feedstock, wherein the production comprises processing the feedstock with a granulator and drying an intermediate product produced with the granulator by means of a dryer:
- the system has sensors for recording the system's status parameters, each of which represents a status of the system that influences production.
- the system has actuators for directly or indirectly influencing the feedstock.
- the system also has a control device for controlling the actuators with the control parameters, with target formulation parameters being specified or specifiable for the control device, and the model on the basis of which the control parameters can be determined.
- the granulator is coupled to the dryer in such a way that the intermediate product is automatically conveyed from the granulator to the dryer without interruption, whereby the model takes into account the combination of granulation with the granulator and the continuously subsequent drying with the dryer and the system is designed so that the control device uses the model to determine the control parameters based on the state parameters of the system.
- the model has a static part, wherein the control device is designed to use the static part to determine a base value for the respective control parameter from the input material parameters and the state parameters, and the model has a dynamic part, wherein the control device is designed to use the dynamic part to optimize the base value by means of a prediction.
- the system is then preferably controlled with the resulting, optimized base value or the system can be controlled with it.
- a further aspect of the present invention which can also be implemented independently, relates to a system comprising the proposed plant and a device for forming the feedstock from several components, preferably powders, preferably by sieving, and/or a device for further processing, preferably tabletting, of the formulation.
- a formulation in the sense of the present invention is a substance that has passed through the plant and has been changed in terms of its physical properties.
- the formulation is therefore preferably the product of the combination of granulation and drying.
- Subsequent further processing of the formulation which is preferably in the form of granules (dried or preferably conditioned with regard to their (relative) moisture content), for example by tableting, is not excluded.
- a feedstock in the sense of the present invention is preferably a substance that is fed into the plant or granulator in order to change its physical properties.
- the feedstock is preferably an active ingredient-filler mixture.
- the feedstock can already be pre-processed, for example by at least essentially homogeneous mixing of a powder with another powder or other substance, one of which has a can be or have an active ingredient.
- An active ingredient is preferably a pharmacologically active substance.
- a granulator in the sense of the present invention is preferably a device that mechanically processes the feedstock in order to change its physical properties.
- the granulator particularly preferably converts the feedstock into granules, in particular a coarse (granular) powder.
- the feedstock can be fed to the granulator as a powder in order to process it into a coarser or finer-grained powder.
- the intermediate product is preferably a solid.
- the granulator preferably conveys the feedstock while acting on it.
- the granulator preferably generates pressure and/or friction in the feedstock, preferably by tempering/heating and/or adding moisture.
- the granulator particularly preferably changes the granularity, grain size or particle size distribution of the feedstock.
- the granulate represents an intermediate product that is subsequently further processed.
- the granulator can have an extruder or be formed by an extruder.
- it is a screw extruder, preferably a twin-screw extruder, or the granulator has one or is similar to one.
- other solutions are also conceivable here.
- the granulator is preferably a screw granulator, for example a twin-screw granulator.
- screw granulators the feedstock is conveyed and processed by means of a screw shaft rotating around a rotation axis.
- the screw shaft can have screw flights of different pitches and/or processing structures.
- twin-screw granulator two screw shafts are provided, which are arranged in parallel and/or mesh with one another and effect conveying and processing. In principle, other concepts can also be used here.
- the conveying preferably results in extrusion.
- the screws are therefore or form one or more extruders or effect extrusion of the feedstock.
- the granulator is preferably a granulator for wet granulation.
- the granulator can have an injection of liquid to moisten the feedstock, whereupon the moistened feedstock is of the granulator to form an intermediate product.
- the granulator can have an opening, in particular a nozzle, or a valve for adding the liquid to the feedstock, in particular to add water, ethanol, isopropanol and/or a mixture of these for the purpose of (temporarily) increasing the moisture content.
- a dryer in the sense of the present invention is a device for reducing a (relative) humidity or water content of a substance, in this case for reducing a (relative) humidity or water content of the feedstock processed into an intermediate product using the granulator.
- the dryer is preferably a device that removes water from the substance/intermediate product. This is preferably a device that brings the substance/intermediate product into contact with a desiccant that removes water from the substance.
- the drying agent is preferably air or another gas with a relative humidity that allows water to be absorbed from the substance.
- the drying agent is preferably tempered, in particular to a temperature above the ambient temperature.
- the drying agent is therefore in particular preconditioned, warm and/or dried air, also known as process air. In principle, however, it can also be other, in particular inert gases or other, preferably gaseous, drying agents.
- the dryer is preferably a fluid bed dryer, also known as a fluidized bed dryer.
- a fluid bed dryer in the sense of the present invention is a device that creates a cushion of air or gas (process air) for a substance to be dried, here for the intermediate product/granulate.
- the air or gas represents the preferably gaseous drying agent.
- the preferably gaseous desiccant is fed into a bed of the dryer from the intermediate product/granulate, preferably through a perforated distributor plate.
- the preferably gaseous desiccant flows through the bed at a speed such that the particles of the intermediate product/granulate are kept in a fluidized state despite their weight.
- the fluidized particles of the intermediate product/granulate form the fluidized bed. They are dried by preferably gaseous desiccants. Within the fluidized bed, bubbles can form and collapse again to promote intensive particle movement. In this state, the solids behave like a free-flowing, boiling liquid. Very high heat and mass transfer rates are the result of the close contact between the individual particles and the preferably gaseous desiccant.
- other dryer concepts can also be used in principle, even if fluidized bed dryers have proven particularly advantageous in the context of the present invention.
- Sensors for detecting state parameters of the system are preferably sensors that characterize a state of devices of the system, i.e. are aligned and set up to measure one or more state parameters.
- State parameters in the sense of the present invention can be or represent one or more of the following attributes:
- Mass flow rates (of desiccant / process gas, feedstock, additive / granulating liquid, intermediate product, exhaust gas, end product / formulation) or corresponding parameters that characterize, for example, positions of valves, flaps, rotor speeds, pressure differences or the like
- State parameters preferably do not characterize any (physical or chemical) property of the feedstock or of an intermediate or end product formed from it or of the formulation (directly).
- this Annex does not apply to any measurement of the input material or of an intermediate or final product (formulation) formed from it which characterises a chemical composition or granularity.
- the first group includes state parameters that are at least essentially independent of the input material, in particular because they are specified directly by an actuator in the system. From now on, these are also referred to as predefinable or "state parameters not influenced by the input material". Examples of these are predefinable temperatures or speeds. They can be used in particular for actuator control.
- state parameters not influenced by the feedstock and state parameters of a second group that are influenced by interaction with the feedstock or with the intermediate product formed with it. These are referred to from now on as "state parameters influenced by the feedstock”. Examples of this are a torque that is set depending on the consistency of the feedstock or a (relative) humidity of exhaust air that is moistened by the drying process.
- One or more state parameters influenced by the input material are preferably used as input variables for the model.
- the state parameters that are processed by the model or transferred to the model and used by the model to determine the control parameters or to predict the actual formulation parameters are therefore preferably state parameters influenced by the input material.
- the state parameters which are processed by the model or transferred to the model for this purpose and used by the model to determine the control parameters or to predict the actual formulation parameters are preferably at least one state parameter of the granulator influenced by the feedstock, more preferably at least one state parameter of the granulator and the dryer influenced by the feedstock, in particular at least two state parameters of the granulator influenced by the feedstock and at least one, preferably at least two condition parameters of the dryer influenced by the feedstock.
- one or more of the parameters not influenced by the input material are used to control the corresponding actuator.
- one or more state parameters influenced by the input material are used to determine the control parameter(s), preferably using the model.
- the control parameters can be target specifications for controlling the actuator(s), on the basis of which the actuators are then controlled.
- An in-line measurable property within the meaning of the present invention is preferably a property that can be measured in parallel in an uninterrupted, continuous manufacturing process.
- Actuators for influencing the feedstock within the meaning of the present invention are preferably drives for tools and/or conveyors. These can be motors, for example for driving fans, turbines, conveyor belts and/or screws, or also tempering devices, heating or cooling (e.g. a cooling water conveyor) for tempering feedstock-carrying housing parts of the granulator.
- a tempering device, in particular a heating or cooling device such as a heating register, for tempering the process gas can also be an actuator, since it acts indirectly on the feedstock via the temperature of the drying agent/process gas.
- a control device for controlling the actuators in the sense of the present invention is preferably an electronic component for influencing the operation of the actuators, controlling motor speeds (of the screw drive and/or the fan motor(s)) and/or for controlling or regulating temperature control devices or heaters of the granulator or for the desiccant.
- Control parameters which are or represent manipulated variables for controlling the actuators, within the meaning of the present invention are preferably values as a specification for the operation of the actuators, in particular one or more predetermined motor speeds (of the screw drive(s) and/or the fan motor(s)) or corresponding current consumptions and/or specifications for controlling or regulating temperature control devices or heaters of the granulator or for the desiccant or the like.
- Feedstock parameters within the meaning of the present invention are preferably parameters which preferably characterize physical properties of the feedstock, such as granularity, particle size, particle size distribution, (relative) humidity and/or temperature of the feedstock.
- a state of the feedstock within the meaning of the present invention is preferably determined at least by its moisture content and/or a particle size distribution, optionally supplemented by further properties or replaced by corresponding information which allows the moisture content and/or a particle size distribution to be directly or indirectly inferred or which is derived therefrom.
- Target formulation parameters in the sense of the present invention are preferably parameters which represent the desired properties of the formulation produced or to be produced, in particular a granularity or particle size distribution and a moisture content, optionally supplemented by further properties or replaced by corresponding information which allows the moisture content and/or a particle size distribution to be directly or indirectly inferred or which is derived therefrom.
- Actual formulation parameters within the meaning of the present invention are parameters measured on the formulation which represent the properties of the formulation produced or to be produced, in particular a particle size, particle size distribution and a moisture content, optionally supplemented by further properties or replaced by corresponding information which allows the moisture content and/or a particle size distribution to be directly or indirectly inferred or which is derived therefrom.
- Actual formulation parameters can be predicted as an alternative to measurement, but are then referred to below as predicted actual formulation parameters.
- a model in the sense of the present invention is preferably an (abstracted) representation that is preferably limited to essential properties.
- a model here is preferably a model of the plant and represents - preferably mathematically - properties of the plant directly or indirectly through their effects on the feedstock and/or the intermediate product.
- the model can be a mathematical description of the granulator, the dryer and/or their effects on the feedstock and/or the intermediate product or be formed by them.
- the model preferably makes it possible to determine control parameters or to predict formulation parameters based on the state parameters of the system and, if applicable, feedstock parameters.
- a coupling of the granulator with the dryer in the sense of the present invention is preferably a device for transferring the intermediate product into the dryer and can have a conveying device for this transfer such as a chute, a conveyor belt, a screw or the like.
- the coupling preferably causes the intermediate product to be automatically conveyed continuously, without interruption or "in-line" from the granulator into the dryer.
- the granulator can also have an outlet that opens directly into the dryer.
- the coupling is therefore brought about by the granulator or by the conveying effect of the granulator.
- Base values of the control parameters in the sense of the present invention are preferably control parameters that serve as basic settings and are preferably determined or specified independently of measured properties of the end product (the formulation). Base values of predicted actual formulation parameters are starting points for the forecast.
- a static part of the model in the sense of the present invention is preferably a part of the model based on empirical values, with which base values can be determined or predicted.
- a dynamic part of the model in the sense of the present invention is preferably a part of the model that can be changed dynamically depending on the state parameters of the plant, i.e. during ongoing operation of the plant during the processing of the feedstock into the intermediate and final product, the formulation, in order to adapt the model to any (future) changes in the states of the plant or the process, preferably so that the model represents the behavior of the plant or the process for producing the formulation from the feedstock preferably with sufficient accuracy.
- the dynamic part of the model preferably makes it possible to optimize the base value(s) by means of a prediction. Past developments can be taken into account for this purpose. Further aspects, advantages and properties of the present invention emerge from the claims and the following descriptions of a preferred embodiment with reference to the drawing. It shows:
- Fig. 1 is a schematic section of the proposed system
- Fig. 2 is a simplified block diagram view of control-relevant components of the system as shown in Fig. 1.
- Fig. 3 is a simplified schematic view of an artificial neural network
- Fig. 4 is a schematic diagram of past and predicted time courses
- Fig. 5 is a schematic diagram of the result of a control with constant control parameters over time
- Fig. 6 is a schematic diagram of temporally offset forecasts
- Fig. 7 is a schematic diagram of process properties over time
- Fig. 8 is a schematic flow diagram
- Fig. 9 a system embedded in a system.
- Fig. 1 shows a schematic section of a proposed plant 1 for producing a formulation 2 from a feedstock 3.
- the plant 1 is preferably designed to carry out a process for producing the formulation 2 from the feedstock 3.
- feedstock parameters 4 are or will be specified, which represent a state of the feedstock 3, in particular a moisture content, composition and/or a grain property, such as a particle size distribution.
- the system 1 is preferably designed to determine control parameters 5 of the system 1, which are or represent manipulated variables for controlling actuators 6 of the system 1.
- state parameters 7 of the system 1 are preferably determined or can be determined with the system 1, for example via sensors 8, in particular sensor values or variables derived therefrom as state parameters 7, wherein the state parameters 7 each represent a state of the system 1 that influences production.
- the actuators 6 of the system 1 can be controlled in order to control or influence the production process for forming the formulation 3 from the starting material 2.
- Target formulation parameters 10 can be or become predetermined, which represent the desired properties of the formulation 2 produced or to be produced, in particular a physical property such as a grain property, in particular particle size distribution, and/or a moisture content.
- the target formulation parameters 10 can be stored and/or kept in a database 10A.
- the database 10A can be read out by the control device 9 or the target formulation parameters 10 can be retrieved by the control device 9 from the database 10A and used for control.
- Actual formulation parameters 11 can be provided or measured which represent actual properties of the formulation 3 produced or to be produced, in particular a physical property such as a grain property such as the particle size distribution and/or a moisture content.
- Actual formulation parameters 11 are or preferably have information on attributes of the formulation 2 which are measured in a separate analysis process, in particular one separate from the system 1, preferably not in-line or not in real time/delayed.
- the system 1, in particular the control device 9, is preferably designed to determine the control parameters 5 based on a model 12.
- the proposed model 12 can alternatively or additionally be used independently of the control device 9 or without direct influence or preferably automatic control of the actuators 6, preferably for a forecast and/or output of forecast (expected under given boundary conditions) actual formulation parameters 11 of the formulation 2.
- one or more properties of the formulation 2 can be forecast using the model 12 from one or more state parameters 7 and control parameters 5 and, preferably, feedstock parameters 4.
- the plant 1 comprises a granulator 13 for processing the feedstock 2 into an intermediate product 14 and a dryer 15 for the intermediate product 14.
- the dryer 15 is coupled to the granulator 13 in such a way that the intermediate product 14 is conveyed automatically and/or without interruption from the granulator 13 into the dryer 15.
- the granulation and drying preferably form a common, continuous process.
- FIG. 2 A simplified, block diagram view of control-relevant components of system 1 is shown in Fig. 2.
- the control device 9 is preferably designed to control the system 1 or the combination of granulator 13 and dryer 15.
- the control is preferably based on the model 12, which describes the behavior of the system 1 or the combination of granulator 13 and dryer 15 and, based on at least one or more state parameters 7, enables the determination of control parameters 5 for controlling actuators 6 of the system 1 or the combination of granulator 13 and dryer 15.
- the model 12 takes into account the combination of granulation with the granulator 13 and the subsequent drying with the dryer 15.
- the model 12 is preferably used to determine the control parameters 5, in particular initially base values of the control parameters 5, preferably based on the State parameters 7 of Annex 1 and, more preferably, based on the feedstock parameters 4.
- the model 12 can have a static part 12A with which a base value is or is determined for the respective control parameter 5 taking into account the input material parameters 4 and based on the state parameters 7, and the model 12 can have a dynamic part 12B with which the (respective) base value can be adjusted, preferably optimized by means of a prediction.
- the static part 12A of the model 12 preferably formed by means of machine learning, is used to determine base values (basic settings) of the control parameters 5, which can then be adjusted and finalized by means of the dynamic part 12B of the model 12 to ultimately be used to control the actuators 6.
- the dynamic part 12B of the model 12 preferably effects a fine-tuning of the basic values or basic settings determined with the static part 12A of the model 12.
- the basic values of the control parameters 5 determined with the static part 12A are preferably independent of a transient behavior, i.e. the behavior during runtime, for example under the influence of environmental influences, tolerance changes, wear of the system 1 or the manufacturing process of the formulation 2.
- control parameters 5 or correspondingly adjusted settings or control parameters 5 determined with the dynamic part 12B are those that take into account transient or runtime effects, for example via one or more forecasts. This is preferably done taking past developments into account, in particular by means of time series forecasting.
- adjustment values for the base values of the control parameters 5 or correspondingly adjusted settings or control parameters 5 can be determined, which preferably take into account a comparison of predicted actual formulation parameters 11 with the target formulation parameters 10 and, by dynamically adjusting the base values of the control parameters 5, bring the actual formulation parameters 11 closer to the target formulation parameters 10, in particular on the basis of current state parameters 7 at runtime.
- the base values and adjustments can be determined by different methods.
- at least the base values are determined by means of a Kl or a machine learning method, preferably differently than the adjustments.
- the determination of the base values also depends on the state parameters 7, i.e. both base values and adjustments (correction terms) for determining adjusted or corrected base values are variable.
- both base values of the control parameters 5 determined with the static part 12A of the model 12 can be changed depending on the (current) state parameters 7, as can correction terms or adjustments that are determined with the dynamic part 12B of the model 12 and adjust or correct the base values.
- the static part 12A of the model 12 preferably differs from the dynamic part 12B of the model 12 in that with the static part 12A the base values are determined or can be determined without predictions of the influence of changes in control parameters 5 and/or past changes in the state parameters 7, while the dynamic part 12B takes into account an influence of future changes in control parameters 5 and/or forecasts resulting from past changes in control parameters 5 or state parameters 7, more preferably taking previous changes into account.
- the static part 12A of the model 12 preferably differs from the dynamic part 12B of the model 12 in that they implement different methods to determine base values for the control parameters 5 in the case of the static part 12A and correction terms for the base values of the control parameters 5 or corrected/adjusted base values as final control parameters 5 using or from the state parameters 7 and, preferably, taking into account the input material parameters 4.
- the state parameters 7 taken into account by the model 12 as input variables are preferably state parameters 7 influenced by the feedstock 3.
- the model 12 preferably uses at least one state parameter 7 each of the granulator 13 and the dryer 15 influenced by the feedstock 3.
- model 12 additionally takes into account as an input variable an (exclusively) in-line measurable formulation property parameter 7K, which describes a physical or chemical property of formulation 2 that is measurable in the uninterrupted, continuous process.
- an (exclusively) in-line measurable formulation property parameter 7K which describes a physical or chemical property of formulation 2 that is measurable in the uninterrupted, continuous process.
- the model 12 takes into account as an input variable an (exclusively) in-line measurable intermediate product property parameter 7L, which describes a physical or chemical property of the intermediate product 14 that can be measured in the uninterrupted, continuous process.
- the measurement can be carried out with an intermediate product property sensor 8L, in particular a (NIR) sensor for determining an indicator for a moisture content (a water content) of the intermediate product 14.
- NIR a moisture content
- model 12 can take into account parameters that cannot be measured in-line, while model 12 preferably does not require any parameters that cannot be measured in-line as input variables during operation.
- the static part 12A of the model 12 can implement a Kl or machine learning method, while the dynamic part 12B of the model 12 preferably implements a different, preferably non-Kl or machine learning-based method or no neural network 32. However, it is not excluded that both different methods are Kl or machine learning-based or that neither are.
- control of system 1 is particularly reliable and precise, i.e. the actual formulation parameters 11 are particularly close to the target formulation parameters 10 when the aspects described above are combined.
- control the combination of granulator 13 and dryer 15 or to enable the control, and/or
- the plant 1 can have several different actuators 6 to act directly or indirectly on the feedstock 3, thereby forming the intermediate product 14 and ultimately the formulation 2.
- a control parameter 5 corresponds to the respective actuator 6, which can be a control variable for the actuator 6 or correspond to it in order to control the behavior of the actuator 6.
- the actuators 6 of the granulator 13 that can be controlled via corresponding control parameters 5 include one or more of the following actuators 6: a feeder drive 6A that can be controlled by means of a feeder drive control parameter 5A, preferably for dosing or conveying the feedstock 3 to the granulator 13, and/or a granulator drive 6B that can be controlled by means of a granulator drive control parameter 5B, preferably for driving the granulating unit 17 or one or more screws, and/or an injection device 6C that can be controlled by means of an injection device control parameter 5C, preferably for injecting granulating liquid 13B, and/or a granulator tempering device 6D that can be controlled by means of a granulator tempering device control parameter 5D, preferably for tempering (heating and/or cooling) parts of the granulator 13 that come into contact with the feedstock 3.
- a feeder drive 6A that can be controlled by means of a feeder drive control parameter 5A, preferably for dosing or
- the actuators 6 of the dryer 15 that can be controlled via corresponding control parameters 5 include one or more of the following actuators 6: a supply air conveyor drive 6E, preferably a fan, which can be controlled by means of a supply air conveyor drive control parameter 5E, in order to supply air 27 to the dryer 15, and/or a supply air temperature control device 6F, which can be controlled by means of a supply air temperature control device control parameter 5F, preferably in order to temperature the air 27, and/or an exhaust air conveyor drive 6G, which can be controlled by means of an exhaust air conveyor drive control parameter 5G, preferably in order to extract air 27 after the drying process, and/or a fluid bed drive 6H, which can be controlled by means of a fluid bed drive control parameter 5H, preferably for rotating a carousel of the dryer 15.
- a supply air conveyor drive 6E preferably a fan
- a supply air temperature control device 6F which can be controlled by means of a supply air temperature control device control parameter 5F, preferably in order to temperature the air 27,
- the sensors 8 for measuring corresponding state parameters 7 of the granulator 13 include one or more of the following sensors 8: a feeder sensor 8A for measuring a feeder parameter 7A that characterizes the feed, in particular a throughput and/or a speed of the feed - preferably a feed rate or dosage that can be represented in [kg/h]; and/or a granulator sensor 8B for measuring a granulator parameter 7B that characterizes a functional property of the granulator 13, in particular a torque and/or a speed of its drive 6B, and/or a throughput - preferably a feed rate of the granulator that can be represented in [kg/h] or a corresponding speed [rpm] of the extruder/screw(s); and/or an injection sensor 8C for measuring an injection device parameter 7C which characterizes an addition of liquid 13B, in particular water and/or alcohol, to the feedstock 3 in the area of the granulator 13, in particular a throughput and/or a quantity
- the sensors 8 for measuring corresponding state parameters 7 of the dryer 15 include one or more of the following sensors 8: a supply air conveyor sensor 8E for measuring a supply air conveyor parameter 7E that characterizes a supply air conveyance of the dryer 15, in particular a (mass) throughput, a (corresponding) pressure difference and/or a speed of the supplied air 27 - preferably representable in [m A 3/h]; and/or a supply air sensor 8F for measuring a supply air parameter 7F that characterizes a property of the supplied air 27, in particular a temperature - preferably representable in [°C] - and/or a humidity of the supplied air 27, preferably representable in %, wt %, or [°C] for the dew point; and/or an exhaust air sensor 8G for measuring an exhaust air parameter 7G which characterizes an exhaust air conveyance of the dryer 15, in particular a (mass) throughput, a pressure difference (corresponding thereto), a temperature of the air 27 discharged from the dryer 15 and/or a humidity
- actuators 6 or control parameters 5 can also be used in principle to determine or derive one or more of the aforementioned or corresponding variables. These can then be used as a basis for a control system.
- a formulation temperature sensor 8I for measuring the formulation temperature 7I, which characterizes a temperature of the formulation 2
- a formulation outlet quantity sensor 8J for measuring a formulation outlet quantity parameter 7J, which characterizes a property of the production and/or of the system 1 with regard to the production of the formulation 2, in particular an outlet quantity of the formulation 2
- a formulation property sensor 8K which characterizes an in-line measurable formulation property parameter 7K of the formulation 2, in particular a particle size, particle size distribution, granularity, and/or moisture, particularly preferably a particle size or size distribution (XD10, XD50, XD90) and/or a residual moisture and/or a drying loss of the intermediate product 14 during processing to form the formulation 2.
- control parameters 5, actuators 6, state parameters 7 and sensors 8 are particularly preferred examples with regard to the embodiment of a particularly preferred combination of a granulator 13 - preferably (twin) screw granulator 13 - with a dryer 15 - particularly preferably fluid bed dryer 15.
- control parameters 5, actuators 6, state parameters 7 and sensors 8 are possible alternatively or additionally.
- the invention is therefore preferably not limited to the control parameters 5, actuators 6, state parameters 7 and sensors 8 mentioned.
- formulation 2 with the system 1 is explained in more detail below using the embodiment shown in Fig. 1. It is understood that the invention can in principle be implemented particularly preferably and advantageously with the system 1 described below, but is not limited to this. In particular, it is not necessary that all of the described Components of Annex 1 or steps carried out thereunder are or will be implemented.
- a granulator type other than a twin-screw granulator 13 can therefore be used.
- a dryer type other than a fluid bed dryer 15 can be used. Notwithstanding this, the invention has proven to be particularly advantageous in this context.
- the plant 1 has the granulator 13 for processing the feedstock 3 into the intermediate product 14 and the dryer 15 for forming the formulation 2 from the intermediate product 14.
- the granulator 13 has a feed conveyor 16 for feeding and/or dosing the feed material 3.
- the feed conveyor 16 can have a particularly funnel-shaped storage container 16A that holds the feed material 3.
- the feed conveyor 16 can have a feed device 16B that feeds the feed material 3 at a specific feed rate (amount per time) to a granulating unit 17 of the granulator 13 that is coupled to the feed conveyor 16.
- the feed conveyor 16 can have a drive 6A for the feed device 16B, in particular a motor for driving a screw 16C. In principle, however, other principles of feed than with a screw 16C are also possible, such as a conveyor belt.
- the drive 6A can, as already explained above, preferably be controlled by means of the feed parameter 7A.
- the feed rate can preferably be set using the feed conveyor drive control parameter 5A.
- the feed conveyor 16 preferably has one or more sensors 8A for measuring the throughput and/or a speed - preferably corresponding thereto.
- a granulating unit 17 of the granulator 13 is preferably connected to the feed conveyor 16.
- the granulating unit 17 is designed to change a grain size or particle size distribution of the feedstock 3.
- the granulating unit 17 can act physically on the feedstock 3, in particular by kneading and/or rolling.
- the granulating unit 17 has at least one screw 18, preferably a double screw.
- the screws 18 of the double screw preferably mesh with one another and transport the feedstock 3 while physically acting on it in order to change the grain size or particle size distribution of the feedstock 3.
- the granulating unit 17 or the screw(s) 18 can have different processing zones 19.
- different screw pitches and/or surfaces can be provided in order to achieve the desired processing of the feedstock 3.
- the granulating unit 17 can have the granulator drive 6B to drive the granulating unit 17, in particular the screw(s) 18.
- the granulator drive 6B can be controlled via the granulator drive control parameter 5B, preferably with regard to throughput and/or speed, in particular the rotational speed of the screw(s) 18.
- the granulator 13 preferably has the granulator sensor 8B, with which a parameter representing the granulation speed and/or processing intensity can be measured, in particular a speed, a throughput or - very particularly preferably - a torque (of the granulating unit 17 / the screw(s) 18).
- the granulator 13 can have an injection device 6C for injecting liquid 13B for the purpose of mixing with or admixing with the feedstock 3.
- This can be a sprayer, but alternatively also a dropper or generally a device for adding a liquid substance.
- the injection device 6C is preferably arranged in the region of an inlet 13A or in the first half or in the first third of the transport path formed by the granulating plant 17 for the feedstock 3 between the inlet 13A and an intermediate product outlet 21 for the feedstock 3 of the granulator 13 processed with the granulator 13.
- the granulator 13 preferably has at least one, but preferably several granulator temperature sensors 8D for measuring the temperature 7D of the feedstock 3 or a corresponding temperature 7D of the granulator 15 or its housing 22 at various positions.
- more than three and/or fewer than ten granulator temperature sensors 8D are provided for measuring the temperature 7D of the feedstock 3 or a corresponding temperature 7D of the granulator 15.
- the temperature sensor(s) 8D are preferably distributed (at least substantially equidistantly) along the transport path for the feedstock 3 in the granulator 15 or granulating plant 17.
- a coupling device 20 preferably enables a continuous and/or uninterrupted transfer of the intermediate product 14 from the intermediate product outlet 21, which can be formed by the housing 22 of the granulator 13, to an intermediate product inlet 24 of the dryer 15, preferably formed by a housing 23 of the dryer 15.
- the intermediate product 14 is stopped for intermediate storage, at least not for more than one, two or five minutes.
- One or more of the granulator temperature sensors 8D can be provided to measure a temperature 7D of the intermediate product 14 or a temperature 7D corresponding thereto, in particular of the granulator 15 in the region of the coupling device 20.
- the dryer 15 preferably has a fluidized bed 25.
- the dryer 15 also preferably has an air inlet 26 for the inlet of (process) air 27, an optional diffuser 28 for uniformly feeding the fluidized bed 25 with the air 27 and an air outlet 29 for discharging the air 27 after passing through the fluidized bed 25.
- the dryer 15 optionally has a separator 30 such as a cyclone separator or filter for intercepting particles of the intermediate product 14 or the formulation 2 from the air 27.
- the dryer 15 preferably has a formulation outlet 31 for discharging the formulation 2, i.e. the intermediate product 14 dried with the dryer 15. The dryer 15 dries the intermediate product 14 entering through the intermediate product inlet 24 with the air 27 and then discharges the formulation 2 formed thereby through the formulation outlet 31, preferably after passing through the fluidized bed 25.
- the dryer 15 In order to supply the air 27 to the dryer 15, in particular to the fluidized bed 25, the dryer 15 preferably has an air supply conveyor 15A with an air supply conveyor drive 6E.
- This can be a fan or generally a device for transferring and/or compressing air 27.
- the dryer 15 can have the supply air conveyor sensor 8E, with which a throughput of the air 27 or a corresponding variable can be measured.
- the supply air conveyor sensor 8E is a pressure sensor for measuring the air pressure on the discharge side or the side of the supply air conveyor drive 6E facing the fluidized bed 25 or a differential pressure sensor for determining a differential pressure across the supply air conveyor 15A.
- the supply air conveyor sensor 8E can be or have a variable assigned to the supply air conveyor drive 6E, such as a speed (fan speed), a current consumption, a torque or the like.
- the supply air conveyor 15A or its supply air conveyor drive 6E can be controlled by means of the supply air conveyor drive control parameter 5E, in particular with regard to a throughput, a speed (of the fan), a power consumption and/or a pressure or differential pressure.
- the differential pressure can be a pressure above the supply air conveyor 15A, but alternatively or additionally also above the fluidized bed 25 or the like.
- the air 27 is preferably tempered, in particular heated, before it is fed to the fluidized bed 25 or another drying device of the dryer 15.
- the dryer 15 preferably has the supply air tempering device 6F, preferably a heating register.
- the supply air tempering device 6F can be controlled by means of the supply air tempering device control parameter 5F or can be designed for this purpose.
- the temperature and/or (relative) humidity of the conditioned air 27 brought or to be brought into contact with the intermediate product 14 for drying is preferably measured.
- the dryer 15 can have the supply air sensor 8F, which measures the temperature and alternatively or additionally a (relative) humidity of the air 27 as supply air parameter 7F or is designed to do so.
- the supply air sensor 8F can be provided between the fluidized bed 25 and the supply air temperature control device 6F or the supply air conveyor 15A or measure the properties of the air 27.
- the air 27 is discharged through the dryer 15. This is preferably done via the air outlet 29, which is distinct from a formulation outlet 31 for discharging the formulation 3.
- the air 27 can be conveyed out of the air outlet 29 by means of the exhaust air conveyor 15B, in particular a (second) fan.
- the exhaust air conveyor drive 6G can be provided, which effects the conveying or drives the exhaust air conveyor 15B.
- the exhaust air conveyor 15B can be controlled or regulated by means of the exhaust air conveyor drive control parameter 5G.
- the exhaust air conveyor 15B is regulated in such a way that no air 27 escapes through the intermediate product outlet 21 and the formulation inlet 31.
- the conveying quantity of the exhaust air conveyor 15B can correspond to or exceed the conveying quantity of the supply air conveyor 15A.
- an exhaust air conveyor sensor 8G By means of an exhaust air conveyor sensor 8G, a throughput, a speed, a temperature and/or humidity of the air 27 discharged from the dryer 15 after the drying process and/or a corresponding variable such as a speed of the exhaust air conveyor drive 6G or impeller of the fan can be measured as an exhaust air parameter 7G.
- the fluidized bed 25 can have or form a processing zone, in particular on the side facing away from the air inlet 26.
- the fluidized bed 25 or a structure delimiting it in the direction of the air inlet 26, such as a sieve or perforated plate or carousel, can be driven, in particular set in motion.
- the fluidized bed drive 6H can be provided, which can be controlled with the fluidized bed drive control parameter 5H.
- the fluid bed sensor 8H can measure the fluid bed parameter 7H, which can characterize a property of the fluid bed 25 such as a movement of the carousel.
- the processed feedstock 3 is output as formulation 2.
- one or more actual formulation parameters 11 can be determined from formulation 2, i.e. parameters that describe physical or chemical properties of the formulation 2 produced. This can be done in-line, i.e. in an uninterrupted process. Alternatively or additionally, actual formulation parameters 11 can also be determined subsequently by means of laboratory testing. Actual formulation parameters 11 that cannot be measured in-line are preferably used as the basis for model 12, so that the modeling takes into account actual formulation parameters 11 that cannot be measured in-line. Actual formulation parameters 11 that cannot be measured in-line are not used directly for controlling system 1 or as an input variable for control 9 or model 12.
- the system 1 can have one or more sensors 8 for inline characterization of properties of the formulation 2. These include one or more of the formulation temperature sensor 8I for measuring a formulation temperature 7I, the formulation outlet quantity sensor 8J for measuring a formulation parameter 7J that describes the outlet quantity or throughput (mass flow) of formulation, and/or the formulation property sensor 8K, which measures one or more properties of the formulation 2 and outputs them as formulation property parameter 7K, preferably the (relative) moisture or residual moisture and/or the drying loss.
- the formulation temperature sensor 8I for measuring a formulation temperature 7I
- the formulation outlet quantity sensor 8J for measuring a formulation parameter 7J that describes the outlet quantity or throughput (mass flow) of formulation
- the formulation property sensor 8K which measures one or more properties of the formulation 2 and outputs them as formulation property parameter 7K, preferably the (relative) moisture or residual moisture and/or the drying loss.
- the formulation parameters 10, 11 are preferably at least one parameter characterizing particles of the formulation 2, such as a particle size or particle size distribution (XD10, XD50 and/or XD90) or a corresponding size.
- the formulation parameters 10, 11 are preferably a (relative) moisture or residual moisture and/or a loss on drying (LoD) and/or a corresponding value.
- the additional formulation parameters 10,11 can be determined as required by the formulation temperature sensor 8I, the formulation outlet quantity sensor 8J and/or the formulation property sensor 8K or as formulation temperature 7I, formulation outlet quantity parameter 7J and/or formulation property parameter 7K.
- corresponding measured variables such as the particle size or particle size distribution (XD10, XD50 and/or XD90) of formulation 2 can be used to form model 12.
- XD10, XD50 and/or XD90 particle size or particle size distribution
- an in-line measurable property, in particular moisture, of the intermediate product 14 can be determined as an intermediate product property parameter 8L by means of an intermediate product (moisture) sensor 8L. If provided, this can also be taken into account in the model 12, in particular used as an input variable, or used as a basis for the control of the system 1 (in addition).
- Sensors 8 are used for the granulator 13 and the dryer 15 respectively.
- control parameters 5 which can be dynamically adjusted for the system control, particularly preferably for the system control, the selection of which for the further aspects of the invention can represent an independent idea of the invention, include:
- the feeder drive control parameter 5A preferably characterizing a dosage of the feedstock 3
- the granulator drive control parameter 5B preferably characterizing an extruder speed of an extruder of the granulator 13, which can form a granulating unit 17 of the granulator 13, or a (other) variable corresponding to a conveying or processing speed of the granulator 13
- the injection device control parameter 5C in particular a spray rate characterizing the amount of liquid supplied per unit time 13B.
- the fluid bed drive control parameter 5H preferably characterizing a speed of a carousel of the dryer 15
- the supply air conveyor drive control parameter 5E preferably representing an inlet-side supply air flow
- the supply air temperature control device control parameter 5F in particular representing the temperature of the inlet-side inflow of the air 27.
- the particularly preferred parameters 3, 7 as input variables for the system control or the model, the selection of which for the further aspects of the invention can represent an independent aspect of the invention, include:
- the granulator parameter 7B in particular characterizing an extruder torque of the extruder of the granulator 13 or another parameter for the consistency and/or the feed rate of the feedstock 3 being processed dependent parameter of the granulator drive 6B; and/or the one or more granulator temperatures 7D, in particular characterizing one or more temperatures of the feedstock 3 being processed in the granulator 13 at preferably different positions along a material flow of the feedstock 3 in the granulator 13 or temperatures corresponding thereto; and/or the granulator temperature 7D or the intermediate product property parameter 7L, which is the temperature of the intermediate product or corresponds thereto.
- the exhaust air parameter(s) 7G in particular characterizing the exhaust air temperature and/or (relative) humidity and/or throughput (for example represented by a pressure difference) of the exhaust air 27; and/or the formulation outlet quantity parameter 7J, in particular characterizing the outlet quantity and/or a pressure difference in connection with the output of the formulation, for example via a filter or sieve.
- the feedstock parameter 4 preferably characterizing a moisture and/or granularity of the feedstock 3.
- the formulation property parameter 7K preferably characterizing a particle size distribution, in particular D10, D50 and/or D90, and/or a drying loss.
- Fig. 3 shows a simplified, schematic view of an artificial neural network 32 for determining control parameters 5 for controlling the system 1 or the actuators 6 thereof.
- the model 12, in particular the static part 12A of the model 12, is formed by the artificial neural network 32 or has the artificial neural network 32.
- An example of the structure of the artificial neural network 32 is shown in Fig. 3.
- the artificial neural network 32 has nodes 36 in an input layer 33 in the form of input nodes which correspond to one or more of the feedstock parameters 4, to one or more of the state parameters 7 of the granulator 13, to one or more of the state parameters 7 of the dryer 15 and/or to one or more of the target formulation parameters 10.
- the artificial neural network 32 has nodes 36 in one or more hidden layers 34, via which the input layer 23 can be linked to an output layer 35.
- the artificial neural network 32 may have nodes 36 in the form of output nodes in an output layer 35, which correspond to one or more of the control parameters 5.
- the nodes 36 of different layers 33, 34, 35 can be connected to one another by means of edges 37.
- the nodes 36 can form a graph by means of the edges 37.
- the nodes 36 and/or edges 37 preferably have weights 38 which specify the links of the nodes 36 which can be represented by means of the edges 37.
- the artificial neural network 32 is or is preferably trained with data sets that consist of different combinations of the input material parameters 4, state parameters 7 and control parameters 5 as well as actual formulation parameters 11 that adjust themselves under these specifications.
- the training data sets each represent a stationary state of the system 1 , in which the actual formulation parameters 11 and state parameters 7 based on constant control parameters 5 and input material parameters 4 have assumed an at least essentially static value.
- the artificial neural network 32 is or is preferably trained by supplying the input nodes 36 with at least one, preferably several, state parameters 7 of the granulator 13, preferably influenced by the feedstock 3, and at least one, preferably several, corresponding, preferably influenced by the feedstock 3, state parameters 7 of the dryer 15 of the respective training data set.
- the input nodes are or are preferably each further provided with one or more corresponding actual formulation parameters 11 and with one or more corresponding input material parameters 4 of the respective training data set.
- control parameters 5 values of the neural network 32
- the output nodes node 36 of the output layer 35
- the errors are reduced or compensated by adjusting the weights 38 of the artificial neural network 32, preferably by means of back propagation and/or successively.
- target formulation parameters 10 together with further current parameters 4, 7 are specified to the artificial neural network 32 (at the input layer 33) instead of actual formulation parameters 11, whereupon control parameters 5 for controlling the system 1 (at the output layer 35) result, on the basis of which the system 1 can be controlled or is (automatically) controlled.
- the parameters 4, 5, 7, 10 for which nodes 36 are provided are preferably at least:
- a node 36 to the granulator temperature 7D in particular several nodes 36 to several granulator temperatures 7D;
- a node 36 to an exhaust air parameter 7G in particular to the temperature and humidity of the air 27 and/or the pressure difference of the air 27 across the separator 30;
- nodes for one or more of the following state parameters 7 are provided in the input layer 34:
- a node 36 to a formulation property parameter 7K, and/or to one or more of the following control parameters 5 is provided in the output layer 35:
- the state parameters 7, to which a node 36 corresponds in each case include the granulator parameter 7B, in particular a granulating unit torque of the granulator 13, one or more of the granulator temperatures 7D at different positions along a transport path of the granulator 13 for the feedstock 3, the formulation temperature 7I, in particular a temperature of the formulation 2 at the formulation outlet 31 of the dryer 15, a formulation property parameter 7K, in particular the humidity, in particular relative humidity, of the formulation 2 at the formulation outlet 31 of the dryer 15, and/or an exhaust air parameter 7G, in particular characterizing a pressure loss across a filter, here by way of example (cyclone) separator 30, of the dryer 15.
- the granulator parameter 7B in particular a granulating unit torque of the granulator 13
- the formulation temperature 7I in particular a temperature of the formulation 2 at the formulation outlet 31 of the dryer 15
- the artificial neural network 32 is preferably trained to generate control parameters 5 from the parameters 4, 7, 10 fed into the nodes 36 of the input layer, with which the system 1 or the combination of granulator 13 and dryer 15 can be controlled.
- the control parameters 5 generated by the artificial neural network 32 are preferably, but not necessarily, optimized using the dynamic model 12B before they are used as the basis for controlling the system 1.
- control parameters 5 are preferably determined only or primarily on the basis of the input material parameter(s) 4, state parameter 7 and target formulation parameter 10.
- the temperature and/or humidity of the intermediate product 14 are taken into account at most.
- the model 12 preferably takes into account future effects of changes in state parameters 7 on the actual formulation parameters 11, preferably by means of predictions.
- the dynamic part of the model 12 is preferably designed to take into account changes in the actual formulation parameters 11 caused by long-term effects.
- the controller 9 preferably takes into account future effects of changes in the control parameters 5 on the actual formulation parameters 11 and/or state parameters 7, preferably by means of predictions.
- the dynamic part of the model 12 is designed to pre-compensate for changes in the actual formulation parameters 11 caused by long-term effects.
- the model 12 can use predictions about future developments of the actual formulation parameters 11 as a basis for determining or adjusting the control parameters 5.
- the model 12 can have, in addition to the static part 12A, with which a base value is or is determined for the respective control parameter 5 from the state parameters 7 and, preferably, the input material parameters 4 and the target formulation parameter(s) 10, the dynamic part 12B, with which the base value is optimized by means of a prediction.
- a change in actual formulation parameters 11 when the current state parameters 7 change can be predicted based on input material parameters 4 and current state parameters 7, and based on this forecast, the base values for the control parameters 5 can be adjusted and the plant 1 can be controlled with the adjusted control parameters 5.
- the model 12, in particular the dynamic part 12B of the model 12, is therefore designed to predict long-term effects of changes in the control parameters 5 on the actual formulation parameters 11 and/or state parameters 7.
- the control system 9 is thus set up by the model 12 to control the system 1 or combination of granulator 13 and dryer 15 while compensating for the long-term effects. In this way, surprisingly and despite the direct coupling of granulator 13 and dryer 15, production can be achieved while maintaining small/permissible deviations of the actual formulation parameters 11 from the target formulation parameters 10.
- the model 12 is only intended to predict properties of the formulation 2 or to be implemented, the model 12 or the artificial neural network 32 can be constructed differently than in the case of a preferably fully automatic control by means of the model 12, namely preferably in such a way that the formulation 2 characterizing properties, in particular one or more predicted actual formulation parameters 11 can be determined and/or output.
- the model 12 is preferably used to determine or predict one or more actual formulation parameters 11 only or primarily on the basis of the input material parameter(s) 4, state parameter 7 and specified control parameter 5.
- a change in actual formulation parameters 11 can be predicted, preferably based on input material parameters 4, current state parameters 7 and/or control parameters 5 or their base values, taking into account a change in the state parameters 7 associated with a change in control parameters 5, and based on this forecast, the resulting actual formulation parameters 11 can be predicted and, preferably, output.
- the model 12, in particular the dynamic part 12B of the model 12, is thus preferably designed to predict long-term effects of changes in the state parameters 7 on the actual formulation parameters 11. This can surprisingly provide the user with an indicator for selecting suitable control parameters 5, despite the direct coupling of the granulator 13 and dryer 15 with the predicted actual formulation parameters 11.
- non-in-line measurable properties of the intermediate 14 are preferably ignored, for example a physical property of the intermediate 14 that characterizes particles of the intermediate 14. In particular, all properties of the intermediate 14 are ignored, except the temperature and humidity of the intermediate 14.
- the model 12 therefore preferably takes into account only those parameters of the feedstock 2 or the intermediate product 14 being processed that can be measured in-line, i.e. that do not require sampling and analysis separate from the plant.
- the model 12 can alternatively be designed to forecast the actual formulation parameters 11.
- the model 12 or artificial neural network 32 is designed differently than the artificial neural network 32 for determining the control parameters 5.
- the parameters 4, 5, 7, 10, for which nodes 36 are provided are, in the case of determining predicted actual formulation parameters 11 with the model 12, preferably at least:
- a node 36 to the granulator temperature 7D in particular several nodes 36 to several granulator temperatures 7D;
- a node 36 to an exhaust air parameter 7G in particular to the temperature and humidity of the air 27 and/or the pressure difference of the air 27 across the separator 30;
- nodes 36 are provided for one or more of the following state parameters 7 in the input layer 34:
- the artificial neural network 32 can be trained with corresponding or the same data sets as the artificial neural network 32 for determining the control parameters 5.
- Fig. 4 shows a schematic diagram of past and predicted trends of one or more parameters 5, 7, 10 and 11 .
- one or more of the parameters 5, 7, 10 is changed or a change is predicted at discrete times tk+ P.
- the times tk+ P are spaced apart from one another by a sampling time At.
- the sampling time At it is not absolutely necessary for the sampling time At to be constant, even if this is possible, and the sampling time At can be chosen to be short, so that the course of the parameter(s) 5, 7, 11 can be at least essentially continuous.
- the forecast of the parameter(s) 5, 7, 11 can have different and also both increasing and decreasing courses with the aim of approximating a measured value such as the state parameter 7 and/or the actual formulation parameter 11 of the reference trajectory 39.
- the curve according to Fig. 4 represents a possible system behavior, which takes into account an advantageously optimized control of the system 1 or the manufacturing process by means of the model 12 and the development of different variables taken into account both in the past and in the future.
- Fig. 5 shows a schematic diagram of the result of a control with constant control parameters 5 over time.
- one or more state parameters ? result due to the at least substantially constant control parameter or parameters 5.
- the state parameter or parameters 7 preferably approach asymptotically a fixed value, taking into account quality dynamics 42 that can be measured at discrete points in time.
- the static part of the model 12A can be determined on the basis of one or a combination of the constant control parameters 5 and the state parameter(s) 7 resulting therefrom.
- a machine-learning-based model 12A of the static system behavior can be generated on this basis.
- this can be an artificial neural network 32, but in principle other machine-learning-based methods are also possible.
- Fig. 6 shows a schematic diagram of forecasts offset from one another over time t.
- future measured values K depend on earlier developments and current control parameters 5 or state parameters 7.
- Such a regression can be solved using a time series forecast, as indicated in Fig. 6. Shown are courses of the measured values K at different relative times which are offset from one another by a time difference or sampling time At and which indicate that these are forecasts of the time series.
- Fig. 7 shows a schematic diagram of process properties over time. The basic idea is to combine the static behavior, as explained for example with reference to Fig. 5, with the dynamic behavior and predicted developments taking into account past developments, so that, as shown by way of example in Fig.
- a process is started with static base values, preferably determined by the static part 12A of the model 12, and then during production, through repeated, iterative optimization, in particular by means of a time forecasting approach, the desired attributes, in particular actual formulation parameters 11, can be achieved in a short time and then at least essentially maintained.
- the system 1 initially reaches a quasi-stationary state before the readjustment is activated by means of the dynamic part 12B of the model 12 and then preferably starts by means of a time series forecasting at intervals of the sampling time ⁇ t.
- other control strategies are also possible.
- the proposed system 1 can be used particularly advantageously in a system 45 for producing tablets.
- An extended method for this is shown in Fig. 8 using a schematic flow diagram.
- some components for processing the starting material 3 and/or for post-processing the formulation 2, such as a preferably pneumatic conveying system 46, can be provided, which add additional functions to the system 1, as will now be explained in more detail with reference to Fig. 9.
- Fig. 9 shows a plant 1 embedded in a system 45.
- the plant 1 can be preceded by the preparation of the feedstock 3.
- components 47 of the feedstock 3 are sieved and/or mixed in a preparation step.
- the feedstock 3 produces, in the present case by way of example and also overall preferably a powder mixture of the components 47.
- a granulation step 49 which preferably takes place continuously with the subsequent drying step 50, the feedstock 3 is then processed by means of the granulator 13 to form the intermediate product 14, preferably with the addition of liquid 13B, also called granulation liquid.
- the intermediate product 14 is then dried by means of the dryer 15, which ultimately produces the formulation 2.
- Formulation 2 can then be further processed.
- formulation 2 can be sieved, for example in a post-processing device 52, in particular for particle selection, to form a post-processed (in particular sieved) formulation 53.
- a post-processing device 52 in particular for particle selection
- formulation 2 or post-processed formulation 53 is mixed to form a final mixture 54 in a mixing process 55 with additives such as disintegrants and/or binders 56.
- a dosage form 58 in particular one or more tablets, can be produced from the formulation 2 or the post-processed formulation 53 or the final mixture 54 by means of a tabletting process 57, in particular a compression process.
- the proposed, preferably pharmaceutical process focuses on the continuous process steps of producing solid oral dosage forms, as exemplified by a schematic flow diagram in Fig. 8 and additionally explained below using the system 45 from Fig. 9.
- the intermediate product 14 preferably wet granulate (wet or moist granulate) is formed in a continuous granulation step with the granulator 13, preferably a so-called twin-screw granulation (TSG).
- TSG twin-screw granulation
- the Liquid 13B can be added to the feedstock 3 in the granulator 13 or during the granulation process. This can be done with the injection device 6C.
- the intermediate product 14 is preferably transferred in a continuous product stream directly into the continuously operating dryer 15, here a fluid bed dryer. After the two continuous process steps of granulation and drying, the formulation 2 is created, preferably a dry granulate (dried wet granulate).
- the formulation 2 is optionally and preferably subsequently sieved (to form the post-processed formulation 53) and/or mixed with an extragranular phase (an additive/explosive and/or binding agent 56) to obtain the final mixture 54.
- This final mixture 54 (final mixture) preferably forms the starting material for a tableting process 57, is used for tabletting or the system 45 is designed for this purpose.
- the two continuous process steps of granulation and drying are provided as system 1.
- the system preferably combines system 1 into a total of at least three, in particular four, different process units or production steps.
- the feeding and twin-screw wet granulation process units are responsible for the continuous granulation process.
- the following two process units - continuous fluid bed drying and pneumatic conveying system - are responsible for the continuous drying process.
- a total of - preferably six - control parameters 5 are defined for the control/control device 9 of the continuous granulating and drying plant 1 or are used for the control.
- the at least two, preferably at least three control parameters 5 or main input variables for the granulator 13 are or preferably include the dosing quantity [kg/h] (of the feedstock 3), the extruder speed [rpm] (of the granulator 13) and/or the spray rate [g/min] (of the injection device 6C).
- the at least two, preferably at least three control parameters 5 or main input variables are or include the supply air flow [m 3 /h] (into the dryer 15), the supply air temperature [°C] (of the supply air into the dryer 15) and/or the carousel speed [rpm] (of the dryer 15 or a carousel thereof).
- FIG. 8 and 9 A schematic view of the material and data flow of the continuous granulating and drying plant 1 or the system 45 formed thereby is shown in Fig. 8 and 9.
- the system 45 operates according to a bin-to-bin approach or is designed to do so.
- a first container feeds a preferably homogeneous powder premix as feedstock 3 into the continuous line (consisting of granulator 13 and dryer 15) in order to obtain the dried granulate as formulation 2 in a second container after the two continuous process steps - preferably twin-screw wet granulation and fluid bed drying.
- the powder premix as feedstock 3 is preferably prepared in batches by the system 45.
- the further processing of the dry granulate (formulation 2) is preferably also carried out in batches, as shown by way of example in Fig. 9.
- this bin-to-bin process offers greater flexibility, as the system 45 itself can be used modularly.
- One advantage is therefore to embed the continuous process of granulation and drying in a bin-to-bin process in order to achieve the aforementioned advantages while at the same time maintaining a high level of flexibility.
- control parameters 5 preferably includes the six relevant control parameters 5 as already described above.
- the second type of data are state parameters 7 relating to process states (e.g. temperatures, pressure losses, torques), which can be measured via several sensors 8 throughout the system 1, preferably in an online and/or real-time mode.
- process states e.g. temperatures, pressure losses, torques
- the third data type preferably comprises one or more feedstock parameters 4 and/or actual formulation parameters 11.
- These critical material attributes are preferably measured as in-process control, preferably separately from the plant 1, discontinuously and/or on the basis of samples and therefore form the third data type with a time delay.
- a complete data set with all three data types forms the basis for the creation of the model(s) 12 used in the invention.
- control parameters 5 and state parameters 7 that can be directly influenced by control parameters 5 or are not influenced by the input material 3 and the resulting output variables are to be understood.
- the resulting state parameters 7 that are influenced by the input material (for example 10 states; measured online and in real time) and the material attributes (preferably attributes characterizing the input material 3 and the formulation 2 described with, for example, a total of four material parameters or actual formulation parameters 11; measured offline and with a time delay) can be defined as output variables.
- the continuous granulation and drying plant 1 preferably combines different (continuous) process steps. Therefore, the process parameters or control parameters 5 of a process unit also influence the Process states or state parameters 7 of the following units and at the end also the material properties or actual formulation parameters 11.
- the invention further relates to a computer program product or computer-readable storage medium comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the proposed method/the steps of the method or parts thereof.
- aspects of the present invention can be implemented separately from one another, but also in different combinations.
- aspects described in connection with the system 45 can be combined or can be advantageous in combination with the aspects previously described in connection with the combination of the granulator 13 and the dryer 15.
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Abstract
Die Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines kontinuierlichen Granulier- und Trocknungsprozesses sowie eine Anlage und ein System hierfür, wo- bei ein Modell eine Kombination aus Granulierung mit dem Granulator und anschlie- ßender Trocknung mit dem Trockner berücksichtigt und mit dem Modell basierend auf Zustandsparametern der Anlage Steuerparameter oder prognostizierte Formu- lierungsparameter ermittelt werden; und/oder wobei das Modell einen statischen Teil aufweist, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter oder prognostizierten Formu- lierungsparameter mit den Zustandsparametern ein Basiswert ermittelt wird oder ist, und das Modell einen dynamischen Teil aufweist, mit dem der Basiswert mittels einer Vorhersage optimiert wird.
Description
Verfahren zur Steuerung eines kontinuierlichen Granulier- und Trocknungsprozesses sowie Anlage und System hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage sowie eine Anlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14 und ein System mit der Anlage.
Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist vorrangig die Herstellung von Medika- menten-Darreichungsformen, insbesondere von Tabletten, Kapseln oder Granulaten. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch auch in anderen technischen Bereichen einsetzbar, insbesondere wenn eine Formulierung mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Attribut betreffend Partikel der Formulierung wie einer vorgegebenen Partikelgrößenverteilung und/oder Feuchtigkeit erzeugt werden soll. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Formulierung tablettiert werden soll, was zwar besonders bevorzugt im pharmazeutischen Bereich der Fall ist, jedoch grundsätzlich auch im Zusammenhang mit Reinigungsmitteln, Lebensmitteln oder dergleichen möglich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren sowie eine Anlage zur bevorzugt kontinuierlichen Herstellung einer Formulierung aus einem Einsatzstoff. Ganz besonders bevorzugt wird die Anlage mit einem vorschlagsgemäßen Verfahren derart gesteuert bzw. die Anlage ist dazu ausgebildet, dass aus dem Einsatzstoff eine Formulierung einer vorgegebenen oder vorgebbaren, Partikel der Formulierung betreffenden Eigenschaft, wie Homogenität bzw. Partikelverteilung, und, vorzugsweise, einer vorgegebenen oder vorgebbaren (relativen) Feuchtigkeit erzeugt wird.
Als vorteilhaft zur Herstellung der Formulierung aus dem Einsatzstoff hat sich die Kombination eines Granulators und eines T rockners erwiesen. So kann zunächst mit dem Granulator ausgehend von dem Einsatzstoff ein Zwischenprodukt (Granulat) mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Partikelverteilung erreicht werden, während das Zwischenprodukt im Anschluss mittels des Trockners auf eine vorgegebene oder vorgebbare (relative) Feuchtigkeit konditioniert werden kann.
Eine Schwierigkeit hierbei besteht darin, dass die variierenden Eigenschaften des Zwischenprodukts Auswirkungen auf die Trocknung und damit auf die Formulierung haben.
Grundsätzlich sind Fließbettgranulatoren bekannt. In der dort offenbarten Lösung werden in demselben Schritt eine bestimmte Partikelverteilung und Konditionierung hinsichtlich einer relativen Feuchtigkeit bewirkt. Lösungen auf Basis von Fließbettgranulatoren haben jedoch Nachteile hinsichtlich der zuverlässigen Erzeugung einer exakten Partikelgrößenverteilung und Feuchtigkeit und sind zudem nur für bestimmte Einsatzstoffe geeignet.
Im Vergleich hierzu hat sich der Einsatz eines Granulators gefolgt von dem Einsatz eines hiervon getrennt realisierten Trockners als vorteilhafter erwiesen, da hier die Komponenten auch getrennt voneinander nutzbar sind und ggf. eine exaktere Partikelgrößenverteilung und relative Feuchtigkeit, bevorzugt zumindest im Wesentlichen unabhängig voneinander, erreicht werden können. Das vorschlagsgemäße Verfahren kann jedoch grundsätzlich auch zur Steuerung von Fließbettgranulatoren vorteilhaft sein.
Auch Kombinationen eines Granulators und eines Trockners sind grundsätzlich bekannt, zunächst einmal im Batch-Betrieb. Bei einem Batch-Prozess wird eine Charge des Einsatzstoffs einem ersten Herstellungsschritt unterzogen und im Anschluss wird die gesamte Charge einem anderen, zweiten Herstellungsschritt unterzogen, bevor das Resultat, also die Formulierung, aus dem Herstellungsprozess hervorgeht.
Im Gegensatz dazu ist es bei einem kontinuierlichen Herstellungsprozess, der vorzugsweise der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, so, dass nach einer Startphase gleichzeitig Einsatzstoff zugeführt wird, während zuvor zugeführter Einsatzstoff dem Herstellungsprozess unterzogen wird und wiederum zuvor zugeführter Einsatzstoff, der dem Herstellungsprozess bereits vollständig unterzogen worden ist, entnommen wird. Es wird also in einem kontinuierlichen Prozess gleichzeitig Einsatzstoff zugeführt und das Resultat in Form der Formulierung entnommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt eine kontinuierliche Herstellung der Formulierung bzw. ein kontinuierliches Verfahren und die Anlage hierfür bzw. das System mit der Anlage, vorzugsweise im Gegensatz zu einem Batch-Prozess. Vorteile eines kontinuierlichen Prozesses sind:
- einfache Skalierbarkeit (Skalierung nach Zeit und Durchsatz möglich)
- geringer Platzbedarf der Anlage
- kürzere Stillstandzeiten der Anlage im Vergleich zu Batch-Anlagen
- höherer Automatisierungsgrad möglich
- höhere Produktqualität
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, ein Verfahren sowie eine Anlage und ein System anzugeben, durch die der Prozess zur Herstellung der Formulierung aus dem Einsatzstoff hinsichtlich einer zuverlässigen und gleichbleibenden Realisierung von Attributen wie insbesondere einer Partikelgrößenverteilung und Feuchtigkeit verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , eine Anlage gemäß Anspruch 14 oder ein System gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage zur Herstellung einer Formulierung aus einem Einsatzstoff, wobei die Herstellung eine Verarbeitung des Einsatzstoffs mit einem Granulator und eine Trocknung eines aus dem Einsatzstoff mit dem Granulator hergestellten Zwischenprodukts mittels eines Trockners umfasst.
In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung werden basierend auf einem Modell Steuerparameter der Anlage ermittelt. Hierbei berücksichtigt das Modell vorgegebene Soll-Formulierungsparameter, die gewünschte Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung repräsentieren.
Die gewünschten Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung ist insbesondere eine beabsichtige Körnungseigenschaft und Feuchtigkeit.
Dem Modell können hierbei veränderlich vorgebbare Soll-Formulierungsparameter übergeben werden, mit denen das Modell die Steuerparameter bestimmt. Die Soll- Formulierungsparameter können jedoch alternativ oder zusätzlich bei der Bildung des Modells berücksichtigt werden oder worden sein.
Die Steuerparameter sind oder repräsentieren Stellgrößen zur Steuerung von Aktoren der Anlage.
Es werden Zustandsparameter der Anlage bestimmt und durch das Modell verarbeitet. Hierzu werden diese vorzugsweise an das Modell übergeben und von diesem zur Bestimmung der Steuerparameter verwendet.
Die Zustandsparameter repräsentieren jeweils einen die Herstellung beeinflussenden Zustand der Anlage und sind vorzugsweise Sensorwerte.
Ferner werden Einsatzstoffparameter durch das Modell berücksichtigt. Insbesondere werden dem Modell veränderlich vorgebbare Einsatzstoffparameter übergeben, mit denen das Modell die Steuerparameter bestimmt. Die Einsatzstoffparameter können jedoch alternativ oder zusätzlich zumindest teilweise bei der Bildung des Modells berücksichtigt werden oder worden sein.
Die Einsatzstoffparameter repräsentieren ein Attribut des Einsatzstoffs, insbesondere eine Feuchtigkeit und/oder eine Körnungseigenschaft.
In einem Aspekt ist der Trockner mit dem Granulator derart gekoppelt, dass das Zwischenprodukt automatisch unterbrechungsfrei aus dem Granulator in den Trockner gefördert wird. Das Modell berücksichtigt vorschlagsgemäß die kontinuierlich ablaufende Kombination aus Granulierung mit dem Granulator und anschließender Trocknung mit dem Trockner.
In einem mit dem ersten kombinierbaren zweiten Aspekt weist das Modell einen statischen Teil auf, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter ein Basiswert ermittelt wird, und einen dynamischen Teil, mit dem der Basiswert mittels einer Vorhersage optimiert wird.
In einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung werden basierend auf einem (demselben oder einem anderen) Modell Ist-Formulierungsparameter prognostiziert.
Hierbei berücksichtigt das Modell die Steuerparameter, die in diesem Aspekt vorgegebenen oder vorgebbar sind. Vorzugsweise werden dem Modell veränderlich vorgebbare Steuerparameter übergeben, mit denen das Modell die Ist-Formulierungsparameter prognostiziert. Die Steuerparameter können jedoch alternativ oder zusätzlich zumindest teilweise bei der Bildung des Modells berücksichtigt werden oder worden sein.
Die Ist-Formulierungsparameter repräsentieren tatsächliche Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung, insbesondere eine tatsächliche Körnungseigenschaft und Feuchtigkeit.
Wie bereits in der ersten Variante werden die Zustandsparameter bestimmt und durch das Modell verarbeitet und die Einsatzstoffparameter durch das Modell berücksichtigt.
Ferner sind, wie bereits in der vorherigen Variante, in einem Aspekt der Trockner mit dem Granulator derart gekoppelt, dass das Zwischenprodukt automatisch unterbrechungsfrei aus dem Granulator in den Trockner gefördert wird. Das Modell berücksichtigt vorschlagsgemäß die kontinuierlich ablaufende Kombination aus Granulierung mit dem Granulator und anschließender Trocknung mit dem Trockner.
In einem mit dem ersten kombinierbaren zweiten Aspekt weist das Modell auch in der zweiten Variante einen statischen Teil auf, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter ein Basiswert ermittelt wird, und einen dynamischen Teil, mit dem der Basiswert mittels einer Vorhersage optimiert wird.
In einem vorschlagsgemäßen Verfahren sind oder werden zur Steuerung der Anlage zur Herstellung der Formulierung aus einem Einsatzstoff oder zur Unterstützung der Steuerung also zunächst Einsatzstoffparameter vorgegeben oder berücksichtigt, die einen Zustand des Einsatzstoffs repräsentieren, insbesondere eine Feuchtigkeit und/oder eine Partikeleigenschaft wie eine Partikelgrößenverteilung.
Ein Einsatzstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein granulierbarer Stoff, also ein Stoff, der durch einen Granulationsprozess zu einem Granulat verarbeitet werden kann. Bei dem Einsatzstoff handelt es sich ganz besonders bevorzugt um ein Pulver oder Granulat, dessen Partikeleigenschaften durch einen Granulationsprozess geändert werden können.
Ferner ist der Einsatzstoff vorzugsweise ein Stoffgemisch, also ein zumindest im Wesentlichen homogenes Gemisch unterschiedlicher, bevorzugt fester Komponenten. Diese Komponenten können einen Wirkstoff, insbesondere pharmakologisch oder auf sonstige Weise wirksamen Stoff, einen Füllstoff und/oder ein Sprengmittel aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei dem Einsatzstoff um ein zumindest im Wesentlichen homogenes Pulvergemisch.
Bei der Herstellung der Formulierung aus dem Einsatzstoff werden vorzugsweise Materialparameter des die Anlage durchlaufenden Einsatzstoffs über sein Zwischenprodukt bis hin zum Endprodukt (Formulierung) nicht durch Probennahme und Analyse abseits der Anlage bestimmt. Stattdessen werden ausschließlich im laufenden, kontinuierlichen Betrieb messbare Parameter verwendet.
Entweder es werden gar keine Materialparameter ermittelt oder allenfalls in-line- messbare Materialparameter, beispielsweise Messwerte von kontaktlosen Messverfahren, einer Reflexions- und/oder Transmissionsmessung, insbesondere mit infraroter Strahlung, beispielsweise als Indikator für die Materialfeuchte. Von der Messung von Partikelgrößenverteilungen wird im Herstellungsprozess zumindest vom Zwischenprodukt vorzugsweise abgesehen.
Zur vorschlagsgemäßen Steuerung können Steuerparameter der Anlage bestimmt werden, die Stellgrößen zur Steuerung von Aktoren der Anlage sind oder repräsentieren. Mit diesen Steuerparametern kann die Anlage also gesteuert werden. Dies erfolgt vorzugsweise, indem unterschiedliche Aktoren der Anlage mit den Steuerparametern gesteuert werden, sodass diese einen Einfluss auf den Einsatzstoff bzw. das Zwischenprodukt nehmen.
Alternativ oder zusätzlich werden zur Unterstützung der Steuerung Ist-Formulierungsparameter prognostiziert, die Eigenschaften der hergestellten Formulierung unter vorgegebenen Randbedingungen repräsentieren. Dies kann auf Basis der vorgegebenen oder vorgebbaren Steuerparameter erfolgen.
Mit anderen Worten können unter bevorzugt manueller Vor- oder Eingabe der Steuerparameter Ist-Formulierungsparameter prognostiziert und bevorzugt ausgegeben werden. Dies ermöglicht einem Benutzer einen - wiederum bevorzugt manuellen - Vergleich mit Soll-Formulierungsparametern und eine Vorgabe variierter Steuerparameter, um die prognostizierten Ist-Formulierungsparameter den Soll-Formulierungsparametern anzugleichen. Die variierten Steuerparameter werden dann vorzugsweise der Steuerung der Anlage zugrunde gelegt.
Bevorzugt werden mit den Steuerparametern zumindest ein Granulator-Antrieb und eine Zuführung für ein Trockenmittel, insbesondere (konditionierte) Luft, gesteuert. Ergänzend können eine Zuführeinrichtung für den Einsatzstoff, eine Einspritzung für
Flüssigkeit bei der Granulierung, eine oder mehrere Temperiereinrichtung(en) des Granulators, eine Fördereinrichtung für das Trockenmittel zur Einstellung eines Trockenmittel-Volumenstroms und/oder eine Temperiereinrichtung zur Temperierung des Trockenmittels mit den Steuerparametern gesteuert werden.
Für die Steuerung der Anlage bzw. zur Unterstützung der Steuerung werden Zustandsparameter der Anlage, insbesondere ein oder mehrere Sensorwerte, bestimmt, die vorzugsweise jeweils einen den Prozess zur Herstellung der Formulierung aus dem Einsatzstoff beeinflussenden Zustand der Anlage repräsentieren. Hierzu zählen insbesondere Temperaturen und/oder Drücke bzw. Druckdifferenzen und/oder Drehmomente und/oder Volumenströme. Es sind jedoch auch andere Parameter bzw. Sensorwerte denkbar, die einen Zustand der Anlage beschreiben.
Die Zustandsparameter beschreiben jedoch vorzugsweise keine oder jedenfalls nicht unmittelbar Materialeigenschaften des Einsatzstoffs oder eines aus diesem gebildeten Zwischenprodukt (Granulat) oder Endprodukts (Formulierung).
Jedenfalls ist bevorzugt, dass im kontinuierlich ablaufenden Prozess der Granulierung und Trocknung keine Partikelgrößenverteilung, keine Größe, keine Form, keine Dichte und/oder kein Wirkstoffgehalt des Einsatzstoffs oder hieraus gebildeten Zwischenprodukts bestimmt wird/werden. Insofern verfolgt die vorliegende Erfindung einen gegenüber dem Stand der Technik gänzlich anderen Ansatz. Eigenschaften des Einsatzstoffs können hingegen im Vorfeld bestimmt werden und Eigenschaften des Endprodukts, also der Formulierung, zur Verifikation nach Fertigstellung und/oder zur Bildung eines Modells.
Soll-Formulierungsparameter sind oder werden vorzugsweise zur Steuerung vorgegeben, die die gewünschten Eigenschaften der hergestellten oder heuzustellenden Formulierung repräsentieren, insbesondere eine oder mehrere physikalische Eigenschaften wie einer Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, Partikelform oder Dichte und/oder eine Feuchtigkeit der Formulierung.
Ferner werden zur Modellbildung und/oder Verifikation vorzugsweise durch Charakterisierung der Formulierung Ist-Formulierungsparameter bestimmt, die die tatsächlichen Eigenschaften der hergestellten oder heuzustellenden Formulierung repräsentieren, insbesondere eine oder mehrere physikalische Eigenschaften wie eine
Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, Partikelform oder Dichte und/oder eine Feuchtigkeit der Formulierung.
Schließlich ist vorgesehen, dass die Steuerparameter basierend auf dem Modell ermittelt werden. Die Anlage kann dann mit den Steuerparametern, die vorzugsweise durch Verarbeitung der Zustandsparameter mit dem Modell ermittelt werden, im Prozess zur Herstellung der Formulierung gesteuert werden.
Die (gemessenen) Ist-Formulierungsparameter werden vorzugsweise verwendet, um das Modell herzuleiten bzw. zu definieren. Die (gemessenen) Ist-Formulierungsparameter werden jedoch vorzugsweise nicht im laufenden Prozess der Steuerung der Anlage zugrunde gelegt.
Die Steuerparameter werden vorzugsweise also nicht durch Verarbeitung der (gemessenen) Ist-Formulierungsparameter bestimmt bzw. hieraus abgeleitet. Denn es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass eine Ableitung der Steuerparameter aus (gemessenen) Ist-Formulierungsparametern zu spät einsetzt. Wenn (gemessene) Ist-Formulierungsparameter von den Soll-Formulierungsparametern im laufenden Prozess abweichen, ist bereits erheblicher Ausschuss vorprogrammiert. Es ist jedoch Ziel der Erfindung, derartigen Ausschuss zu vermeiden. Hierzu ist vielmehr bevorzugt, die Anlage (zumindest im Wesentlichen) unabhängig von den (gemessenen) Ist-Formulierungsparametern zu steuern oder dass die Anlage dazu ausgebildet ist.
Die (gemessenen) Ist-Formulierungsparameter werden vorzugsweise dazu verwendet, das Modell zu bestimmen bzw. ein Schema in Form des Modells abzuleiten, womit aus den Zustandsparametern der Anlage während des Prozesses die Steuerparameter abgeleitet werden.
Das Modell weist vorzugsweise eine machine-learning-basierte Struktur auf, insbesondere ein neuronales Netz.
Wie bereits erwähnt, weist die Anlage einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Granulator zur Verarbeitung des Einsatzstoffs zu einem Zwischenprodukt und einen Trockner auf, der mit dem Granulator derart gekoppelt ist, dass das Zwischenprodukt automatisch unterbrechungsfrei aus dem Granulator in den Trockner gefördert wird.
Das Modell berücksichtigt, insbesondere beschreibt, hierbei die Kombination aus Granulierung mit dem Granulator und der anschließenden T rocknung mit dem T rock- ner. Mit dem Modell können basierend auf den Zustandsparametern der Anlage, und vorzugsweise den Einsatzstoffparametern, die Steuerparameter, insbesondere Basiswerte, der Steuerparameter, ermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich werden prognostizierte (also nicht gemessene) Ist-Formulierungsparameter basierend auf dem Modell ermittelt. Hierbei kann es sich um ein anderes Modell handeln als zur Bestimmung der Steuerparameter. Die prognostizierten Ist-Formulierungsparameter können ausgegeben werden, um einen (manuellen) Vergleich mit Soll-Formulierungsparametern und ggf. eine (manuelle oder automatische) Anpassung der Steuerparameter zu ermöglichen. Die Steuerparameter werden dem Modell in diesem Fall bevorzugt vorgegeben.
Optional kann/können ein oder mehrere inline-messbare Eigenschaften des Zwischenprodukts, insbesondere ein oder mehrere optisch am Zwischenprodukt messbare Parameter, ergänzend berücksichtigt werden. Messwerte, deren Bestimmung eine Probennahme, von der Anlage getrennte Analyse oder Unterbrechung des Herstellungsprozesses erfordern, werden jedoch vorzugsweise vermieden.
Es ist also nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich zu Zustandsparametern der Anlage gewisse (physikalische) in-line-messbare Eigenschaften des Einsatzstoffs und/oder des Zwischenprodukts und/oder der Formulierung (Ist-Formulierungsparameter) ermittelt oder zur Regelung bzw. als Eingangsgröße des Modells verwendet wird/werden, beispielsweise eine Feuchtigkeit und/oder Partikelgrößenverteilung der Formulierung 7 oder hiermit bestimmte Größen, insbesondere soweit eine In-Line- Messung ohne Unterbrechung der kontinuierlichen Granulierung und Trocknung zur Bestimmung möglich ist.
Vorzugsweise ist hierbei eine Messung einer Partikelgrößenverteilung allenfalls oder lediglich der Formulierung vorgesehen, nicht jedoch des Zwischenprodukts. Entsprechend kann die Anlage einen Sensor zur Bestimmung eines Partikels der Formulierung beschreibenden Attributs wie einer Partikelgrößenverteilung aufweisen, vorzugweise jedoch nur am oder nach dem Formulierungs-Auslass zur Abgabe der Formulierung nach Trocknung des Zwischenprodukts. Der als Teil der Anlage oder eines Systems mit der Anlage vorgesehene Sensor ist insbesondere eine Inline-Sonde mit
Ortsfilteranemometrie zur Partikelgrößenmessung. Hier sind jedoch auch andere Prinzipien möglich.
Eine Feuchtigkeit wird vorzugsweise von der Formulierung, kann jedoch alternativ oder ergänzend auch von dem Zwischenprodukt bestimmt werden. Hierzu können eine oder mehrere Sensoren vorgehen sein. Insbesondere handelt es sich um einen optischen Sensor, besonders bevorzugt einen infrarotstrahlungsbasierten Sensor. In diesem Zusammenhang haben sich Sensoren auf Basis nah-infraroter Strahlung, insbesondere aus dem NIR-2 Spektrum von 860 bis 1040 nm Wellenlänge, als besonders vorteilhaft erwiesen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft unabhängig von sowie synergistisch mit der Modellbildung der Kombination aus Granulator und Trockner erwiesen, wenn das Modell einen statischen Teil aufweist, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter bzw. prognostizierten Ist-Formulierungsparameter aus den Einsatzstoffparametern und den Zustandsparametern ein Basiswert ermittelt wird oder ist, und das Modell ferner einen dynamischen Teil aufweist, mit dem der Basiswert mittels einer Vorhersage optimiert wird oder optimierbar ist.
Der statische Teil des Modells kann durch Bestimmung von Modellparametern definiert sein oder werden, die bei mehreren jeweils stationären (eingeschwungenen, zumindest im Wesentlichen statischen) Zuständen der Anlage zueinander korrespondierend bestimmt, insbesondere gemessen, werden oder sind.
Mit dem statischen Teil des Modells können aus den Zustandsparametern Basiswerte der Steuerparameter bestimmt und/oder der Ist-Formulierungsparameter prognostiziert werden. Der statische Teil des Modells ist oder wird vorzugsweise bevorzugt unveränderlich vorgegeben.
Mit dem dynamischen Teil des Modells kann das Verhalten des Modells laufend angepasst werden. Beispielsweise verändert sich das Verhalten einer Anlage über der Zeit aufgrund von Verschleiß, Materialdehnung, Alterung, o. dgl. Anstatt derartige oder ähnliche transiente Effekte direkt durch eine Änderung (insbesondere Skalierung und/oder Korrektur durch Addition/Subtraktion von Korrekturtermen) von Werten der Steuerparameter oder prognostizierten Ist-Formulierungsparameter zu berücksichtigen, wird vorschlagsgemäß das Modell angepasst, so dass das Modell aus
den Zustandsparametern korrigierte Steuerparameter bzw. Ist-Formulierungsparameter erzeugt.
Ein oder mehrere, ggf. unterschiedliche der Parameter (beispielsweise die Zustandsparameter) werden durch das Modell verarbeitet. Hierbei kann vorgesehen sein, dass diese Parameter Eingangswerte des Modells, also insbesondere des statischen Teils des Modells und/oder des dynamischen Teils des Modells bilden.
Das Modell, insbesondere dessen statischer Teil, kann ein künstliches neuronales Netz aufweisen. Die Parameter können an Knoten eines Input-Layer des künstlichen neuronalen Netzes übergeben werden und das künstliche neuronale Netz kann diese verwenden, um an den Knoten eines Output-Layer des künstlichen neuronalen Netzes Werte zu erzeugen.
Die an den Knoten des neuronalen Netzes des statischen Teils des Modells im Output-Layer erzeugten Werte können mit dem dynamischen Teil des Modells optimiert werden, beispielsweise durch eine Verarbeitung unter Berücksichtigung derselben und/oder anderer Parameter
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt oder computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der ausgeführten Aspekte auszuführen.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Anlage zur Herstellung der Formulierung aus dem Einsatzstoff, wobei die Herstellung eine Verarbeitung des Einsatzstoffs mit einem Granulator und eine Trocknung eines mit dem Granulator hergestellten Zwischenprodukts mittels eines Trockners, umfasst:
Die Anlage weist die Sensoren zur Erfassung von Zustandsparametern der Anlage auf, die jeweils einen die Herstellung beeinflussenden Zustand der Anlage repräsentieren. Die Anlage weist die Aktoren zum unmittelbaren oder mittelbaren Einwirken auf den Einsatzstoff auf. Ferner weist die Anlage eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Aktoren mit den Steuerparametern auf, wobei der Steuereinrichtung Soll- Formulierungsparameter vorgegeben oder vorgebbar sind, und das Modell, basierend auf dem die Steuerparameter ermittelbar sind.
Der Granulator ist derart mit dem Trockner gekoppelt ist, dass das Zwischenprodukt automatisch unterbrechungsfrei aus dem Granulator in den Trockner gefördert wird, wobei das Modell die Kombination aus Granulierung mit dem Granulator und der sich kontinuierlich anschließenden Trocknung mit dem Trockner berücksichtigt und die Anlage dazu ausgebildet ist, dass die Steuereinrichtung mit dem Modell basierend auf den Zustandsparametern der Anlage die Steuerparameter zu ermitteln.
Alternativ oder zusätzlich weist das Modell einen statischen Teil auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem statischen Teil für den jeweiligen Steuerparameter aus den Einsatzstoffparametern und den Zustandsparametern einen Basiswert zu ermitteln, und das Modell weist einen dynamischen Teil auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem dynamischen Teil den Basiswert mittels einer Vorhersage zu optimieren. Mit dem resultierenden, optimierten Basiswert wird die Anlage dann vorzugsweise gesteuert bzw. die Anlage ist hiermit steuerbar.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System aufweisend die vorschlagsgemäße Anlage und eine Einrichtung zur Bildung des Einsatzstoffs aus mehreren Komponenten, bevorzugt Pulvern, vorzugsweise durch Sieben, und/oder eine Einrichtung zur Weiterverarbeitung, vorzugsweise Tablettierung, der Formulierung.
Eine Formulierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Stoff, der die Anlage passiert hat und hierbei hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften verändert worden ist. Die Formulierung ist also vorzugsweise das Produkt der Kombination aus Granulation und Trocknung. Nicht ausgeschlossen ist eine nachfolgende Weiterverarbeitung der Formulierung, die vorzugsweise als (getrocknetes bzw. bevorzugt bezüglich seiner (relativen) Feuchtigkeit konditioniertes) Granulats vorliegt, beispielsweise durch Tablettierung.
Ein Einsatzstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Stoff, der der Anlage bzw. dem Granulator zugeführt wird, um seine physikalischen Eigenschaften zu ändern. Der Einsatzstoff ist vorzugweise ein Wirkstoff-Füllstoff-Gemisch. Dies ist jedoch nicht zwingend. Der Einsatzstoff kann bereits vorverarbeitet sein, beispielsweise durch zumindest im Wesentlichen homogene Mischung eines Pulvers mit einem anderen Pulver oder einer sonstigen Substanz, von denen eine ein
Wirkstoff sein oder aufweisen kann. Ein Wirkstoff ist vorzugsweise eine pharmakologisch aktive Substanz.
Bei einem Granulator im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um eine Vorrichtung, die den Einsatzstoff mechanisch bearbeitet, um seine physikalischen Eigenschaften zu verändern. Besonders bevorzugt verwandelt der Granulator den Einsatzstoff in ein Granulat, insbesondere ein grobes (körniges) Pulver. Der Einsatzstoff kann hierzu dem Granulator als Pulver zugeführt werden, um dieses in ein grobkörnigeres oder feinkörnigeres Pulver zu verarbeiten. Bei dem Zwischenprodukt handelt es sich vorzugsweise um Feststoff.
Vorzugsweise fördert der Granulator den Einsatzstoff, während er auf ihn einwirkt. Der Granulator erzeugt im Einsatzstoff vorzugsweise Druck und/oder Reibung, bevorzugt unter Temperierung/Erwärmung und/oder Feuchtigkeitszufuhr. Besonders bevorzugt verändert der Granulator die Körnigkeit, Korngröße oder Partikelgrößenverteilung des Einsatzstoffs. In der vorliegenden Erfindung stellt das Granulat ein Zwischenprodukt dar, das im Folgenden weiterverarbeitet wird.
Der Granulator kann einen Extruder aufweisen oder durch einen Extruder gebildet sein. Insbesondere handelt es sich um einen Schneckenextruder, bevorzugt einen Doppelschneckenextruder oder der Granulator weist einen solchen auf oder ähnelt ihm. Hier sind jedoch auch andere Lösungen denkbar.
Bei dem Granulator handelt es sich vorzugsweise um einen Schnecken-Granulator, beispielsweise einen Doppelschnecken-Granulator. Bei Schnecken-Granulatoren wird der Einsatzstoff mittels einer um eine Drehachse rotierenden Schneckenwelle gefördert und bearbeitet. Hierzu kann die Schneckenwelle Schneckengänge unterschiedlicher Steigung und/oder Bearbeitungsstrukturen aufweisen. Bei einem Doppelschnecken-Granulator sind zwei Schneckenwellen vorgesehen, die parallel angeordnet sind und/oder ineinandergreifen und die Förderung sowie Bearbeitung bewirken. Hier sind grundsätzlich auch andere Konzepte einsetzbar. Die Förderung resultiert vorzugsweise in einer Extrusion. Die Schnecken sind also oder bilden einen oder mehrere Extruder bzw. bewirken eine Extrusion des Einsatzstoffs.
Bei dem Granulator handelt es sich vorzugsweise um einen Granulator zur Nassgranulierung. Hierzu kann der Granulator eine Einspritzung von Flüssigkeit zur Befeuchtung des Einsatzstoffes aufweisen, woraufhin der befeuchtete Einsatzstoff mittels
des Granulators zum Zwischenprodukt verarbeitet wird. Der Granulator kann eine Öffnung, insbesondere Düse, bzw. ein Ventil zur Zugabe der Flüssigkeit zu dem Einsatzstoff aufweisen, insbesondere um Wasser, Ethanol, Isopropanol und/oder eine Mischung dieser, zwecks (temporärer) Erhöhung der Feuchtigkeit zuzufügen.
Bei einem Trockner im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Reduktion einer (relativen) Feuchtigkeit bzw. eines Wassergehalts einer Substanz, vorliegend zur Reduktion einer (relativen) Feuchtigkeit bzw. des Wassergehalts des mit dem Granulator zu einem Zwischenprodukt verarbeiteten Einsatzstoffs. Der Trockner ist vorzugsweise eine Vorrichtung, die der Substanz / dem Zwischenprodukt Wasser entzieht. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine Vorrichtung, die die Substanz das Zwischenprodukt mit einem Trockenmittel in Kontakt bringt, das der Substanz Wasser entzieht.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Trockenmittel um Luft oder ein sonstiges Gas mit einer relativen Luftfeuchtigkeit, die die Aufnahme von Wasser aus der Substanz ermöglicht. Bevorzugt ist das Trocknungsmittel temperiert, insbesondere auf eine Temperatur über der Umgebungstemperatur. Bei dem Trockenmittel handelt es sich also insbesondere um vorkonditionierte, warme und/oder getrocknete Luft, auch Prozessluft genannt. Grundsätzlich kann es sich jedoch auch um andere, insbesondere inerte Gase oder sonstige, bevorzugt gasförmige, Trockenmittel handeln.
Bei dem Trockner handelt es sich vorzugsweise um einen Fließbetttrockner, auch Wirbelschichttrockner genannt. Ein Fließbetttrockner im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die für eine zu trocknende Substanz, hier für das Zwischenprodukt / Granulat, ein Kissen aus Luft oder Gas (Prozessluft) erzeugt. Die Luft bzw. das Gas stellt in diesem Zusammenhang das bevorzugt gasförmige Trockenmittel dar.
Das bevorzugt gasförmige Trockenmittel wird einem Bett des Trockners aus dem Zwischenprodukt / Granulat, vorzugsweise durch eine perforierte Verteilerplatte zugeführt. Das bevorzugt gasförmige Trockenmittel strömt mit einer Geschwindigkeit durch das Bett, sodass die Partikel des Zwischenprodukts / Granulats trotz ihres Gewichts in einem fluidisierten Zustand gehalten werden. Die fluidisierten Partikel des Zwischenprodukts / Granulats bilden das Fließbett. Sie werden hierbei durch bevorzugt gasförmige Trockenmittel getrocknet.
Innerhalb des Fließbettes können sich Blasen bilden und wieder kollabieren, um eine intensive Partikelbewegung zu fördern. In diesem Zustand verhalten sich die Feststoffe wie eine frei fließende, siedende Flüssigkeit. Sehr hohe Wärme- und Massenübertragungsraten sind das Ergebnis des engen Kontakts zwischen den einzelnen Teilchen und dem bevorzugt gasförmigen Trockenmittel. Es sind jedoch grundsätzlich auch andere Trockner-Konzepte einsetzbar, auch wenn sich Fließbetttrockner besonders vorteilhaft erwiesen haben im Kontext der vorliegenden Erfindung.
Sensoren zur Erfassung von Zustandsparametern der Anlage, die jeweils einen die Herstellung beeinflussenden Zustand der Anlage repräsentieren, im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Sensoren, die einen Zustand von Einrichtungen der Anlage charakterisieren, also zur Messung eines oder mehreren Zustandsparameter ausgerichtet und eingerichtet sind.
Zustandsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere folgender Attribute sein oder repräsentieren:
• Momente und/oder Geschwindigkeiten von Antrieben, Werkzeugen und/oder Fördereinrichtungen (insbesondere von Propellern, Turbinen, Schnecken / Extrudern) oder hierzu korrespondierende Parameter wie Stromaufnahmen und/oder Drehzahlen
• Massendurchflüsse (von Trockenmittel / Prozessgas, Einsatzstoff, Zuschlagstoff / Granulierflüssigkeit, Zwischenprodukt, Abgas, Endprodukt / Formulierung) oder hierzu korrespondierende Parameter, die beispielsweise Stellungen von Ventilen, Klappen, Rotordrehzahlen, Druckdifferenzen oder dergleichen charakterisieren
• Temperaturen von Teilen der Anlage, die bevorzugt in direktem oder indirektem Kontakt mit dem in Verarbeitung befindlichen Einsatzstoff, mit dem Zuschlagstoff / Granulierflüssigkeit oder mit dem Trockenmittel stehen, von Werkzeugen zur Verarbeitung des Einsatzstoffs oder des Zwischenprodukts, von Einrichtungen zur Zugabe von Zuschlagstoff oder Einleitung des Trockenmittels
Zustandsparameter charakterisierten vorzugsweise keine (physikalische oder chemische) Eigenschaft des Einsatzstoffs oder eines hieraus gebildeten Zwischen- oder Endprodukts bzw. der Formulierung (unmittelbar). Als Zustandsparameter der
Anlage gilt also insbesondere keine Messgröße des Einsatzstoffs oder eines hieraus gebildeten Zwischen- oder Endprodukts (Formulierung), die eine chemische Zusammensetzung oder die Granularität charakterisieren.
Grundsätzlich kann zwischen zwei Gruppen von Zustandsparametern unterschieden werden.
In eine erste Gruppe fallen Zustandsparameter, die zumindest im Wesentlichen unabhängig vom Einsatzstoff sind, insbesondere indem sie unmittelbar von einem Aktor der Anlage vorgegeben werden. Diese werden fortan auch als vorgebbare bzw. "vom Einsatzstoff unbeeinflusste Zustandsparameter" bezeichnet. Beispiele hierfür sind vorgebbare Temperaturen oder Drehzahlen. Sie können insbesondere zur Aktor-Regelung verwendet werden.
Von den „vom Einsatzstoff unbeeinflussten Zustandsparametern“ können Zustandsparameter einer zweiten Gruppe unterschieden werden, die durch Interaktion mit dem Einsatzstoff oder mit dem hiermit gebildeten Zwischenprodukt beeinflusst sind. Diese werden fortan als "vom Einsatzstoff beeinflusste Zustandsparameter" bezeichnet. Beispiele hierfür sind ein sich in Abhängigkeit von einer Konsistenz des Einsatzstoffs einstellendes Drehmoment oder eine (relative) Feuchtigkeit einer durch den Trocknungsprozess angefeuchteten Abluft.
Ein oder mehrere vom Einsatzstoff beeinflusste Zustandsparameter werden vorzugsweise als Eingangsgrößen für das Modell verwendet. Die Zustandsparameter, die durch das Modell verarbeitet bzw. hierzu an das Modell übergeben und von diesem zur Bestimmung der Steuerparameter oder der Prognose der Ist-Formulierungsparameter verwendet werden, sind also vorzugsweise vom Einsatzstoff beeinflusste Zustandsparameter.
Die Zustandsparameter, die durch das Modell verarbeitet bzw. hierzu an das Modell übergeben und von diesem zur Bestimmung der Steuerparameter oder der Prognose der Ist-Formulierungsparameter verwendet werden, sind vorzugsweise mindestens ein vom Einsatzstoff beeinflusster Zustandsparameter des Granulators, weiter bevorzugt mindestens ein vom Einsatzstoff beeinflusster Zustandsparameter jeweils des Granulators und des Trockners, insbesondere mindestens zwei vom Einsatzstoff beeinflusste Zustandsparameter des Granulators und mindestens ein,
bevorzugt mindestens zwei, vom Einsatzstoff beeinflusste Zustandsparameter des Trockners.
Vorzugsweise werden ein oder mehrere der vom Einsatzstoff unbeeinflusste Parameter zur Regelung des korrespondierenden Aktors verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden ein oder mehrere vom Einsatzstoff beeinflusste Zustandsparameter zur Bestimmung des oder der Steuerparameter, bevorzugt mittels des Modells, verwendet. Die Steuerparameter können Zielvorgaben für die Regelung des oder der Aktoren sein, auf deren Basis dann die Aktoren geregelt werden.
Eine in-line-messbare Eigenschaft im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine im unterbrechungsfrei laufenden, kontinuierlichen Herstellungsprozess nebenbei messbare Eigenschaft.
Aktoren zum Einwirken auf den Einsatzstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Antriebe von Werkzeugen und/oder Fördereinrichtungen. Hierbei kann es sich um Motoren handeln, die beispielsweise zum Antrieb von Lüftern, Turbinen, Förderbändern und/oder Schnecken, oder auch Temperiereinrichtungen, Heizung oder Kühlung (z. B. eine Kühlwasser-Fördereinrichtung) zur Temperierung von Einsatzstoff-führenden Gehäuseteilen des Granulators. Auch eine Temperiereinrichtung, insbesondere eine Heizung oder Kühlung wie ein Heizregister, zur Temperierung des Prozessgases kann ein Aktor sein, da dieser mittelbar über die Temperatur des Trockenmittels / Prozessgases auf den Einsatzstoff wirkt.
Eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Aktoren im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine elektronische Komponente zur Beeinflussung des Betriebs der Aktoren, der Steuerung von Motordrehzahlen (des Schneckenantriebs und/oder des/der Lüftermotoren) und/oder zur Steuerung oder Regelung von Temperiereinrichtungen bzw. Heizungen des Granulators bzw. für das Trockenmittel.
Steuerparameter, die Stellgrößen zur Steuerung der Aktoren sind oder repräsentieren, im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Werte als Vorgabe zum Betrieb der Aktoren, insbesondre eine oder mehrere vorgegebene Motordrehzahlen (des/der Schneckenantriebe und/oder des/der Lüftermotoren) oder hierzu korrespondierende Stromaufnahmen und/oder Vorgaben zur Steuerung oder Regelung von Temperiereinrichtungen bzw. Heizungen des Granulators bzw. für das Trockenmittel o. dgl.
Einsatzstoffparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Parameter, die bevorzugt physikalische Eigenschaften des Einsatzstoffes charakterisieren, wie eine Granularität, Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, (relative) Feuchtigkeit und/oder Temperatur des Einsatzstoffs.
Ein Zustand des Einsatzstoffs im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise zumindest durch seine Feuchtigkeit und/oder eine Partikelgrößenverteilung bestimmt, optional ergänzt durch weitere Eigenschaften oder ersetzt durch entsprechende Angaben, die auf die Feuchtigkeit und/oder eine Partikelgrößenverteilung unmittelbar oder mittelbar schließen lassen oder hiervon abgeleitet sind.
Soll-Formulierungsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Parameter, die die gewünschten Eigenschaften der hergestellten oder heuzustellenden Formulierung repräsentieren, insbesondere eine Granularität bzw. Partikelgrößenverteilung und eine Feuchtigkeit, optional ergänzt durch weitere Eigenschaften oder ersetzt durch entsprechende Angaben, die auf die Feuchtigkeit und/oder eine Partikelgrößenverteilung unmittelbar oder mittelbar schließen lassen oder hiervon abgeleitet sind.
Ist-Formulierungsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind an der Formulierung gemessene Parameter, die die Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung repräsentieren, insbesondere eine Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung und eine Feuchtigkeit, optional ergänzt durch weitere Eigenschaften oder ersetzt durch entsprechende Angaben, die auf die Feuchtigkeit und/oder eine Partikelgrößenverteilung unmittelbar oder mittelbar schließen lassen oder hiervon abgeleitet sind.
Ist-Formulierungsparameter können alternativ zur Messung vorhergesagt werden, werden im Folgenden dann jedoch als prognostizierte Ist-Formulierungsparameter bezeichnet.
Ein Modell im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine bevorzugt auf wesentliche Eigenschaften beschränkte (abstrahierte) Repräsentation. Ein Modell ist hier vorzugsweise ein Modell der Anlage und repräsentiert - bevorzugt mathematisch - Eigenschaften der Anlage unmittelbar oder mittelbar durch ihre Auswirkungen auf den Einsatzstoff und/oder das Zwischenprodukt. Das Modell kann hierzu eine
mathematische Beschreibung des Granulators, des Trockners und/oder deren Wirkungen auf den Einsatzstoff und/oder das Zwischenprodukt aufweisen oder hierdurch gebildet sein. Das Modell ermöglicht es vorzugsweise, ausgehend von Zustandsparametern der Anlage und ggf. Einsatzstoffparametern Steuerparameter zu ermitteln bzw. Formulierungsparameter zu prognostizieren.
Eine Kopplung des Granulators mit dem Trockner im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Transfer des Zwischenprodukts in den Trockner und kann eine Fördereinrichtung für diesen Transfer wie eine Rutsche, ein Transportband, eine Schnecke o. dgl. aufweisen. Die Kopplung bewirkt vorzugsweise, dass das Zwischenprodukt automatisch kontinuierlich, unterbrechungsfrei, bzw. "in-line" aus dem Granulator in den Trockner gefördert wird. Hierzu kann auch der Granulator einen Auslass haben, der direkt in den Trockner mündet. Hier wird die Kopplung also durch den Granulator bzw. durch die Förderwirkung des Granulators bewirkt.
Basiswerte der Steuerparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Steuerparameter, die als Grundeinstellungen dienen und vorzugsweise unabhängig von gemessenen Eigenschaften des Endprodukts (der Formulierung) bestimmt oder vorgegeben sind oder werden. Basiswerte von prognostizierten Ist-For- mulierungsparametern sind Ausgangspunkte für die Prognose.
Ein statischer Teil des Modells im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein auf Erfahrungswerten basierender Teil des Modells, mit dem Basiswerte bestimmt bzw. prognostiziert werden können.
Ein dynamischer Teil des Modells im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein in Abhängigkeit von Zustandsparametern der Anlage dynamisch, also im laufenden Betrieb der Anlage während der Verarbeitung des Einsatzstoffs zum Zwischen- und Endprodukt, der Formulierung, änderbarer Teil des Modells, um das Modell etwaigen (zukünftigen) Veränderungen von Zuständen der Anlage oder des Prozesses entsprechend anzupassen, vorzugsweise sodass das Modell das Verhalten der Anlage bzw. den Prozess zur Herstellung der Formulierung aus dem Einsatzstoff vorzugsweise mit ausreichender Genauigkeit repräsentiert. Der dynamische Teil des Modells ermöglicht es vorzugsweise, den oder die Basiswerte mittels einer Vorhersage zu optimieren. Hierzu können vergangene Entwicklungen berücksichtigt werden
Weitere Aspekte, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt der vorschlagsgemäßen Anlage;
Fig. 2 eine vereinfachte, blockschaltbildartige Ansicht steuerungsrelevanter Komponenten der Anlage gern. Fig. 1 ;
Fig. 3 eine vereinfachte, schematische Ansicht eines künstlichen neuronalen Netzes;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm vergangener und prognostizierter zeitlicher Verläufe;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm des Resultats einer Steuerung mit konstanten Steuerparametern über der Zeit;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm zueinander zeitlich versetzter Prognosen;
Fig. 7 ein schematisches Diagramm von Prozesseigenschaften über der Zeit;
Fig. 8 ein schematisches Flussdiagram;
Fig. 9 eine in ein System eingebettete Anlage.
In der Zeichnung werden dieselben Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, wobei dieselben oder ähnliche Eigenschaften und Vorteile erreicht werden können, auch wenn von einer wiederholten Beschreibung aus Übersichtlichkeitsgründen abgesehen wird.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt einer vorschlagsgemäßen Anlage 1 zur Herstellung einer Formulierung 2 aus einem Einsatzstoff 3. Die Anlage 1 ist vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung der Formulierung 2 aus dem Einsatzstoff 3 ausgebildet.
Für den Einsatzstoff 3 sind oder werden Einsatzstoffparameter 4 vorgegeben, die einen Zustand des Einsatzstoffs 3 repräsentieren, insbesondere eine Feuchtigkeit, Zusammensetzung und/oder eine Körnungseigenschaft, wie eine Partikelgrößenverteilung.
Die Anlage 1 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Steuerparameter 5 der Anlage 1 zu bestimmen, die Stellgrößen zur Steuerung von Aktoren 6 der Anlage 1 sind oder repräsentieren.
Weiter werden vorzugsweise Zustandsparameter 7 der Anlage 1 bestimmt oder sind mit der Anlage 1 bestimmbar, beispielsweise über Sensoren 8, insbesondere Sensorwerte oder hiervon abgeleitete Größen als Zustandsparameter 7, wobei die Zustandsparameter 7 jeweils einen die Herstellung beeinflussenden Zustand der Anlage 1 repräsentieren.
Mit einer Steuereinrichtung 9 der Anlage 1 können die Aktoren 6 der Anlage 1 gesteuert werden, um den Herstellungsprozess zur Bildung der Formulierung 3 aus dem Einsatzstoff 2 zu kontrollieren oder zu beeinflussen.
Soll-Formulierungsparameter 10 können vorgegeben sein oder werden, die die gewünschten Eigenschaften der hergestellten oder heuzustellenden Formulierung 2 repräsentieren, insbesondere eine physikalische Eigenschaft wie eine Körnungseigenschaft, insbesondere Partikelgrößenverteilung, und/oder eine Feuchtigkeit.
Die Soll-Formulierungsparameter 10 können in einer Datenbank 10A gespeichert und/oder vorgehalten werden. Die Datenbank 10A kann von der Steuereinrichtung 9 ausgelesen bzw. die Soll-Formulierungsparameter 10 können durch die Steuereinrichtung 9 von der Datenbank 10A abgerufen und zur Steuerung verwendet werden.
Ist-Formulierungsparameter 11 können bereitgestellt oder gemessen werden, die tatsächliche Eigenschaften der hergestellten oder heuzustellenden Formulierung 3 repräsentieren, insbesondere eine physikalische Eigenschaft wie eine Körnungseigenschaft wie die Partikelgrößenverteilung und/oder eine Feuchtigkeit. Ist-Formulierungsparameter 11 sind oder weisen vorzugsweise Angaben zu Attributen der Formulierung 2 auf, die in einem gesonderten, insbesondere von der Anlage 1 getrennten, Analyseprozess gemessen werden, bevorzugt nicht in-line bzw. nicht in Echtzeit / verzögert.
Die Anlage 1 , insbesondere die Steuereinrichtung 9, ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Steuerparameter 5 basierend auf einem Modell 12 zu ermitteln.
Das vorschlagsgemäße Modell 12 kann alternativ oder zusätzlich unabhängig von der Steuereinrichtung 9 bzw. ohne direkten Einfluss oder eine bevorzugt automatische Steuerung der Aktoren 6 verwendet werden, bevorzugt für eine Prognose und/oder Ausgabe von prognostizierten (unter gegebenen Randbedingungen zu erwartenden) Ist-Formulierungsparametern 11 der Formulierung 2. Hierzu kann mit dem Modell 12 aus einem oder mehreren Zustandsparametern 7 und Steuerparametern 5 und, vorzugsweise, Einsatzstoff-Parametern 4 eine oder mehrere Eigenschaften der Formulierung 2 prognostiziert werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Anlage 1 einen Granulator 13 zur Verarbeitung des Einsatzstoffs 2 zu einem Zwischenprodukt 14 und einen Trockner 15 für das Zwischenprodukt 14 auf.
Der Trockner 15 ist mit dem Granulator 13 derart gekoppelt, dass das Zwischenprodukt 14 automatisch und/oder unterbrechungsfrei aus dem Granulator 13 in den Trockner 15 gefördert wird. Die Granulierung und Trocknung bilden vorzugsweise einen gemeinsamen, kontinuierlichen Prozess.
Eine vereinfachte, blockschaltbildartige Ansicht steuerungsrelevanter Komponenten der Anlage 1 ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Steuereinrichtung 9 ist vorzugswiese dazu ausgebildet, die Anlage 1 bzw. den Verbund aus Granulator 13 und Trockner 15 zu steuern. Die Steuerung basiert vorzugsweise auf dem Modell 12, das das Verhalten der Anlage 1 bzw. des Verbunds aus Granulator 13 und Trockner 15 beschreibt und basierend auf zumindest einem oder mehreren Zustandsparametern 7 die Ermittlung von Steuerparametern 5 zur Steuerung von Aktoren 6 der Anlage 1 bzw. des Verbunds aus Granulator 13 und Trockner 15 ermöglicht. Hierbei ist besonders bevorzugt, dass das Modell 12 die Kombination aus Granulierung mit dem Granulator 13 und der anschließenden Trocknung mit dem Trockner 15 berücksichtigt.
Mit dem Modell 12 werden vorzugsweise die Steuerparameter 5, insbesondere zunächst Basiswerte der Steuerparameter 5, vorzugsweise basierend auf den
Zustandsparametern 7 der Anlage 1 und, weiter vorzugsweise, basierend auf den Einsatzstoffparametern 4 ermittelt.
Hierzu kann das das Modell 12 einen statischen Teil 12A aufweisen, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter 5 unter Berücksichtigung Einsatzstoffparameter 4 und basierend auf den Zustandsparametern 7 ein Basiswert ermittelt wird oder ist, und das Modell 12 kann einen dynamischen Teil 12B aufweisen, mit dem der (jeweilige) Basiswert angepasst, bevorzugt mittels einer Vorhersage optimiert werden kann.
Mit anderen Worten wird der bevorzugt mittels Machine-Learning gebildete statische Teil 12A des Modells 12 verwendet, um Basiswerte (Grundeinstellungen) der Steuerparameter 5 zu bestimmen, die dann mittels des dynamischen Teils 12B des Modells 12 angepasst und finalisiert werden können, um letztendlich zur Steuerung der Aktoren 6 verwendet zu werden.
Der dynamische Teil 12B des Modells 12 bewirkt vorzugsweise eine Feinabstimmung der mit dem statischen Teil 12A des Modells 12 bestimmten Basiswerte bzw. Grundeinstellungen. Hierbei sind die mit dem statischen Teil 12A bestimmten Basiswerte der Steuerparameter 5 von einem transienten Verhalten, also dem Verhalten zur Laufzeit, beispielsweise unter Beeinflussung von Umwelteinflüssen, Toleranzänderungen, Verschleiß der Anlage 1 bzw. des Herstellungsprozesses der Formulierung 2 vorzugsweise unabhängig.
Im Gegensatz dazu sind die mit dem dynamischen Teil 12B ermittelten Anpassungswerte für die Steuerparameter 5 bzw. entsprechend angepasste Einstellungen bzw. Steuerparameter 5, solche, die transiente bzw. Laufzeiteffekte, beispielsweise über eine oder mehrere Prognosen, berücksichtigen. Vorzugsweise erfolgt dies unter Berücksichtigung vergangener Entwicklungen, insbesondere mittels Time-Series-Fore- casting.
Hierzu können Anpassungswerte für die Basiswerte der Steuerparameter 5 bzw. entsprechend angepasste Einstellungen bzw. Steuerparameter 5 ermittelt werden, die bevorzugt einen Vergleich prognostizierter Ist-Formulierungsparameter 11 mit den Soll-Formulierungsparametern 10 berücksichtigen und durch dynamische Anpassung der Basiswerte der Steuerparameter 5 die Ist-Formulierungsparameter 11 den Soll-Formulierungsparametern 10 annähern, insbesondere auf Basis von aktuellen Zustandsparametern 7 zur Laufzeit.
Eine vorteilhafte Besonderheit an diesem Vorgehen ist, dass die Basiswerte und Anpassungen durch unterschiedliche Verfahren bestimmt werden können. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass zumindest die Basiswerte mittels einer Kl bzw. eines Machine-Learning-Verfahrens bestimmt werden, vorzugsweise anders als die Anpassungen. Weiter ist besonders bevorzugt, dass auch die Bestimmung der Basiswerte von den Zustandsparametern 7 abhängt, also sowohl Basiswerte also auch Anpassungen (Korrekturterme) zur Bestimmung angepasster bzw. korrigierter Basiswerte veränderlich sind.
Es ist also möglich und bevorzugt, dass die Basiswerte zwar von den Zustandsparametern 7 abhängen, jedoch unabhängig von der historischen und prognostizierten Entwicklung der Zustandsparameter 7 sind. Hingegen können sowohl mit dem statischen Teil 12A des Modells 12 ermittelte Basiswerte der Steuerparameter 5 abhängig von den (aktuellen) Zustandsparametern 7 veränderbar sein als auch Korrekturterme bzw. Anpassungen, die mit dem dynamischen Teil 12B des Modells 12 ermittelt werden und die Basiswerte anpassen bzw. korrigieren.
Hierbei unterscheiden sich der statische Teil 12A des Modell 12 vom dynamischen Teil 12B des Modell 12 vorzugweise darin, dass mit dem statischen Teil 12A die Basiswerte ohne Vorhersagen des Einflusses sich mit Änderungen von Steuerparametern 5 verändernder und/oder vergangener Änderungen der Zustandsparameter 7 ermittelt werden oder ermittelbar sind, während der dynamische Teil 12B gerade einen Einfluss sich mit Änderungen von Steuerparametern 5 zukünftig verändernder Zustandsparameter 7 und/oder sich aus vergangenen Änderungen von Steuerparametern 5 oder Zustandsparameter 7 ergebende Prognosen berücksichtigt werden, weiter bevorzugt unter Berücksichtigung vorausgegangener Änderungen.
Zusammenfassend unterscheidet sich der der statische Teil 12A des Modells 12 vom dynamischen Teil 12B des Modells 12 vorzugweise darin, dass diese unterschiedlichen Verfahren implementieren, um mit oder aus den Zustandsparametern 7 und, vorzugweise, unter Berücksichtigung der Einsatzstoffparameter 4 Basiswerte für die Steuerparameter 5 im Fall des statischen Teils 12A und Korrekturterme für die Basiswerte der Steuerparameter 5 oder korrigierte/angepasste Basiswerte als endgültige Steuerparameter 5 zu bestimmen.
Bei den vom Modell 12 als Eingangsgrößen berücksichtigten Zustandsparametern 7 handelt es sich vorzugsweise um vom Einsatzstoff 3 beeinflusste Zustandsparameter 7. Hierbei verwendet das Modell 12 vorzugweise je mindestens einen vom Einsatzstoff 3 beeinflussten Zustandsparameter 7 des Granulators 13 und des Trockners 15.
Optional berücksichtigt das Modell 12 ergänzend als Eingangsgröße einen (ausschließlich) in-line-messbaren Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K, der eine im unterbrechungsfrei kontinuierlich ablaufenden Prozess messbare physikalische oder chemische Eigenschaften der Formulierung 2 beschreibt.
Alternativ oder zusätzlich ergänzend berücksichtigt das Modell 12 als Eingangsgröße einen (ausschließlich) in-line-messbaren Zwischenprodukt-Eigenschafts-Parameter 7L, der eine im unterbrechungsfrei kontinuierlich ablaufenden Prozess messbare physikalische oder chemische Eigenschaften des Zwischenprodukts 14 beschreibt. Die Messung kann mit einem Zwischenprodukt-Eigenschafts-Sensor 8L erfolgen, insbesondere ein (NIR-) Sensor zur Bestimmung eines Indikators für eine Feuchte (einen Wassergehalt) des Zwischenprodukts 14.
Nicht ausgeschlossen ist hingegen die Berücksichtigung weiterer anderer Parameter. Zudem kann die Definition des Modells 12 Parameter berücksichtigten, die nicht in-line messbar sind, während das Modell 12 im laufenden Betrieb bevorzugt keine nicht in-line messbaren Parameter als Eingangsgrößen benötigt.
Der statische Teil 12A des Modells 12 kann ein Kl- bzw. Machine-Learning-Verfah- ren implementieren, während der dynamische Teil 12B des Modells 12 vorzugsweise ein anderes, bevorzugt nicht Kl- bzw. machine-learning-basiertes Verfahren bzw. kein neuronales Netz 32 implementiert. Nicht ausgeschlossen ist hingegen, dass beide unterschiedlichen Verfahren Kl- bzw. machine-learning-basiert sind oder beide nicht.
Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass die Regelung der Anlage 1 besonders zuverlässig und genau ist, also die Ist-Formulierungsparameter 11 besonders nah an den Soll-Formulierungsparametern 10 liegen, wenn die zuvor beschriebenen Aspekte miteinander kombiniert werden. Zusammenfassend ist es also in überraschender Weise ganz besonders vorteilhaft:
den Verbund aus Granulator 13 und Trockner 15 zu steuern oder die Steuerung zu ermöglichen, und/oder
• bei direkter Kopplung der Anlagenkomponenten ohne externe bzw. nicht-in-line- Analyse des Zwischenprodukts 14, und/oder
• unter Ausschluss jeder Verwendung von Analyseergebnissen des Zwischenprodukts 14, die nicht in-line - also nicht im kontinuierlich laufenden Prozess bzw. am kontinuierlich in Bewegung befindlichen Zwischenprodukt 14 - gemessen oder messbar sind, und/oder
• dass Basiswerte der Steuerparameter 5 mit dem statischen Teil 12 A des Modells 12 mit einem ersten, bevorzugt machine-learning-basierten Verfahren, bestimmt werden/bestimmbar sind, und/oder
• dass die Basiswerte der Steuerparameter 5 ohne Vorhersagen des Einflusses sich mit Änderungen von Steuerparametern 5 verändernder Zustandsparameter 7 bei der Bestimmung zu berücksichtigen bestimmt werden/bestimmbar sind, und/oder
• dass mit dem dynamischen Teil 12B des Modells 12 dynamische Anteile der Steuerparameter 5 bestimmt werden oder bestimmbar sind; oder wenn die Basiswerte mit den dynamischen Anteilen korrigiert werden oder die Anlage 1 dazu ausgebildet ist, und/oder
• dass die dynamischen Anteile der Steuerparameter 5 mit dem dynamischen Teil 12B des Modells 12 mittels eines anderen, bevorzugt time-series-forecasting bzw. nicht machine-learning basierten Verfahren, als dem im statischen Teil 12A des Modells 12 verwendeten oder davon unterstützten Verfahren bestimmt werden oder bestimmbar sind, und/oder
• dass der dynamische Teil 12B des Modells Vorhersagen des Einflusses sich mit Änderungen von Steuerparametern 5 verändernder Zustandsparameter 7 trifft und berücksichtigt oder die Anlage 1 hierzu ausgebildet ist, und/oder
• dass mit den dynamischen Anteilen die Basiswerte für die Steuerparameter 5 korrigiert bzw. angepasst werden oder hierfür Korrekturterme bestimmt werden / bestimmbar sind oder die Anlage 1 dazu ausgebildet ist, und/oder
• dass die letztendlichen Steuerparameter 5 die mit den dynamischen Anteilen angepassten Basiswerte sind und die Anlage 1 mit diesen Steuerparametern 5 gesteuert wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Anlage 1 mehrere unterschiedliche Aktoren 6 aufweisen, um unmittelbar oder mittelbar auf den Einsatzstoff 3 einzuwirken, wodurch das Zwischenprodukt 14 und letztendlich die Formulierung 2 gebildet werden.
Zu dem jeweiligen Aktor 6 korrespondiert ein Steuerparameter 5, der eine Stellgröße für den Aktor 6 sein oder dazu korrespondieren kann, um das Verhalten des Aktors 6 zu steuern.
Zu den über korrespondierende Steuerparameter 5 steuerbaren Aktoren 6 des Granulators 13 zählen ein oder mehrere der folgenden Aktoren 6: ein mittels eines Zuförderer-Antrieb-Steuerparameters 5A steuerbarer Zuförderer- Antrieb 6A, bevorzugt zur Dosierung bzw. Förderung des Einsatzstoffs 3 zum Granulator 13, und/oder ein mittels eines Granulator-Antrieb-Steuerparameters 5B steuerbarer Granulator- Antrieb 6B, bevorzugt zum Antrieb des Granulierwerks 17 bzw. einer oder mehrerer Schnecken, und/oder eine mittels eines Einspritzeinrichtung-Steuerparameters 5C steuerbare Einspritzeinrichtung 6C, bevorzugt zur Einspritzung von Granulier-Flüssigkeit 13B, und/oder eine mittels eines Granulator-Temperiereinrichtung-Steuerparameters 5D steuerbare Granulator-Temperiereinrichtung 6D, bevorzugt zum Temperieren (heizen und/oder kühlen) von mit dem Einsatzstoff 3 in Kontakt kommenden Teilen des Granulators 13.
Zu den über korrespondierende Steuerparameter 5 steuerbaren Aktoren 6 des Trockners 15 zählen ein oder mehrere der folgenden Aktoren 6:
ein mittels eines Zuluftförderer-Antrieb-Steuerparameters 5E steuerbarer Zuluftförderer-Antrieb 6E, bevorzugt ein Lüfter, um den Trockner 15 Luft 27 zuzuführen, und/oder eine mittels eines Zuluft-Temperiereinrichtung-Steuerparameters 5F steuerbare Zuluft-Temperiereinrichtung 6F, bevorzugt um die Luft 27 zu temperieren, und/oder ein mittels eines Abluftförderer-Antrieb-Steuerparameters 5G steuerbarer Abluftförderer-Antrieb 6G, bevorzugt um Luft 27 nach dem Trocknungsprozess abzuziehen, und/oder ein mittels eines Fließbettantrieb-Steuerparameters 5H steuerbarer Fließbettantrieb 6H, bevorzugt zur Rotation eines Karussells des Trockners 15.
Zu den Sensoren 8 zur Messung von jeweils korrespondierenden Zustandsparametern 7 des Granulators 13 zählen ein oder mehrere folgender Sensoren 8: ein Zuförderer-Sensor 8A zur Messung eines Zuförderer-Parameters 7A, der die Zuförderung charakterisiert, insbesondere einen Durchsatz und/oder eine Geschwindigkeit der Zuförderung - bevorzugt eine in [kg/h] darstellbare Förderrate oder Dosierung; und/oder ein Granulator-Sensor 8B zur Messung eines Granulator-Parameters 7B, der eine Funktionseigenschaft des Granulators 13 charakterisiert, insbesondere ein Drehmoment und/oder eine Geschwindigkeit seines Antriebs 6B, und/oder einen Durchsatz - bevorzugt eine in [kg/h] darstellbare Förderrate des Granulators oder hierzu korrespondierende Drehzahl [rpm] des oder der Extruder/Schnecken; und/oder ein Einspritz-Sensor 8C zur Messung eines Einspritzeinrichtungs-Parameters 7C, der eine Zugabe von Flüssigkeit 13B, insbesondere Wasser und/oder Alkohol, zum Einsatzstoff 3 im Bereich des Granulators 13 charakterisiert, insbesondere einen Durchsatz und/oder ein Mengenverhältnis im Vergleich zum Einsatzstoff - bevorzugt eine in [g/min] darstellbare Sprührate; und/oder ein oder mehrere Granulator-Temperatur-Sensoren 8D zur Messung einer oder mehrerer Granulator-Temperaturen 7D, insbesondere von Temperaturen des
Granulators 13 oder (mittelbar) des Einsatzstoffs 3 an unterschiedlichen Positionen entlang eines Transportwegs für den Einsatzstoff 3 durch den Granulator 13 - bevorzugt in [°C] oder korrespondierend.
Zu den Sensoren 8 zur Messung von jeweils korrespondierenden Zustandsparametern 7 des Trockners 15 zählen ein oder mehrere folgender Sensoren 8: ein Zuluftförderer-Sensor 8E zur Messung eines Zuluftförderer-Parameters 7E, der eine Zuluft-Förderung des Trockners 15, insbesondere einen (Massen-) Durchsatz, eine (hierzu korrespondierende) Druckdifferenz und/oder eine Geschwindigkeit der zugeführten Luft 27, charakterisiert - bevorzugt in [mA3/h] darstellbar; und/oder ein Zuluft-Sensor 8F zur Messung eines Zuluft-Parameters 7F, der eine Eigenschaft der zugeführten Luft 27 charakterisiert, insbesondere eine Temperatur - bevorzugt in [°C] darstellbar - und/oder eine Feuchtigkeit der zugeführten Luft 27, vorzugsweise darstellbar in %, Gew-%, oder [°C] für den Taupunkt; und/oder ein Abluft-Sensor 8G zur Messung eines Abluft-Parameters 7G, der eine Abluft-Förderung des Trockners 15, insbesondere einen (Massen-) Durchsatz, eine (hierzu korrespondierende) Druckdifferenz, eine Temperatur der aus dem Trockner 15 abgeführten Luft 27 und/oder eine Feuchtigkeit dieser charakterisiert; und/oder ein Fließbett-Sensor 8H zur Messung eines Fließbett-Parameters 7H, der vorzugsweise eine trocknungsrelevante, das Fließbett des Trockners 15 betreffende veränderliche Eigenschaft charakterisiert, insbesondere eine Geschwindigkeit wie eine Karussell-Geschwindigkeit eines Karussells des Trockners - bevorzugt darstellbar in [rpm].
Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz von Sensoren 8 können teilweise grundsätzlich auch Eigenschaften von Aktoren 6 oder Steuerparameter 5 herangezogen werden, um einen oder mehrere der vorgenannten oder entsprechende Größen zu bestimmen oder abzuleiten. Diese können dann entsprechend einer Steuerung zugrunde gelegt werden.
Bei der Bestimmung von vom Einsatzstoff 3 beeinflussten Zustandsparametern 7 ist hingegen eine Messung mittels Sensoren 8 obligatorisch. Diese Zustandsparameter 7 werden auch als Einheitsgrößen für das Modell 12 verwendet.
Optional als Teil der Anlage 1 , alternativ oder zusätzlich extern vorgesehen sind ein Formulierungs-Temperatur-Sensor 8I zur Messung der Formulierungs-Temperatur 7I, die eine Temperatur der Formulierung 2 charakterisiert; und/oder ein Formulierungs-Auslassmengen-Sensor 8J zur Messung eines Formulierungs- Auslassmengen-Parameters 7J, der eine Eigenschaft der Herstellung und/oder der Anlage 1 im Hinblick auf die Herstellung der Formulierung 2 charakterisiert, insbesondere eine Auslassmenge der Formulierung 2; und/oder ein Formulierungs-Eigenschaft-Sensor 8K, der einen in-line-messbaren Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K der Formulierung 2 charakterisiert, insbesondere eine Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, Granularität, und/oder Feuchtigkeit, besonders bevorzugt eine Partikelgröße oder -größenverteilung (XD10, XD50, XD90) und/oder eine Restfeuchte und/oder einen Trocknungsverlust des Zwischenprodukts 14 bei Verarbeitung zu der Formulierung 2.
Die vorgenannten Steuerparameter 5, Aktoren 6, Zustandsparameter 7 und Sensoren 8 sind besonders bevorzugte Beispiele im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel einer besonders bevorzugten Kombination eines Granulators 13 - vorzugsweise (Doppel-)Schnecken-Granulators 13 - mit einem T rockner 15 - besonders bevorzugt Fließbett-Trockner 15.
Es versteht sich, dass bei anderen Granulatoren 13 und/oder Trocknern 15 andere Steuerparameter 5, Aktoren 6, Zustandsparameter 7 und Sensoren 8 alternativ oder zusätzlich möglich sind. Die Erfindung ist also vorzugsweise nicht auf die genannten Steuerparameter 5, Aktoren 6, Zustandsparameter 7 und Sensoren 8 beschränkt. Ferner ist es nicht erforderlich, dass alle Steuerparameter 5, Aktoren 6, Zustandsparameter 7 und Sensoren 8 realisiert oder im Folgenden verwendet werden. Hier sind unterschiedliche Auswahlen möglich.
Die Herstellung der Formulierung 2 mit der Anlage 1 wird im Folgenden anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es versteht sich, dass die Erfindung grundsätzlich zwar besonders bevorzugt und vorteilhaft mit der im Folgenden beschriebenen Anlage 1 implementiert werden kann, jedoch nicht hierauf beschränkt ist. Insbesondere ist es nicht notwendig, dass alle beschriebenen
Komponenten der Anlage 1 oder hiermit durchgeführten Schritte auch realisiert sind oder werden.
So ist es denkbar, die Erfindung auch in solchen Fällen einzusetzen, in denen andere Granulatortechnologien und/oder Trocknertechnologien zum Einsatz kommen. Es kann also ein anderer Granulatortyp eingesetzt werden als ein Doppelschnecken- Granulator 13. Alternativ oder zusätzlich kann ein anderer Trocknertyp eingesetzt werden als ein Fließbetttrockner 15. Ungeachtet dessen hat sich die Erfindung in diesem Kontext als besonders vorteilhaft erwiesen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist die Anlage 1 den Granulator 13 zur Verarbeitung des Einsatzstoffs 3 zu dem Zwischenprodukt 14 sowie den Trockner 15 zur Bildung der Formulierung 2 aus dem Zwischenprodukt 14 auf.
Der Granulator 13 weist einen Zuförderer 16 zum Zufördern und/oder Dosieren des Einsatzstoffs 3 auf. Der Zuförderer 16 kann einen insbesondere trichterförmigen Vorratsbehälter 16A aufweisen, der den Einsatzstoff 3 vorhält. Ferner kann der Zuförderer 16 eine Zuführeinrichtung 16B aufweisen, die den Einsatzstoff 3 mit einer bestimmten Zuführrate (Menge pro Zeit) einem mit dem Zuförderer 16 gekoppelten Granulierwerk 17 des Granulators 13 zuführt.
Der Zuförderer 16 kann einen Antrieb 6A für die Zuführeinrichtung 16B aufweisen, insbesondere einen Motor zum Antrieb einer Schnecke 16C. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Prinzipien der Zuförderung als mit einer Schnecke 16C möglich, wie ein Transportband. Der Antrieb 6A ist, wie bereits zuvor erläutert, vorzugsweise mittels des Zuförder-Parameters 7A steuerbar. Mit dem Zuförderer-Antrieb-Steuer- parameter 5A lässt sich bevorzugt die Zuführrate einstellen.
Der Zuförderer 16 weist vorzugsweise einen oder mehrere Sensoren 8A zur Messung des Durchsatzes und/oder einer - bevorzugt dazu korrespondierenden - Geschwindigkeit auf.
An den Zuförderer 16 schließt sich vorzugsweise ein Granulierwerk 17 des Granulators 13 an. Das Ganulierwerk 17 ist dazu ausgebildet, eine Körnung bzw. Partikelgrößenverteilung des Einsatzstoffs 3 zu verändern. Hierzu kann das Granulierwerk 17 auf den Einsatzstoff 3 physikalisch einwirken, insbesondere knetend und/oder walkend.
Im Darstellungsbeispiel weist das Granulierwerk 17 mindestens eine Schnecke 18, bevorzugt eine Doppelschnecke auf. Die Schecken 18 der Doppelschnecke greifen vorzugsweise ineinander und transportieren den Einsatzstoff 3, während sie auf ihn physikalisch einwirken, um die Körnung bzw. Partikelgrößenverteilung des Einsatzstoffs 3 zu verändern.
Das Granulierwerk 17 bzw. die Schnecke(n) 18 kann/können unterschiedliche Bearbeitungszonen 19 aufweisen. Insbesondere können unterschiedliche Schneckengangsteigungen und/oder -oberflächen vorgesehen sein, um die gewünschte Verarbeitung des Einsatzstoffs 3 zu erreichen.
Das Granulierwerk 17 kann den Granulator-Antrieb 6B aufweisen, um das Granulierwerk 17, insbesondere die Schnecke(n) 18, anzutreiben. Wie bereits zuvor erläutert, ist der Granulator-Antrieb 6B über den Granulator-Antrieb-Steuerparameter 5B steuerbar, vorzugsweise bezüglich Durchsatz und/oder Geschwindigkeit, insbesondere Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke(n) 18.
Der Granulator 13 weist vorzugweise den Granulator-Sensor 8B auf, mit dem ein die Granulier-Geschwindigkeit und/oder Bearbeitungsintensität repräsentierender Parameter gemessen werden kann, insbesondere eine Geschwindigkeit, ein Durchsatz oder - ganz besonders bevorzugt - ein Drehmoment (des Granulierwerks 17 / der Schnecke(n) 18).
Der Granulator 13 kann eine Einspritzeinrichtung 6C zum Einspritzen von Flüssigkeit 13B zwecks Vermischung mit bzw. Zumischung zu dem Einsatzstoff 3 aufweisen. Hierbei kann es sich um einen Sprüher handeln, alternativ jedoch auch um einen Tropfer oder allgemein um eine Einrichtung zur Zugabe einer flüssigen Substanz.
Die Einspritzeinrichtung 6C ist vorzugweise im Bereich eines Einlasses 13A bzw. in der ersten Hälfte bzw. im ersten Drittel des vom Granulierwerk 17 gebildeten Transportpfads für den Einsatzstoff 3 zwischen dem Einlass 13A und einem Zwischenprodukt-Auslass 21 für den mit dem Granulator 13 verarbeiteten Einsatzstoffs 3 des Granulators 13 angeordnet.
Der Granulator 13 verfügt vorzugsweise über mindestens einen, bevorzugt jedoch mehrere Granulator-Temperatur-Sensor(en) 8D zur Messung der Temperatur 7D
des Einsatzstoffes 3 oder einer hierzu korrespondierenden Temperatur 7D des Granulators 15 oder dessen Gehäuse 22 an unterschiedlichsten Positionen.
Im Darstellungsbeispiel sind mehr als drei und/oder weniger als zehn Granulator- Temperatur-Sensor(en) 8D zur Messung der Temperatur 7D des Einsatzstoffes 3 oder einer hierzu korrespondierenden Temperatur 7D des Granulators 15 vorgesehen. Die Temperatur-Sensor(en) 8D sind vorzugsweise (zumindest im Wesentlichen äquidistant) verteilt entlang des Transportpfads für den Einsatzstoff 3 im Granulator 15 bzw. Granulierwerk 17 vorgesehen.
Eine Kopplungseinrichtung 20 ermöglicht vorzugweise einen kontinuierlichen und/oder unterbrechungsfreien Transfer des Zwischenprodukts 14 vom Zwischenprodukt-Auslass 21 , der durch das Gehäuse 22 des Granulators 13 gebildet sein kann, zu einem bevorzugt durch ein Gehäuse 23 des Trockners 15 gebildeten Zwischenprodukt-Einlass 24 des Trockners 15.
Vorzugsweise ist nicht vorgesehen, dass das Zwischenprodukt 14 zwecks Zwischenspeicherung angehalten wird, jedenfalls nicht für mehr als eine, zwei oder fünf Minuten. Es ist also insbesondere nicht vorgesehen, eine Probennahme und von der Anlage getrennte bzw. dem Herstellungsprozess verzögernde Analyse des Zwischenprodukts 14 vorzunehmen oder abzuwarten. Vielmehr ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, das Zwischenprodukt 14 zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfrei und/oder kontinuierlich dem Trockner 14 zuzuführen.
Ein bzw. einer der Granulator-Temperatur-Sensor(en) 8D kann vorgesehen sein, eine Temperatur 7D des Zwischenprodukts 14 oder eine hierzu korrespondierende Temperatur 7D, insbesondere des Granulators 15 im Bereich der Kopplungseinrichtung 20, zu messen.
Der T rockner 15 weist vorzugsweise ein Fließbett 25 auf. Ferner weist der T rockner 15 vorzugsweise einen Lufteinlass 26 zum Einlass von (Prozess-) Luft 27, einen optionalen Diffuser 28 zur gleichmäßigen Beschickung des Fließbetts 25 mit der Luft 27 sowie einen Luftauslass 29 zum Abführen der Luft 27 nach Passieren des Fließbetts 25 auf. Im Bereich des oder vor dem Luftauslass 29 weist der Trockner 15 optional einen Abscheider 30 wie einen Zyklonabscheider oder Filter zum Abfangen von Partikeln des Zwischenprodukts 14 bzw. der Formulierung 2 aus der Luft 27 auf.
Schließlich weist der T rockner 15 vorzugsweise einen Formulierungs-Auslass 31 zur Abgabe der Formulierung 2 auf, also des mit dem Trockner 15 getrockneten Zwischenprodukts 14. Der T rockner 15 trocknet das durch den Zwischenprodukt-Einlass 24 eintretende Zwischenprodukt 14 mit der Luft 27 und gibt anschließend die hierdurch gebildete Formulierung 2 durch den Formulierungsauslass 31 , bevorzugt also nach Passage des Fließbetts 25, aus.
Um dem Trockner 15, insbesondere also dem Fließbett 25, die Luft 27 zuzuführen, weist der Trockner 15 vorzugsweise einen Zuluftförderer 15A mit einem Zuluftförderer-Antrieb 6E auf. Hierbei kann es sich um einen Lüfter oder allgemein um eine Einrichtung zum Transfer und/oder zur Kompression von Luft 27 handeln.
Der Trockner 15 kann den Zuluftförderer-Sensor 8E aufweisen, mit dem ein Durchsatz der Luft 27 oder eine hierzu korrespondierende Größe gemessen werden kann. Insbesondere ist der Zuluftförderer-Sensor 8E ein Drucksensor zur Messung des Luftdrucks auf der Abgabeseite bzw. dem Fließbett 25 zugewandten Seite des Zuluftförderer-Antriebs 6E bzw. ein Differnenzdrucksensor zur Bestimmung eines Differenzdruck über den Zuluftförderer 15A. Alternativ oder zusätzlich kann der Zuluftförderer-Sensor 8E eine dem Zuluftförderer-Antrieb 6E zugeordnete Größe wie eine Drehzahl (Lüfterdrehzahl), eine Stromaufnahme, ein Drehmoment o. dgl. sein oder aufweisen.
Der Zuluftförderer 15A bzw. dessen Zuluftförderer-Antrieb 6E kann mittels des Zu- luftförderer-Antrieb-Steuerparameters 5E gesteuert werden, insbesondere im Hinblick auf einen Durchsatz, eine Drehzahl (des Lüfters), eine Stromaufnahme und/oder einen Druck oder Differenzdruck. Der Differenzdruck kann ein Druck über dem Zuluftförderer 15A sein, alternativ oder zusätzlich jedoch auch über dem Fließbett 25 o. dgl.
Die Luft 27 wird vorzugsweise temperiert, insbesondere erwärmt, bevor sie dem Fließbett 25 oder einer sonstigen Trockungseinrichtung des Trockners 15 zugeführt wird. Hierzu weist der Trockner 15 vorzugsweise die Zuluft-Temperiereinrichtung 6F auf, bevorzugt ein Heizregister. Die Zuluft-Temperiereinrichtung 6F kann mittels des Zuluft-Temperiereinrichtungs-Steuerparameters 5F gesteuert werden oder hierzu ausgebildet sein.
Die Temperatur und/oder (relative) Feuchtigkeit der zwecks Trocknung mit dem Zwischenprodukt 14 in Kontakt gebrachten oder zu bringenden, konditionierten Luft 27 wird vorzugsweise gemessen. Hierzu kann der Trockner 15 den Zuluft-Sensor 8F aufweisen, der die Temperatur und alternativ oder zusätzlich eine (relative) Feuchtigkeit der Luft 27 als Zuluft-Parameter 7F misst oder dazu ausgebildet ist.
Der Zuluft-Sensor 8F kann zwischen dem Fließbett 25 und der Zuluft-Temperiereinrichtung 6F oder dem Zuluftförderer 15A vorgesehen sein bzw. die Eigenschaften der Luft 27 messen.
Nachdem die Luft 27 mit dem Zwischenprodukt 14 zwecks Trocknung in Kontakt gebracht worden ist, wird die Luft 27 durch den Trockner 15 abgegeben. Dies erfolgt vorzugsweise über den Luftauslass 29, der sich von einem Formulierungsauslass 31 zur Abgabe der Formulierung 3 unterscheidet.
Die Luft 27 kann mittels des Abluftförderers 15B, insbesondere eines (zweiten) Lüfters, aus dem Luftauslass 29 gefördert werden. Hierzu kann der Abluftförderer-Antrieb 6G vorgesehen sein, der die Förderung bewirkt bzw. den Abluftförderer 15B antreibt.
Der Abluftförderer 15B kann mittels des Abluftförderer-Antrieb-Steuerparameters 5G gesteuert bzw. geregelt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abluftförderer 15B so geregelt wird, dass durch den Zwischenprodukt-Auslass 21 und der den Formulierungs-Einlass 31 keine Luft 27 entweicht. Hierzu kann die Fördermenge des Abluftförderers 15B der Fördermenge des Zuluftförderers 15A entsprechen oder diese überschreiten.
Durch einen Abluftförderer-Sensor 8G kann ein Durchsatz, eine Geschwindigkeit, eine Temperatur und/oder Feuchtigkeit der nach dem Trocknungsprozess aus dem Trockner 15 abgegebenen Luft 27 und/oder eine korrespondierende Größe wie eine Geschwindigkeit des Abluftförderer-Antriebs 6G bzw. Schaufelrad des Lüfters als Abluft-Parameter 7G gemessen werden.
Das Fließbett 25 kann eine Bearbeitungszone aufweisen oder bilden, insbesondere auf der dem Lufteinlass 26 abgewandten Seite. Das Fließbett 25 bzw. ein dieses in Richtung des Lufteinlasses 26 begrenzendes Gebilde wie ein Sieb oder Lochblech bzw. Karussell, kann antreibbar, insbesondere in Bewegung versetzbar sein. Hierzu
kann der Fließbettantrieb 6H vorgesehen sein, der mit dem Fließbettantrieb-Steuerparameter 5H steuerbar ist.
Mit dem Fließbett-Sensor 8H kann der Fließbett-Parameter 7H gemessen werden, der eine Eigenschaft des Fließbetts 25 wie eine Bewegung des Karussells charakterisieren kann.
Nach Trocknung des Zwischenprodukts 14 mit dem Trockner 15 wird der verarbeitete Einsatzstoff 3 als Formulierung 2 ausgegeben.
Von der Formulierung 2 können dabei oder daraufhin ein oder mehrere Ist-Formulierungsparameter 11 bestimmt werden, also Parameter, die physikalische oder chemische Eigenschaften der erzeugten Formulierung 2 beschreiben. Dies kann insbesondere in-line, also im unterbrechungsfrei laufenden Prozess erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können Ist-Formulierungsparameter 11 jedoch auch im Nachgang mittels Laboruntersuchung bestimmt werden. Nicht in-line-messbare Ist-Formulierungsparameter 11 werden bevorzugt dem Modell 12 zugrundegelegt, sodass die Modellierung nicht in-line-messbare Ist-Formulierungsparameter 11 berücksichtigt. Nicht in-line-messbare Ist-Formulierungsparameter 11 werden hingegen nicht direkt für die Steuerung der Anlage 1 oder als Eingangsgröße für die Steuerung 9 bzw. das Modell 12 verwendet.
Die Anlage 1 kann einen oder mehrere Sensoren 8 zur Inline-Charakterisierung von Eigenschaften der Formulierung 2 aufweisen. Hierzu zählen ein oder mehrere von dem Formulierungs-Temperatur-Sensor 8I zur Messung einer Formulierungs-Temperatur 7I, dem Formulierungs-Auslassmengen-Sensor 8J zur Messung eines Formulierungs-Parameters 7J, der die Auslassmenge bzw. den Durchsatz (Massenstrom) an Formulierung beschreibt, und/oder dem Formulierungs-Eigenschafts-Sensor 8K, der eine oder mehrere Eigenschaften der Formulierung 2 misst und als Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K ausgibt, bevorzugt die (relative) Feuchtigkeit bzw. Restfeuchte und/oder den Trocknungsverlust.
Bei den Formulierungsparametern 10, 11 handelt es sich vorzugsweise um mindestens einen, Partikel der Formulierung 2 charakterisierenden Parameter wie eine Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung (XD10, XD50 und/oder XD90) oder eine dazu korrespondierende Größe.
Alternativ oder zusätzlich handelt es sich bei den Formulierungsparametern 10, 11 vorzugsweise um eine (relative) Feuchtigkeit bzw. Restfeuchte und/oder einen Trocknungsverlust (LoD - Loss on drying) und/oder eine hierzu korrespondierende Größe.
Die ergänzende Formulierungsparameter 10,11 können bedarfsweise durch den Formulierungs-Temperatur-Sensor 8I, den Formulierungs-Auslassmengen-Sensor 8J und/oder den Formulierungs-Eigenschafts-Sensor 8K bzw. als Formulierungs- Temperatur 7I, Formulierungs-Auslassmengen-Parameter 7J und/oder Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K ermittelt werden.
Grundsätzlich können entsprechende Messgrößen, wie auch die Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung (XD10, XD50 und/oder XD90) der Formulierung 2 zur Bildung des Modells 12 herangezogen werden. Es ist jedoch nicht zwingend oder in jedem Fall vorgesehen, entsprechende Größen im laufenden Betrieb der Anlage 1 zu bestimmen oder deren Steuerung zuzuführen.
Optional, jedoch bevorzugt, kann von dem Zwischenprodukt 14 mittels eines Zwi- schenprodukt-(Feuchte-)Sensors 8L eine in-line-messbare Eigenschaft, insbesondere Feuchtigkeit, des Zwischenprodukts 14 als Zwischenprodukt-Eigenschafts-Parameter 8L ermittelt werden. Diese kann, wenn vorgesehen, auch im Modell 12 berücksichtigt, insbesondere als Eingangsgröße verwendet, bzw. der Steuerung der Anlage 1 (ergänzend) zugrunde gelegt werden.
Ist-Formulierungsparameter 11 können der Anlage 1 nachgeschaltet gemessen werden. Hierauf wird im Folgenden noch näher eingegangen. An dieser Stelle sei jedoch bereits erwähnt, dass eine Form, Größe oder Verteilung von Partikeln der Formulierung 2 charakterisierender Parametervorzugsweise ebenfalls in-line gemessen wird.
Hingegen wird bevorzugt eine Partikel charakterisierende Messung des Zwischenprodukts 14 vermieden.
Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind diverse Sensoren 8 zur Ermittlung von Zustandsparametern 7 der Anlage 1 beschrieben worden. Es ist jedoch nicht zwingend, dass alle Sensoren 8 vorgesehen bzw. Zustandsparameter 7 genutzt werden.
Bevorzugt werden mindestens zwei oder mindestens drei Zustandsparameter 7 bzw.
Sensoren 8 jeweils für den Granulator 13 und den Trockner 15 verwendet.
Zu den für die Anlagensteuerung besonders bevorzugt für die Anlagensteuerung dynamisch einstellbaren Steuerparametern 5, deren Auswahl für die weiteren Aspekte der Erfindung einen selbständigen Gedanken der Erfindung darstellen können, zählen:
Auf Seiten des Granulators 13: der Zuförderer-Antrieb-Steuerparameter 5A, bevorzugt charakterisierend eine Dosierung des Einsatzstoffs 3; und/oder der Granulator-Antrieb-Steuerparameter 5B, bevorzugt charakterisierend eine Extrudergeschwindigkeit eines Extruders des Granulators 13, der ein Granulierwerk 17 des Granulators 13 bilden kann, oder eine zu einer Förder- bzw. Bearbeitungsgeschwindigkeit des Granulators 13 korrespondierende (sonstige) Größe; und/oder der Einspritzeinrichtungs-Steuerparameter 5C, insbesondere eine Sprührate charakterisierend die Menge pro Zeit zugeführter Flüssigkeit 13B.
Auf Seiten des Trockners 15: der Fließbettantrieb-Steuerparameter 5H, bevorzugt eine Geschwindigkeit eines Karussells des Trockners 15 charakterisierend; der Zuluftförderer-Antrieb-Steuerparameter 5E, bevorzugt einen einlassseitigen Zuluftstrom repräsentierend, und/oder der Zuluft-Temperiereinrichtungs-Steuerparameter 5F, insbesondere die Temperatur des einlassseitigen Zustroms der Luft 27 repräsentierend.
Zu den besonders bevorzugten Parametern 3, 7 als Eingangsgrößen für die Anlagensteuerung bzw. des Modells, deren Auswahl für die weiteren Aspekte der Erfindung einen selbständigen Aspekt der Erfindung darstellen können, zählen:
Auf Seiten des Granulators 13: der Granulator-Parameter 7B, insbesondere charakterisierend ein Extruderdrehmoment des Extruders des Granulators 13 oder einen sonstigen, zur Konsistenz
und/oder Förderrate des in Verarbeitung befindlichen Einsatzstoffs 3 abhängigen Parameter des Granulator-Antriebs 6B; und/oder die eine oder mehrere Granulator-Temperatur(en) 7D, insbesondere charakterisierend eine oder mehrere Temperaturen des im Granulator 13 in Bearbeitung befindlichen Einsatzstoffs 3 an bevorzugt unterschiedlichen Positionen entlang eines Materialflusses des Einsatzstoffs 3 im Granulator 13 oder hierzu korrespondierende Temperaturen; und/oder die Granulator-Temperatur 7D bzw. der Zwischenprodukt-Eigenschafts-Parameter 7L, die oder der die Temperatur des Zwischenprodukts ist oder hierzu korrespondiert.
Auf Seiten des Trockners 15: der oder die Abluft-Parameter 7G, insbesondere charakterisierend die Abluft-Temperatur und/oder (relative) Feuchtigkeit und/oder Durchsatz (beispielsweise repräsentiert über eine Druckdifferenz) der Abluft 27; und/oder der Formulierungs-Auslassmengen-Parameter 7J, insbesondere charakterisierend die Auslassmenge und/oder eine Druckdifferenz in Zusammenhang mit der Ausgabe der Formulierung, beispielsweise über einem Filter oder Sieb.
Auf Seiten des Einsatzstoffs 3: der Einsatzstoff-Parameter 4, vorzugsweise eine Feuchtigkeit und/oder Granularität des Einsatzstoffs 3 charakterisierend.
Optional für die Steuerung der Anlage 1 ergänzend berücksichtigt werden kann auf Seiten der Formulierung 2: der Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K, vorzugsweise charakterisierend eine Partikelgrößenverteilung, insbesondere D10, D50 und/oder D90, und/oder einen Trockenverlust.
Die Verwendung der vorbezeichneten Parameter 4, 5, 7 kann ergänzt werden durch einen oder mehrere der zuvor und nachfolgend diskutierten Parameter 4, 5, 7.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte, schematische Ansicht eines künstlichen neuronalen Netzes 32 für die Ermittlung von Steuerparametern 5 zur Steuerung der Anlage 1 bzw. von den Aktoren 6 dieser.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Modell 12, insbesondere der statische Teil 12A des Modells 12, durch das künstliche neuronale Netz 32 gebildet oder weist das künstliche neuronale Netz 32 auf. Ein Beispiel für die Struktur des künstlichen neuronalen Netzes 32 ist in Fig. 3 wiedergegeben.
Das künstliche neuronale Netz 32 weist in einem Input Layer 33 Knoten 36 in Form von Eingangsknoten auf, die zu einem oder mehreren der Einsatzstoffparameter 4, zu einem oder mehreren der Zustandsparameter 7 des Granulators 13, zu einem oder mehreren der Zustandsparameter 7 des Trockners 15 und/oder zu einem oder mehreren der Soll-Formulierungsparameter 10 korrespondieren.
Bevorzugt weist das künstliche neuronale Netz 32 Knoten 36 in einem oder mehreren Hidden Layern 34 auf, über die eine Verknüpfung des Input Layer 23 zu einem Output Layer 35 erfolgen kann.
Das künstliche neuronale Netz 32 kann Knoten 36 in Form von Ausgangsknoten in einem Output Layer 35 aufweisen, die zu einem oder mehreren der Steuerparameter 5 korrespondieren.
Die Knoten 36 unterschiedlicher Layer 33, 34, 35 können mittels Kanten 37 untereinander verbunden sein. Die Knoten 36 können mittels der Kanten 37 einen Graphen bilden. Die Knoten 36 und/oder Kanten 37 weisen vorzugsweise Gewichte 38 auf, die die mittels der Kanten 37 darstellbaren Verknüpfungen der Knoten 36 spezifizieren.
Das künstliche neuronale Netz 32 wird oder ist vorzugsweise mit Datensätzen trainiert, die unterschiedliche Kombinationen der Einsatzstoffparameter 4, Zustandsparameter 7 und Steuerparameter 5 sowie sich unter Vorgabe dieser einstellender Ist- Formulierungsparameter 11 bestehen.
Die Trainingsdatensätze repräsentieren jeweils einen stationären Zustand der Anlage 1 , bei dem die Ist-Formulierungsparameter 11 und Zustandsparameter 7
basierend auf konstanten Steuerparametern 5 und Einsatzstoffparametern 4 einen zumindest im Wesentlichen statischen Wert angenommen haben.
Das künstliche neuronale Netz 32 wird oder ist vorzugsweise dadurch trainiert, dass die Eingangs-Knoten 36 mit mindestens einem, vorzugsweise mehreren, bevorzugt vom Einsatzstoff 3 beeinflussten, Zustandsparametern 7 des Granulators 13 und mindestens einem, vorzugsweise mehreren, korrespondierenden, bevorzugt vom Einsatzstoff 3 beeinflussten, Zustandsparametern 7 des Trockners 15 des jeweiligen Trainings-Datensatzes beaufschlagt werden.
Die Eingangsknoten (Knoten 36 im Input-Layer 33) werden oder sind vorzugsweise ferner jeweils mit einem oder mehreren korrespondierenden Ist-Formulierungsparametern 11 und mit einem oder mehreren korrespondierenden Einsatzstoffparametern 4 des jeweiligen Trainings-Datensatzes beaufschlagt.
Durch Vorgabe der Parameter 4, 5, 7, 11 eines Tranings-Datensatzes im Input-Layer 33 ergeben sich an den Ausgangsknoten (Knoten 36 des Output-Layer 35) Steuerparameter 5 (Werte des neuronalen Netzes 32), aus denen vorzugsweise durch Vergleich mit den Steuerparametern 5 des jeweiligen Trainings-Datensatzes Fehler bestimmt werden und die Fehler werden durch Anpassung der Gewichte 38 des künstlichen neuronalen Netzes 32, vorzugsweise mittels Back-Propagation und/oder sukzessive, verringert bzw. kompensiert.
Um mittels des neuronalen Netzes 32 dann letztendlich Steuerparameter 5 zu ermitteln, werden statt Ist-Formulierungsparametern 11 Soll-Formulierungsparameter 10 zusammen mit weiteren aktuellen Parametern 4, 7 dem künstlichen neuronalen Netz 32 (am Input-Layer 33) vorgegeben, woraufhin sich Steuerparameter 5 für die Steuerung der Anlage 1 (am Output-Layer 35 )ergeben, auf deren Basis die Anlage 1 steuerbar ist oder (automatisch) gesteuert wird.
Die Parameter 4, 5, 7, 10, zu denen Knoten 36 vorgesehen sind, sind vorzugsweise zumindest:
Vorzugsweise im Input-Layer 33:
Mindestens ein Knoten 36 zu mindestens einem korrespondierenden Einsatzstoff- Parameter 4, vorzugsweise der Feuchtigkeit des Einsatzstoffs 3 und/oder einer
Eigenschaft der Partikel des Einsatzstoffs 3, insbesondere seiner Partikelgrößenverteilung; und/oder
• Ein Knoten 36 zu dem Granulator-Parameter 7B, insbesondere dem Schnecken- bzw. Extruder-Drehmoment des Granulators 13; und/oder
• Ein Knoten 36 zu der Granulator-Temperatur 7D, insbesondere mehrere Knoten 36 zu mehreren Granulator-Temperaturen 7D; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Abluft-Parameter 7G, insbesondere zu der Temperatur und Feuchtigkeit der Luft 27 und/oder der Druckdifferenz der Luft 27 über dem Abscheider 30;
Vorzugsweise im Output-Layer 35:
• Ein Knoten 36 zu einem Granulator-Antrieb-Steuerparameter 5B; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Einspritzeinrichtungs-Steuerparameter 5C; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Fließbettantrieb-Steuerparameter 5H; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluftförderer-Antrieb-Steuerparameter 5E; und/oder Ein Knoten 36 zu einem Zuluft-Temperiereinrichtung-Steuerparameter 5F.
Optional sind Knoten zu einem oder zu mehreren folgender Zustandsparameter 7 im Input-Layer 34 vorgesehen:
• Ein Knoten 36 zu einem Einspritzeinrichtungs-Parameter 7C;
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluft-Parameter 7F;
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluftförderer-Parameter 7E;
• Ein Knoten 36 zu einem Fließbett-Parameter 7H;
• Ein Knoten 36 zu einer Formulierungs-Temperatur 7I;
• Ein Knoten 36 zu einem Formulierungs- Auslassmengen-Parameter 7J; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K, und/oder zu einem oder mehreren folgender Steuer-Parameter 5 im Output-Layer 35 vorgesehen:
Ein Knoten 36 zu einem Zuförderer-Antrieb Steuerparameter 5A;
Ein Knoten 36 zu einem Granulator-Temperiereinrichtungs-Steuerparameter
5D; und/oder
Ein Knoten 36 zu einem Abluftförderer-Antriebs-Steuerparameter 5G.
So ist es bevorzugt, dass zu den Zustandsparametern 7, zu denen jeweils ein Knoten 36 korrespondiert, der Granulator-Parameter 7B, insbesondere ein Granulierwerk- Drehmoment des Granulators 13, eine oder mehrere der Granulator-Temperaturen 7D an unterschiedlichen Position entlang eines Transportwegs des Granulators 13 für den Einsatzstoff 3, die Formulierungs-Temperatur 7I, insbesondere eine Temperatur der Formulierung 2 am Formulierungs-Auslass 31 des Trockners 15, ein Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K, insbesondere die Feuchtigkeit, insbesondere relative Feuchtigkeit, der Formulierung 2 am Formulierungs-Auslass 31 des Trockners 15, und/oder ein Abluft-Parameter 7G, insbesondere charakterisierend einen Druckverlust über einem Filter, hier beispielhaft (Zyklon-) Abscheider 30, des Trockners 15 aufweisen.
Das künstliche neuronale Netz 32 ist vorzugsweise durch Training dazu ausgebildet, aus den an den Knoten 36 des Input-Layer eingespeisten Parametern 4, 7, 10 Steuerparameter 5 zu erzeugen, mit denen die Anlage 1 bzw. der Verbund aus Granulator 13 und Trockner 15 steuerbar ist. Die durch das künstliche neuronale Netz 32 erzeugten Steuerparameter 5 werden hierzu bevorzugt, jedoch nicht zwingend mittels des dynamischen Modells 12B optimiert, bevor sie der Steuerung der Anlage 1 zugrunde gelegt werden.
Mit dem Modell 12 werden die Steuerparameter 5 vorzugsweise nur oder primär auf Basis des oder der Einsatzstoffparameter 4, Zustandsparameter 7 und Soll-Formulierungsparameter 10 bestimmt.
Es bleibt dabei, dass auch in diesem Fall bevorzugt nicht in-line-messbare Eigenschaften des Zwischenprodukts 14 außer Acht bleiben. Vorzugsweise werden allenfalls die Temperatur und/oder Feuchtigkeit des Zwischenprodukts 14 berücksichtigt.
Das Modell 12 berücksichtigt vorzugsweise zukünftige Auswirkungen von Änderungen Zustandsparameter 7 auf die Ist-Formulierungsparameter 11 , vorzugsweise durch Vorhersagen. Hierzu ist der dynamische Teil des Modells 12 vorzugsweise dazu ausgebildet, durch Langzeiteffekte hervorgerufene Änderungen der Ist-Formulierungsparameter 11 zu berücksichtigen.
Die Steuerung 9 berücksichtigt vorzugsweise zukünftige Auswirkungen von Änderungen der Steuerparameter 5 auf die Ist-Formulierungsparameter 11 und/oder Zustandsparameter 7, vorzugsweise durch Vorhersagen. Insbesondere der dynamische Teil des Modells 12 ist dazu ausgebildet, durch Langzeiteffekte hervorgerufene von Änderungen der Ist-Formulierungsparameter 11 vorzukompensieren.
Das Modell 12 kann hierzu Vorhersagen über zukünftige Entwicklungen der Ist-For- mulierungsparameter 11 der Bestimmung oder einer Anpassung der Steuerparameter 5 zugrunde legen. Hierzu kann das Modell 12 neben dem statischen Teil 12A, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter 5 aus den Zustandsparametern 7 und, vorzugsweise, den Einsatzstoffparametern 4 und dem/den Soll-Formulierungsparametern 10 ein Basiswert ermittelt wird oder ist, den dynamischen Teil 12B aufweisen, mit dem der Basiswert mittels einer Vorhersage optimiert wird.
Mit dem dynamischen Teil 12B des Modells 12 kann also basierend auf Einsatzstoffparametern 4 und aktuellen Zustandsparametern 7 eine Änderung von Ist-Formulierungsparametern 11 bei Änderung der aktuellen Zustandsparameter 7 prognostiziert und basierend auf dieser Prognose können die Basiswerte für die Steuerparameter 5 angepasst werden und die Anlage 1 mit den angepassten Steuerparametern 5 gesteuert werden.
Das Modell 12, insbesondere der dynamische Teil 12B des Modells 12, ist also dazu ausgebildet, Langzeiteffekte von Änderungen der Steuerparameter 5 auf die Ist-For- mulierungsparameter 11 und/oder Zustandsparameter 7 vorherzusagen. Die Steuerung 9 ist damit durch das Modell 12 dazu eingerichtet, die Anlage 1 bzw. Kombination aus Granulator 13 und Trockner 15 unter Kompensation der Langzeiteffekte zu steuern. Somit kann in überraschender Weise und trotz der direkten Kopplung von Granulator 13 und Trockner 15 eine Herstellung unter Einhaltung geringer / zulässiger Abweichungen der Ist-Formulierungsparameter 11 von den Soll-Formulierungsparametern 10 erreicht werden.
Wenn mit dem Modell 12 lediglich eine Vorhersage von Eigenschaften der Formulierung 2 gewünscht bzw. realisiert ist, kann das Modell 12 bzw. das künstliche neuronale Netz 32 anders aufgebaut sein, als im Fall einer bevorzugt vollautomatischen Steuerung mittels des Modells 12, nämlich vorzugsweise so, dass die Formulierung 2 charakterisierende Eigenschaften, insbesondere also ein oder mehrere
prognostizierte Ist-Formulierungsparameter 11 , bestimmt und/oder ausgegeben werden können.
Mit dem Modell 12 werden in diesem Fall vorzugsweise ein oder mehrere Ist-Formulierungsparameter 11 nur oder primär auf Basis des oder der Einsatzstoffparameter 4, Zustandsparameter 7 und vorgegebenen Steuerparameter 5 bestimmt bzw. prognostiziert.
Mit dem dynamischen Teil 12B des Modells 12 kann also, vorzugsweise basierend auf Einsatzstoffparametern 4, aktuellen Zustandsparametern 7 und/oder Steuerparametern 5 bzw. deren Basiswerten eine Änderung von Ist-Formulierungsparametern 11 unter Berücksichtigung einer mit einer Änderung von Steuerparametern 5 einhergehenden Änderung der Zustandsparameter 7 prognostiziert und basierend auf dieser Prognose können die resultierenden Ist-Formulierungsparameter 11 prognostiziert und, vorzugsweise ausgegeben werden.
Das Modell 12, insbesondere der dynamische Teil 12B des Modells 12, ist somit bevorzugt dazu ausgebildet, Langzeiteffekte von Änderungen der Zustandsparameter 7 auf die Ist-Formulierungsparameter 11 vorherzusagen. Hierdurch kann dem Nutzer in überraschender weise und trotz der direkten Kopplung von Granulator 13 und Trockner 15 mit dem prognostizierten Ist-Formulierungsparameter 11 ein Indikator an die Hand gegeben werden, um geeignete Steuerparameter 5 zu wählen.
Unabhängig davon, ob Steuerparameter 5 oder prognostizierte Ist-Formulierungsparameter 11 durch das Modell 12 bleiben nicht in-line-messbare Eigenschaften des Zwischenprodukts 14 bevorzugt außer Acht, beispielsweise eine physikalische Eigenschaft des Zwischenprodukts 14, die Partikel des Zwischenprodukts 14 charakterisiert. Insbesondere bleiben alle Eigenschaften des Zwischenprodukts 14 außer Acht, außer der Temperatur und der Feuchtigkeit des Zwischenprodukts 14.
Das Modell 12 berücksichtigt von dem in Verarbeitung befindlichen Einsatzstoff 2 bzw. dem Zwischenprodukt 14 also bevorzugt allenfalls solche Parameter, die in-line gemessen werden können, also keine Probennahme und von der Anlage getrennte Analyse erfordern.
Wie bereits erwähnt, kann das Modell 12 alternativ zur Prognose von Ist-Formulierungsparameter 11 ausgebildet sein. In diesem Fall ist das Modell 12 bwz. Künstliche
neuronale Netz 32 ander ausgebildet als das künstliche neuronale Netz 32 zur Ermittlung der Steuerparameter 5.
Die Parameter 4, 5, 7, 10, zu denen Knoten 36 vorgesehen sind, sind im Fall der Bestimmung von prognostizierten Ist-Formulierungsparametern 11 mit dem Modell 12 vorzugsweise zumindest:
Vorzugsweise im Input-Layer 33:
• Ein Knoten 36 zu mindestens einem korrespondierenden Einsatzstoff-Parameter 4, vorzugsweise der Feuchtigkeit des Einsatzstoffs 3 und/oder einer Eigenschaft der Partikel des Einsatzstoffs 3, insbesondere seiner Partikelgrößenverteilung; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Granulator-Parameter 7B, insbesondere ein Schnecken- bzw. Extruder-Drehmoment des Granulators 13, und/oder
• Ein Knoten 36 zu der Granulator-Temperatur 7D, insbesondere mehrere Knoten 36 zu mehreren Granulator-Temperaturen 7D; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Abluft-Parameter 7G, insbesondere zu der Temperatur und Feuchtigkeit der Luft 27 und/oder der Druckdifferenz der Luft 27 über dem Abscheider 30; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Granulator-Antrieb-Steuerparameter 5B; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Einspritzeinrichtungs-Steuerparameter 5C; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Fließbettantrieb-Steuerparameter 5H; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluftförderer-Antrieb-Steuerparameter 5E; und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluft-Temperiereinrichtung-Steuerparameter 5F.
Vorzugsweise im Output-Layer 35:
• ein oder mehrere Knoten 36 zu (jeweils) einem (prognostizierten) Ist-Formulierungsparameter 11 .
Optional sind Knoten 36 zu einem oder zu mehreren folgender Zustandsparameter 7 im Input-Layer 34 vorgesehen:
• Ein Knoten 36 zu einem Einspritzeinrichtungs-Parameter 7C und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluft-Parameter 7F und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Zuluftförderer-Parameter 7E und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Fließbett-Parameter 7H und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Formulierungs-Temperatur 7I und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Formulierungs- Parameter 7J und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Formulierungs-Eigenschafts-Parameter 7K und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Zuförderer-Antrieb Steuerparameter 5A und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Granulator-Temperiereinrichtung Steuerparameter 5D und/oder
• Ein Knoten 36 zu einem Abluftförderer-Antrieb Steuerparameter 5G.
Das künstliche neuronale Netz 32 kann in diesem Fall mit entsprechenden bzw. denselben Datensätzen trainiert sein oder werden wie das künstliche neuronale Netz 32 für die Bestimmung der Steuerparameter 5.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm vergangener und prognostizierter Verläufe eines oder mehrerer Parameter 5, 7, 10 und 11 .
Links der einen Wert eines Parameters 5, 7, 11 repräsentierenden Y-Achse ist, wie durch einen Pfeil für die Vergangenheit P angedeutet, die vergangene Entwicklung des einen oder der mehreren Parameter 5, 7, 11 sowie der vergangene Verlauf einer Referenztrajektorie 39 und eines gemessenen Parameters 7, 11. Darüber hinaus ist, wie mit einem Pfeil für die Zukunft F gekennzeichnet, die zukünftige Entwicklung dieser in einem Prognosehorizont 40 dargestellt.
Vorschlagsgemäß kann vorgesehen sein, dass einer oder mehrere der Parameter 5, 7, 10 zu diskreten Zeitpunkten tk+P geändert bzw. eine Änderung prognostiziert wird. Im Darstellungsbeispiel sind die Zeitpunkte tk+P um eine Abtastzeit At voneinander beabstandet. Grundsätzlich ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Abtastzeit At konstant ist, auch wenn dies möglich ist, und die Abtastzeit At kann gering gewählt werden, sodass der Verlauf des oder der Parameter 5, 7, 11 zumindest im Wesentlichen kontinuierlich sein kann.
Wie in Fig. 4 zu sehen, ist es möglich, dass durch die Prognose des oder der Parameter 5, 7, 11 , unterschiedliche und auch sowohl steigende als auch fallende Verläufe aufweisen kann mit dem Ziel, einen Messwert wie dem Zustandsparameter 7 und/oder dem Ist-Formulierungsparameter 11 der Referenztrajektorie 39 anzunähern.
Letztendlich repräsentiert der Verlauf gemäß Fig. 4 ein mögliches Systemverhalten, was eine vorteilhaft optimierte Steuerung der Anlage 1 bzw. des Herstellungsprozesses mittels des Modells 12 und der hiermit berücksichtigten sowohl vergangenen Entwicklung als auch für die Zukunft vorausgesagten Entwicklung unterschiedlicher Größen berücksichtigt.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm des Resultats einer Steuerung mit konstanten Steuerparametern 5 über der Zeit. In einem vorgegebenen, bevorzugt festen Zeitfenster 41 ergeben sich aufgrund des zumindest im Wesentlichen oder der zumindest im Wesentlichen konstanten Steuerparameter 5 ein oder mehrere Zustandsparameter ?. Der oder die Zustandsparameter 7 nähern sich hierbei bevorzugt asymptotisch einem festen Wert an, unter Berücksichtigung von Qualitätsdynamiken 42, die an diskreten Zeitpunkten gemessen werden können.
Auf Basis des oder einer Kombination der konstanten Steuerparameter 5 und des oder der sich hieraus ergebenen Zustandsparameter 7 lässt sich der statische Teil des Modells 12A ermitteln. Insbesondere kann ein machine-learning-basiertes Modell 12A des statischen Anlagenverhaltens auf dieser Basis erzeugt werden. Dies kann, wie zuvor erläutert, ein künstliches neuronales Netz 32 sein, grundsätzlich kommen jedoch auch andere machine-learning-basierte Verfahren in Frage.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm zueinander zeitlich versetzter Prognosen über der Zeit t. Zu jeden Zeitpunkt tk+P hängen zukünftige Messwerte K von früheren Entwicklungen und aktuellen Steuerparametern 5 bzw. Zustandsparametern 7 ab. Eine derartige Regression kann mittels einer Zeitserien-Prognose gelöst werden, wie in Fig. 6 angedeutet. Dargestellt sind Verläufe der Messwerte K ZU unterschiedlichen Relativ-Zeiten die zueinander zeitlich um eine Zeitdifferenz bzw. Abtastzeit At versetzt sind und mittels derer angedeutet ist, dass es sich um Prognosen der Zeitserie handelt.
Konkret ist es möglich und bevorzugt, dass mittels des Modells 12 getroffene Voraussagen in regelmäßigen Abstandszeiten At erneuert werden. Sobald sich der Zustand der Anlage 1 geändert hat und damit ein oder mehrere Zustandsparameter 7 von vorherigen Werten abweichen, kann - bevorzugt mittels des Modells 12 - also eine geänderte bzw. angepasste Prognose erzeugt werden, insbesondere von einem oder mehreren Steuerparametern 5, Zustandsparametern 7 und/oder Ist-For- mulierungsparametern 11.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm von Prozesseigenschaften über der Zeit. Die grundsätzliche Idee ist es, das statische Verhalten, wie beispielsweise anhand von Fig. 5 erläutert, mit dem dynamischen Verhalten und prognostizierte Entwicklungen unter Berücksichtigung vergangener Verläufe zu kombinieren, sodass, wie in Fig. 7 beispielhaft dargestellt, ein Prozess mit statischen Basiswerten, bevorzugt also ermittelt durch den statischen Teil 12A des Modells 12, gestartet wird und daraufhin während der Produktion durch wiederholtes, itaratives Optimieren, insbesondere mittels eines Time-Forecasting-Ansatzes, in geringer Zeit die gewünschten Attribute, insbesondere also Ist-Formulierungsparameter 11 , erreicht und im Anschluss zumindest im Wesentlichen gehalten werden können.
Grundsätzlich ist es also möglich, zum Start der kontinuierlichen Verarbeitung des Einsatzstoffs 3 zur Formulierung 2 die Steuerparameter 5 auf Basis des statischen Teils 12A des Modells 12 zu ermitteln und die Steuerparameter 5 im laufenden Betrieb der Anlage 1 mittels des dynamischen Teils 12B des Modells 12 leicht nachzuführen. Dies ist in den Zeitabschnitten in Fig. 7 zeitlich in dem Bereich angedeutet, in dem die Abtastzeiten At eingetragen sind.
Es ist also möglich, dass die Anlage 1 zunächst einen quasi-stationären Zustand erreicht, bevor die Nachregelung mittels des dynamischen Teils 12B des Modells 12 aktiviert wird und dann bevorzugt mittels eines Time-Series-Forecasting im Abstand von jeweils der Abtastzeit At einsetzt. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Steuerungsstrategien möglich.
Die vorschlagsgemäße Anlage 1 kann besonders vorteilhaft in einem System 45 zur Herstellung von Tabletten eingesetzt werden. Ein erweitertes Verfahren ist hierzu in Fig. 8 anhand eines schematischen Flussdiagramms gezeigt. Im System 45 können teilweise Komponenten zur Verarbeitung des Einsatzstoffs 3 und/oder zur Nachbearbeitung der Formulierung 2 wie eine bevorzugt pneumatische Förderanlage 46 vorgesehen sein, die der Anlage 1 zusätzliche Funktionen hinzufügen, wie nun anschließend anhand von Fig. 9 näher erläutert.
Fig. 9 zeigt eine in ein System 45 eingebettete Anlage 1. Der Anlage 1 kann die Vorbereitung des Einsatzstoffs 3 vorgeschaltet sein. Im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 9 und bezugnehmend auf das Verfahren gemäß Fig. 8 wird aus Komponenten 47 des Einsatzstoffs 3 durch Sieben und/oder Mischen in einem Vorbereitungsschritt
48 der Einsatzstoff 3 erzeugt, vorliegend beispielhaft und auch insgesamt bevorzugt eine Pulvermischung der Komponenten 47.
In einem vorschlagsgemäß bevorzugt kontinuierlich mit dem nachfolgenden Trocknungsschritt 50 stattfindenden Granulierschritt 49 wird der Einsatzstoff 3 anschließend mittels des Granulators 13 zum Zwischenprodukt 14 verarbeitet, vorzugsweise unter Hinzufügung von Flüssigkeit 13B, auch Granulier-Flüssigkeit genannt. Im fortgesetzt kontinuierlichen Prozess wird das Zwischenprodukt 14 anschließend mittels des Trockners 15 getrocknet, wodurch letztendlich die Formulierung 2 erzeugt wird. Bezüglich der kontinuierlichen Verarbeitung des Einsatzstoffs 3 zur Formulierung 2 wird ergänzend auf die vorherigen Abschnitte verwiesen.
Im Anschluss kann die Formulierung 2 weiterverarbeitet werden. In einem oder mehreren Nachbearbeitungsschritten 51 kann die Formulierung 2 gesiebt werden, beispielsweise in einer Nachbearbeitungseinrichtung 52, insbesondere zur Partikelselektion, zur Bildung einer nachbearbeiteten (insbesondere gesiebten) Formulierung 53. Alternativ oder zusätzlich wird die Formulierung 2 bzw. nachbearbeitete Formulierung 53 zu einem finalen Gemisch 54 in einem Mischprozess 55 mit Additiven wie Spreng- und/oder Bindemitteln 56 gemischt.
Letztendlich kann mittels eines Tablettierprozesses 57, insbesondere einer Verpres- sung, aus der Formulierung 2 bzw. der nachbearbeiteten Formulierung 53 oder dem finalen Gemisch 54 eine Darreichungsform 58, insbesondere ein oder mehrere Tabletten, hergestellt werden.
Der vorschlagsgemäße, bevorzugt pharmazeutische Prozess konzentriert sich auf die kontinuierlichen Prozessschritte der Herstellung fester oraler Darreichungsformen, wie beispielhaft anhand eines schematischen Flussdiagrams in Fig. 8 und im Folgenden ergänzend anhand des Systems 45 aus Fig. 9 erläutert.
Nach einer optionalen, bevorzugt chargenweisen, Aufbereitung einer homogenen Pulvervormischung von Komponenten 47 als Einsatzstoff 3, bevorzugt durch Sieben und/oder Mischen von den Einsatzstoff 3 bildenden Pulvern als Komponenten 47, wird in einem kontinuierlichen Granulationsschritt mit dem Granulator 13, bevorzugt einer sogenannten Doppelschneckengranulation (TSG), das Zwischenprodukt 14, bevorzugt Nassgranulat (nasses oder feuchtes Granulat), gebildet. Hierzu kann dem
Einsatzstoff 3 im Granulator 13 bzw. während des Granulierprozesses Flüssigkeit 13B zugefügt werden. Dies kann mit der Einspritzeinrichtung 6C erfolgen.
Das Zwischenprodukt 14 wird vorzugsweise in einem kontinuierlichen Produktstrom direkt in den kontinuierlich arbeitenden T rockner 15, hier Fließbetttrockner, überführt. Nach den beiden kontinuierlichen Prozessschritten Granulieren und Trocknen entsteht die Formulierung 2, bevorzugt ein Trockengranulat (getrocknetes Nassgranulat).
Die Formulierung 2 wird optional und bevorzugt im Anschluss gesiebt (zur nach bearbeiteten Formulierung 53) und/oder mit einer extragranularen Phase (einem Zu- satzstoff/Spreng- und/oder Bindemittel 56) gemischt, um das finale Gemisch 54 zu erhalten. Dieses finale Gemisch 54 (Endmischung) bildet vorzugsweise das Ausgangsmaterial für einen Tablettierprozess 57, wird zum Tablettieren verwendet oder das System 45 ist dazu ausgebildet.
Bevorzugt sind also die zwei kontinuierlichen Prozessschritte Granulierung und Trocknung als Anlage 1 vorgesehen. Das System kombiniert die Anlage 1 hingegen bevorzugt zu insgesamt mindestens drei, insbesondere vier, verschiedenen Prozesseinheiten bzw. Produktionsschritte.
Die Prozesseinheiten Beschickung und Doppelschnecken-Nassgranulation sind für den kontinuierlichen Granulationsprozess zuständig. Die beiden folgenden Prozesseinheiten - kontinuierliche Fließbetttrocknung und pneumatisches Fördersystem - sind für den kontinuierlichen Trocknungsprozess zuständig.
Insgesamt sind - bevorzugt sechs - Steuerparameter 5 (Haupteingangsgrößen) für die Steuerung/Steuer 9einrichtung der kontinuierlichen Granulier- und Trocknungsanlage 1 definiert bzw. werden für die Steuerung verwendet.
Die mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Steuerparameter 5 bzw. Haupteingangsgrößen für den Granulator 13 sind oder umfassen vorzugsweise die Dosiermenge [kg/h] (des Einsatzstoffs 3), die Extruderdrehzahl [U/min] (des Granulators 13) und/oder die Sprührate [g/min] (der Einspritzeinrichung 6C).
Für den Trockner 15 sind oder umfassen die mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Steuerparameter 5 bzw. Haupteingangsgrößen den Zuluftstrom [m3/h]
(in den Trockner 15), die Zulufttemperatur [°C] (der Zuluft in den Trockner 15) und/oder die Karusselldrehzahl [U/min] (des Trockners 15 bzw. eines Karussells dessen).
Da insgesamt vorzugsweise mindestens sechs Haupteingangsparameter bzw. Steuerparameter 5 für die Anlage 1 definiert sind oder zur Steuerung verwendet werden, ist es leicht zu verstehen, dass das Verständnis der Beziehungen, die Steuerung und die Kontrolle einer solchen multifaktoriellen Anlage 1 eine Herausforderung darstellen kann.
Eine Schematische Ansicht des Material- und Datenflusses der kontinuierlichen Granulier- und Trocknungsanlage 1 bzw. des hiermit gebildeten Systems 45 ist in Fig. 8 und 9 dargestellt.
Hinsichtlich des Materialflusses ist es bevorzugt, dass das System 45 nach einem Bin-to-Bin-Ansatz arbeitet bzw. dazu ausgebildet ist. Das bedeutet, dass ein erster Behälter eine bevorzugt homogene Pulvervormischung als Einsatzstoff 3 in die kontinuierliche Linie (aus Granulator 13 und Trockner 15) einspeist, um nach den beiden kontinuierlich ablaufenden Prozessschritten - bevorzugt Doppelschnecken-Nass- granulation und Fließbetttrocknung - in einem zweiten Behälter das getrocknete Granulat als Formulierung 2 zu erhalten.
Die Pulvervormischung als Einsatzstoff 3 wird durch das System 45 vorzugsweise chargenweise aufbereitet. Die Weiterverarbeitung des Trockengranulats (Formulierung 2) erfolgt vorzugsweise ebenfalls chargenweise wie beispielhaft in Fig. 9 gezeigt.
Im Gegensatz zu einer vollkontinuierlichen Herstellung (vom Rohmaterial bis zu den fertigen Tabletten) bietet dieses Bin-to-Bin-Verfahren eine höhere Flexibilität, da das System 45 selbst modular verwendet werden kann. Ein Vorteil liegt also darin, das kontinuierliche Verfahren aus Granulierung und Trocknung einzubetten in ein Bin-to- Bin-Verfahren, um die vorgenannten Vorteile bei gleichzeitig hoher Flexibilität erreichen zu können.
Vorzugsweise werden zur Steuerung der Anlage 1 bzw. das System 45 drei Arten von Daten berücksichtigt.
Die erste sind Steuerparameter 5 und umfasst vorzugsweise die sechs relevanten Steuerparameter 5, wie bereits oben beschrieben.
Die zweite Art von Daten sind Zustandsparameter 7 betreffend Prozesszustände (z.B. Temperaturen, Druckverluste, Drehmomente), die über mehrere Sensoren 8 in der gesamten Anlage 1 bevorzugt in einem Online- und/oder Echtzeitmodus gemessen werden können.
Die dritte Datenart umfasst bevorzugt einen oder mehrere Einsatzstoffparameter 4 und/oder Ist-Formulierungsparameter 11. Diese kritischen Materialattribute (des Einsatzstoffs 3, des Zwischenprodukts 14 und/oder der Formulierung 2) werden vorzugsweise als In-Prozess-Kontrolle bevorzugt getrennt von der Anlage 1 , diskontinuierlich und/oder auf Basis von Stichproben gemessen und bilden daher zeitverzögert die dritte Datenart.
Vorzugsweise bildet ein vollständiger Datensatz mit allen drei Datentypen die Grundlage für die Erstellung des oder der Modelle 12, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
Als wesentliche überraschende Vorteile der kontinuierlichen Granulier- und Trock- nungs- Anlage 1 , die durch die Erfindung erreicht werden, können insbesondere zwei relevante Aspekte hervorgehoben werden, auch wenn diese nicht zwingend sind:
Das multifaktorielle Zusammenspiel von - beispielsweise sechs - Haupt-Eingangsgrößen (Steuerparameter 5 und durch Steuerparameter 5 unmittelbar beeinflussbare bzw. vom Einsatzstoff 3 unbeeinflusste Zustandsparameter 7) und die resultierenden Ausgangsgrößen zu verstehen. Als Ausgangsgrößen können die resultierenden bzw. vom Einsatzstoff beeinflussten Zustandsparameter 7 (beispielsweise 10 Zustände; online und in Echtzeit gemessen) sowie die Materialattribute (bevorzugt den Einsatzstoff 3 und die Formulierung 2 charakterisierende Attribute beschrieben mit beispielsweise insgesamt vier Stoff-Parametern bzw. Ist-Formulierungsparametern 11 ; offline und zeitverzögert gemessen) definiert werden.
Darüber hinaus kombiniert die kontinuierliche Granulier- und Trocknungs-Anlage 1 vorzugsweise verschiedene (kontinuierliche) Prozessschritte. Daher beeinflussen die Prozessparameter bzw. Steuerparameter 5 einer Prozesseinheit auch die
Prozesszustände bzw. Zustandsparameter 7 der folgenden Einheiten und am Ende auch die Materialeigenschaften bzw. Ist-Formulierungsparameter 11.
Berücksichtigt man diese beiden Aspekte, so wird deutlich, dass eine optimale manuelle Steuerung des Prozesses eine Herausforderung darstellt und kaum zu einem guten Ergebnis führt. Aus diesem Grund wird ein großer Vorteil des bevorzugten machine-learning-basierten Verfahrens, das Vorhersagen und Steuerungsanpassungen an diesem kontinuierlichen Prozess liefert, deutlich sichtbar.
Zusammenfassend können folgende Aspekte einzeln oder in unterschiedlichen möglichen Kombinationen in der Anlage 1 realisiert werden: integrierter kontinuierlicher Prozess: kein vollständig kontinuierlicher Prozess (vom Wirkstoff und den Hilfsstoffen bis zum Endprodukt), sondern Ersatz mindestens zweier traditioneller Batch-Prozesse durch einen kontinuierlichen Prozessschritt; Kombination von Batch-Prozessen mit kontinuierlichen Schritten = integrierter kontinuierlicher Prozess
- Verwendung einer Flachboden-Dosiervorrichtung, die einen sehr präzisen und gut kontrollierbaren Massenstrom ermöglicht, als Zuförderer 16;
- Verwendung einer Doppelschnecken-Nassgranulieranlage als Granulator 13;
- Verwendung eines kontinuierlichen Fließbetttrockners als Trockner 15 ermöglicht eine Doppelfunktionalität; der Fließbetttrockner kann in einen Fließbettgranulator umgewandelt werden. Dieses modulare und variablere System ermöglicht eine doppelte Nutzung der Hauptausrüstung, wodurch die Produktivität der Anlage erhöht, die Stellfläche der Anlage effizient genutzt und Stillstandszeiten reduziert werden können;
- Verwendung eines speziellen, kontinuierlichen Trockners 15 mit einem langsam rotierenden Karussell, das die große Fließbettkammer in mehrere kleinen Kammern unterteilt, wodurch die Bildung von Teilchargen vermieden wird;
- Verringerung des möglichen Massenstaus von nassem Granulat (Zwischenprodukt 14) durch kürzere Transportwege und durch Vermeidung von Ventilen für nasses Granulat;
Inline-Datengenerierung von NIR-Sonden und/oder Partikelgrößenmesssystem (Zwischenprodukt-Sensor 8L/Formulierungs-Eigenschafts-Sensor 8K) zur Messung von Materialeigenschaften von Nassgranulat (Zwischenprodukt 14) und/oder Trockengranulat (Formulierung 2).
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt oder computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das vorschlagsgemäße Verfahren / die Schritte des Verfahrens oder Teile dieser auszuführen.
Einzelne Aspekte der vorliegenden Erfindung können getrennt voneinander, jedoch auch in unterschiedlichen Kombinationen realisiert werden. Insbesondere sind im Zusammenhang mit dem System 45 beschriebene Aspekte kombinierbar oder kön- nen vorteilhaft sein in Kombination mit den zuvor im Zusammenhang mit der Kombination des Granulators 13 und des Trockners 15 beschriebenen Aspekte.
Bezugszeichenliste:
1 Anlage 7C Einspritzeinrichtungs-Parameter
2 Formulierung 7D Granulator-Temperatur
3 Einsatzstoff 40 7E Zuluftförderer-Parameter
4 Einsatzstoffparameter 7F Zuluft-Parameter
5 Steuerparameter 7G Abluft-Parameter
5A Zuförderer-Antrieb-Steuerpara- 7H Fließbett-Parameter meter 7I Formulierungs-Temperatur
5B Granulator-Antrieb-Steuerpara- 45 7J Formulierungs-Auslassmengen- meter Parameter
5C Einspritzeinrichtungs-Steuerpa- 7K Formulierungs-Eigenschafts-Parameter rameter
5D Granulator-Temperiereinrich- 7L Zwischenprodukt-Eigenschafts- tungs-Steuerparameter so Parameter
5E Zuluftförderer-Antrieb-Steuerpa8 Sensor rameter 8A Zuförderer-Sensor
5F Zuluft-Temperiereinrichtung- 8B Granulator- Sensor
Steuerparameter 8C Einspritz-Sensor
5G Abluftförderer-Antrieb-Steuerpa- 55 8D Granulator-Temperatur-Sen- rameter sor(en)
5H Fließbettantrieb-Steuerparame8E Zuluftförderer-Sensor ter 8F Zuluft-Sensor
6 Aktor 8G Abluftförderer-Sensor
6A Zuförderer-Antrieb 60 8H Fließbett-Sensor
6B Granulator-Antrieb 8I Formulierungs-Temperatur-Sen¬
6C Einspritzeinrichtung sor
6D Granulator-Temperiereinrich8J Formulierungs-Auslassmengen- tung Sensor
6E Zuluftförderer-Antrieb 65 8K Formulierungs-Eigenschafts-
6F Zuluft-Temperiereinrichtung Sensor
6G Abluftförderer-Antrieb 8L Zwischenprodukt-Sensor
6H Fließbettantrieb 9 Steuereinrichtung
7 Zustandsparameter 10 Soll-Formulierungsparameter
[7] Zustandsparameter-Wert 70 10A Datenbank
7A Zuförderer-Parameter 11 Ist-Formulierungsparameter
7B Granulator-Parameter 12 Modell
12A statischer Teil 36 Knoten
12B dynamischer Teil 37 Kante
13 Granulator 35 38 Gewicht
13A Granulator-Einlass 39 Referenztrajektorie
13B Granulier-Flüssigkeit 40 Prognosehorizont
14 Zwischenprodukt 41 Festes Zeitfenster
15 Trockner 42 Qualitätsdynamiken
15A Zuluftförderer 40 43 Planungsdimension
15B Abluftförderer 44 Prozesszustand
16 Zuförderer 45 System
16A Vorratsbehälter 46 Förderanlage
16B Zuführeinrichtung 47 Komponenten
16C Schnecke 45 48 Vorbereitungsschritt
17 Granulierwerk 49 Granulierschritt
18 Schnecke 50 Trocknungsschritt
19 Bearbeitungszone 51 Nachbereitungsschritt
20 Kopplungseinrichtung 52 Nachbearbeitungseinrichtung
21 Zwischenprodukt-Auslass so 53 nachbearbeitete Formulierung
22 Gehäuse 54 finales Gemisch
23 Gehäuse 55 Mischprozess
24 Zwischenprodukt-Einlass 56 Spreng- und/oder Bindemittel
25 Fließbett 57 Tablettierprozess
26 Lufteinlass 55 58 Darreichungsform
27 Luft
28 Diffuser t Zeit
29 Luftauslass tk+p Zeitpunkt
30 Abscheider At Abtastzeit
31 Formulierungs-Auslass 60 P Vergangenheit
32 künstliches neuronales Netz F Zukunft
33 Input-Layer Relativ-Zeit
34 Hidden-Layer K Messwert
35 Output-Layer
Claims
1 . Verfahren zur Steuerung einer Anlage (1 ) zur Herstellung einer Formulierung (2) aus einem Einsatzstoff (3), wobei die Herstellung eine Verarbeitung des Einsatzstoffs (3) mit einem Granulator (13) und eine Trocknung eines aus dem Einsatzstoff (3) mit dem Granulator (13) hergestellten Zwischenprodukts (14) mittels eines Trockners (15) umfasst, wobei basierend auf einem Modell (12):
(a) Steuerparameter (5) der Anlage (1) ermittelt werden, die Stellgrößen zur Steuerung von Aktoren (6) der Anlage (1 ) sind oder repräsentieren, wobei das Modell (12) vorgegebene Soll-Formulierungsparameter (10) berücksichtigt, die gewünschte Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung (2), insbesondere eine beabsichtige Körnungseigenschaft und Feuchtigkeit, repräsentieren, oder
(b) Ist-Formulierungsparameter (11) prognostiziert werden, die tatsächliche Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung (2), insbesondere eine tatsächliche Körnungseigenschaft und Feuchtigkeit, repräsentieren, wobei das Modell (12) vorgegebene oder vorgebbare Steuerparameter (5) berücksichtigt, die Stellgrößen zur Steuerung von Aktoren (6) der Anlage (1 ) sind oder repräsentieren, wobei Zustandsparameter (7), insbesondere Sensorwerte, der Anlage (1 ), die jeweils einen die Herstellung beeinflussenden Zustand der Anlage (1) repräsentieren, bestimmt und durch das Modell (12) verarbeitet werden, und wobei Einsatzstoffparameter (4), die ein Attribut des Einsatzstoffs (3) repräsentieren, insbesondere eine Feuchtigkeit und/oder eine Körnungseigenschaft, durch das Modell (12) berücksichtigt werden, und wobei der Trockner (15) mit dem Granulator (13) derart gekoppelt ist, dass das Zwischenprodukt (14) automatisch unterbrechungsfrei aus dem Granulator (13) in den Trockner (15) gefördert wird und das Modell (12) die kontinuierlich ablaufende Kombination aus Granulierung mit dem Granulator (13) und anschließender Trocknung mit dem Trockner (15) berücksichtigt, und/oder wobei das Modell (12) einen statischen Teil (12A) aufweist, mit dem für den jeweiligen Steuerparameter (5) oder prognostizierten Ist-Formulierungsparameter (11 ) ein Basiswert ermittelt wird, und wobei das Modell (12) einen dynamischen Teil (12B) aufweist, mit dem der Basiswert mittels einer Vorhersage optimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (12), insbesondere der statische Teil (12A) des Modells (12), ein künstliches neuronales Netz (32) ist oder aufweist, wobei das künstliche neuronale Netz (32) Knoten (36) in einem Input-Layer (33) aufweist, die zu mindestens einem Zustandsparameter (7) des Granulators (13), und zu mindestens einem Zustandsparameter (7) des Trockners (15) und, vorzugsweise zu den Einsatzstoffparametern (4) korrespondieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche neuronale Netz (32) Knoten (36) in einem Output-Layer (35) aufweist, die zu den Steuerparametern (5) korrespondieren, während das künstliche neuronale Netz (32) in dem Input-Layer (33) Knoten (36) aufweist, die zu den Soll-Formulierungsparametern (10) korrespondieren; oder dass das künstliche neuronale Netz (32) in dem Input-Layer (33) Knoten (36) aufweist, die zu den Steuerparametern (5) korrespondieren, während das künstliche neuronale Netz (32) in dem Output-Layer (35) Knoten (36) aufweist, die zu den prognostizierten Ist-Formulierungsparametern (11 ) korrespondieren.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche neuronale Netz (32) mit unterschiedlichen Trainingsdatensätzen trainiert wird oder ist, die jeweils Kombinationen der Einsatzstoffparameter (4), Zustandsparameter (7) und Steuerparameter (5) sowie sich unter Vorgabe dieser einstellender Ist- Formulierungsparameter (11) bestehen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsdatensätze jeweils einen stationären Zustand der Anlage (1 ) repräsentieren, bei dem die Ist-Formulierungsparameter (11 ) und Zustandsparameter (7) basierend auf konstanten Steuerparametern (5) und Einsatzstoffparametern (4) einen zumindest im Wesentlichen statischen Wert angenommen haben.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche neuronale Netz (32) dadurch trainiert wird oder ist, dass die Knoten (36) mit mindestens einem Zustandsparameter (7) des Granulators (13) und mindestens einem korrespondierenden Zustandsparameter (7) des Trockners (15) des jeweiligen Trainings- Datensatzes und, vorzugsweise, mit korrespondierenden Einsatzstoffparametern (4) des jeweiligen Trainings-Datensatzes beaufschlagt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (36) ferner jeweils mit korrespondierenden Steuerparametern (5) oder Ist-Formulierungsparametern (11 ) beaufschlagt werden, soweit hierzu Knoten (36) im Input-Layer (33) vorgesehen sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils an den Knoten (36) des Output-Layer (35) für die jeweiligen Steuerparameter (5) oder prognostizierten Ist-Formulierungsparameter (11 ) Werte ergeben, und durch Vergleich dieser Werte mit den korrespondierenden Steuerparametern (5) oder Ist- Formulierungsparametern (11 ) des jeweiligen Trainings-Datensatzes Fehler bestimmt werden, und wobei die Fehler durch Anpassung von Gewichten des künstlichen neuronalen Netzes (32), vorzugsweise mittels Back-Propagation und/oder sukzessive von Trainingsdatensatz zu Trainingsdatensatz, verringert werden.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerparameter (5) einen Steuerparameter (5B, 5C, 5D) zur Steuerung des Granulierers (13) sowie mindestens einen Steuerparameter (5E, 5F, 5G, 5H) zur Steuerung des Trockners (15) aufweisen.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsparameter (7) mindestens einen Parameter (7B, 7C, 7D) aufweisen, der einen Betriebszustand des Granulators (13) beschreibt, und einen Parameter (7E, 7F, 7G, 7H) aufweisen, der einen Betriebszustand des Trockners (15) beschreibt.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Modell (12)
(a) die Steuerparameter (5) nur auf Basis der Einsatzstoffparameter (4), Zustandsparameter (7) und Ist-Formulierungsparameter (11 ) oder
(b) die prognostizierten Ist-Formulierungsparameter (11) nur auf Basis der Einsatzstoffparameter (4), Zustandsparameter (7) und Steuerparameter (5) bestimmt werden, vorzugsweise wobei nicht in-line-messbare Eigenschaften des Zwischenprodukts (14), insbesondere Partikel betreffende Eigenschaften des Zwischenprodukts (14), außer Acht bleiben.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (12), insbesondere der dynamische Teil (12B) des Modells (12), Langzeiteffekte von Änderungen der Steuerparameter (5) auf die Ist-Formulierungsparameter (11 ) und/oder Zustandsparameter (7) berücksichtigt; und/oder dass mit dem dynamischen Teil (12B) des Modells (12) eine Änderung von Zustandsparametern (7) prognostiziert wird und basierend auf dieser Prognose die Basiswerte für die Steuerparameter (5) angepasst werden und die Anlage (1) mit den auf diese Weise optimierten Steuerparametern (5) gesteuert wird.
13. Computerprogrammprodukt oder computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
14. Anlage (1 ) zur Herstellung einer Formulierung (2) aus einem Einsatzstoff (3), wobei die Herstellung eine Verarbeitung des Einsatzstoffs (3) mit einem Granulator (13) und eine Trocknung eines mit dem Granulator (13) hergestellten Zwischenprodukts (14) mittels eines Trockners (15), aufweisend:
Sensoren zur Erfassung von Zustandsparametern (7) der Anlage (1 ), die jeweils einen die Herstellung beeinflussenden Zustand der Anlage (1 ) repräsentieren,
Aktoren (6) der Anlage (1 ) zum unmittelbaren oder mittelbaren Einwirken auf den Einsatzstoff (3), eine Steuereinrichtung (9) zur Steuerung der Aktoren (6) mit Steuerparametern (5), die Stellgrößen zur Steuerung der Aktoren (6) sind oder repräsentieren, wobei der Steuereinrichtung (9) Soll-Formulierungsparameter (10) vorgegeben oder vorgebbar sind, die die gewünschten Eigenschaften der hergestellten oder herzustellenden Formulierung (2) repräsentieren, insbesondere eine Partikel charakterisierende physikalische Eigenschaft und eine Feuchtigkeit, und ein Modell (12), basierend auf dem die Steuerparameter (5) ermittelbar und/oder Ist- Formulierungsparameter prognostizierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulator (13) derart mit dem Trockner (15) gekoppelt ist, dass das Zwischenprodukt (14) automatisch unterbrechungsfrei aus dem Granulator (13) in den Trockner (15) gefördert wird, wobei das Modell (12) die Kombination aus
Granulierung mit dem Granulator (13) und der sich kontinuierlich anschließenden T rocknung mit dem T rockner (15) berücksichtigt und die Anlage (1 ) dazu ausgebildet ist, dass die Steuereinrichtung (9) mit dem Modell (12) basierend auf den Zustandsparametern (7) der Anlage (1 ) die Steuerparameter (5) ermittelt und/oder Ist- Formulierungsparameter (11 ) prognostiziert; und/oder dass das Modell (12) einen statischen Teil (12A) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, mit dem statischen Teil (12A) für den jeweiligen Steuerparameter (5) oder Ist-Formulierungsparameter (11 ) mit den Zustandsparame- tern (7) einen Basiswert zu ermitteln, und wobei das Modell (12) einen dynamischen
Teil (12B) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, mit dem dynamischen Teil (12B) den Basiswert mittels einer Vorhersage zu optimieren.
15. System (45) aufweisend eine Anlage (1 ) gemäß Anspruch 14 und eine Einrich- tung zur Bildung des Einsatzstoffs (3) aus mehreren Komponenten (47), bevorzugt
Pulvern, vorzugsweise durch Sieben, und/oder eine Einrichtung zur Weiterverarbeitung (51 , 55, 57), vorzugsweise Tablettierung, der Formulierung (2).
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PCT/EP2023/084434 WO2024121193A1 (de) | 2022-12-06 | 2023-12-06 | Verfahren zur steuerung eines kontinuierlichen granulier- und trocknungsprozesses sowie anlage und system hiefür |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2024121193A1 (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09108564A (ja) * | 1995-10-18 | 1997-04-28 | Yamaguchi Pref Gov | 押し出し造粒方法およびその装置 |
US20140379101A1 (en) * | 2012-02-02 | 2014-12-25 | Foss Analytical A/S | Method of controlling a production process |
CN111905649A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-10 | 浙江大学 | 一种流化床制粒过程状态监测系统及方法 |
CN114588200A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-06-07 | 江苏聚荣制药集团有限公司 | 一种双黄连颗粒的制备方法 |
-
2023
- 2023-12-06 WO PCT/EP2023/084434 patent/WO2024121193A1/de unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH09108564A (ja) * | 1995-10-18 | 1997-04-28 | Yamaguchi Pref Gov | 押し出し造粒方法およびその装置 |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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ROGGO YVES ET AL: "Deep learning for continuous manufacturing of pharmaceutical solid dosage form", EUROPEAN JOURNAL OF PHARMACEUTICS AND BIOPHARMACEUTICS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., AMSTERDAM, NL, vol. 153, 11 June 2020 (2020-06-11), pages 95 - 105, XP086209608, ISSN: 0939-6411, [retrieved on 20200611], DOI: 10.1016/J.EJPB.2020.06.002 * |
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