phpro - Prozesstechnik für die Pharmaindustrie 02.2018
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<strong>phpro</strong><br />
PRODUKTION<br />
Kristallisator mit strömungsoptimiertem Design<br />
Gleichmäßiges Kristallwachstum<br />
im Fokus<br />
Gleichmäßiges Kristallwachstum zu erreichen, ohne durch allzu intensives Rühren<br />
gleich wieder Kristallbruch in Kauf zu nehmen, ist <strong>die</strong> hohe Kunst bei der Auslegung<br />
und Optimierung von Kristallisatoren. Auf dem Weg dahin helfen Strömungssimu -<br />
lationen und praktisches Know-how, wie der Plug-Flow-Crystallizer T-PFC von<br />
Technoforce Solutions zeigt.<br />
Auf <strong>die</strong> Frage, was er sich von einem<br />
Kristallisator erwartet, antwortete der Projektmanager<br />
eines führenden Pharmaunternehmens:<br />
„Wir möchten ausschließlich<br />
Kristalle in der Größe von 250 μm“. Das<br />
war natürlich ein Scherz. Dieses Kunststück<br />
kann kein industrieller Kristallisator vollbringen.<br />
Tatsächlich unterstreicht <strong>die</strong>se Aussage<br />
jedoch den grundsätzlichen Bedarf<br />
nach Kristallen mit einer gleichmäßigen<br />
Korngrößenverteilung (CSD) und Morphologie.<br />
Eine zu breit gefächerte CSD beeinflusst<br />
das Fließverhalten des Pulvers, bei Lagerung<br />
neigt es zum Verklumpen und Verkleben.<br />
Die Staubbildung durch den Feinkornanteil<br />
stellt beim Fördern zudem eine<br />
Gefahrenquelle dar.<br />
Pulver werden durch Trocknung oder Kristallisation<br />
erzeugt. Mit der Kristallisation<br />
können sehr reine Feststoffe mit definierten<br />
Kristallstrukturen (Morphologie) erzielt<br />
werden. Dies ist beispielsweise bei den API<br />
(Active Pharmaceutical Ingre<strong>die</strong>nts) der<br />
pharmazeutischen Industrie wichtig.<br />
Die Auswahl des Kristallisators hat wiederum<br />
eine große Auswirkung auf <strong>die</strong> Korngrößenverteilung.<br />
Von den verschiedenen<br />
Verfahren – Kühlungskristallisation, Verdampfung<br />
oder Verwendung von Anti-Solvents<br />
– beziehen sich <strong>die</strong> folgenden Abschnitte<br />
auf <strong>die</strong> Kühlungskristallisation. Die<br />
Kernaussagen treffen aber auch <strong>für</strong> <strong>die</strong> anderen<br />
Techniken zu.<br />
Kristallisationsverlauf<br />
Das Kristallwachstum soll im Bereich zwischen<br />
der Sättigungs- und Übersättigungskurve<br />
(Kristallwachstumszone) stattfinden.<br />
Unterhalb der Sättigungskurve bilden sich<br />
keine neuen Kristalle und existierende lösen<br />
sich wieder auf. Bei kompakten Anlagen bevorzugt<br />
man einen Kristallisationsverlauf<br />
nahe an der Übersättigungskurve. Steigt der<br />
Sättigungsgrad jedoch über <strong>die</strong> Übersättigung<br />
hinaus an, kann es zu einer unkontrollierten<br />
Keimbildung und zur Entstehung<br />
von Feinkörnern kommen.<br />
Eine enge Korngrößenverteilung erreicht<br />
man, wenn man eine unkontrollierte primäre<br />
Keimbildung vermeidet und alle Kristalle<br />
den gleichen Zeitraum <strong>für</strong> das Wachstum erhalten.<br />
Um eine Gleichmäßigkeit in der primären<br />
Keimbildung zu erreichen, neigt<br />
man dazu, effiziente Rührwerke einzusetzen<br />
und <strong>die</strong> Rührenergie/Kraft zu erhöhen. Dies<br />
jedoch erhöht das Risiko einer sekundären<br />
Keimbildung durch den Bruch bereits exis-<br />
Bilder: Technoforce<br />
Bild 1: Ergebnisse von CFD-Simulationen an einem Batch-Kristallisator<br />
36 <strong>phpro</strong> 02-2018
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