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Aktuelle Trends in der Mahl- und Siebtechnologie Zerkleinern und sieben

31.10.2018

Auch Mahlmaschinen und Siebe entwickeln sich ständig weiter. Das freut viele Industriekunden, weil sich mithilfe moderner Mühlen- und Siebanlagen die Produktionseffizienz steigern lässt. Ein Überblick über die neuesten Entwicklungen.

Die Herstellung von Tabletten in der Pharmaindustrie ist ohne den Einsatz von Sieben und Mühlen nahezu unvorstellbar. Diese Geräte werden beispielsweise zum Zerkleinern von Feststoffen eingesetzt – mit dem Ziel, die Partikeloberfläche zu vergrößern und die unterschiedlichen Partikelgrößen anzugleichen, um eine homogene Mischbarkeit zu gewährleisten. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit lassen sich Mühlen und Siebmaschinen gut in komplexe Produktionslinien integrieren, beispielsweise für Befüll-, Entleer- oder Transfervorgänge an Prozessmaschinen oder zum Umfüllen von Containern.

Dank ihrer geringen Grundfläche punkten sie gerade in pharmazeutischen Reinräumen, in denen der Platz oft begrenzt ist. Zudem verfügen manche Siebanlagen und Mühlen über eine integrierte Hubsäule, was eine Integration in nahezu jede erdenkliche Prozesssituation ermöglicht. Dennoch sind die Geräte frei beweglich, sodass sie für ihren Einsatz oder zur Reinigung einfach verschoben oder gar demontiert werden können. In der Folge werden eine moderne konische Siebmaschine und eine Hammermühle vorgestellt.

Konische Siebmaschine

Konische Siebmaschinen werden unter anderem eingesetzt, um pharmazeutische Inhaltsstoffe auf eine einheitliche Größe zu bringen. Sie sind in vielen verschiedenen Größen erhältlich – vom Labormaßstab bis hin zu Anlagen mit hohen Kapazitäten. Im Vergleich zu anderen Zerkleinerungstechniken bieten konische Siebmaschinen Vorteile: geringere Geräuschentwicklung, höhere Kapazität, enge Verteilung der Partikelgrößen und hohe Designflexibilität. Eine solche Siebanlage kann den Durchsatz bei der Verarbeitung von Materialien mit geringer Dichte um mehr als 50 Prozent erhöhen.

Das BTS-Sieb der Firma L.B. Bohle bietet eine bestmögliche Partikelgrößenverteilung. Durch den Einsatz verschiedener konischer Siebeinsätze (Loch- und Reibsieb) können sowohl trockene als auch feuchte Produkte mit einer Geschwindigkeit von 150 bis 1.500 Umdrehungen pro Minute verarbeitet werden. Innerhalb einer Stunde lassen sich so Produktkapazitäten von zwei bis drei Tonnen erzielen. Die Bedienung des BTS-Siebs erfolgt über ein 7-Zoll-Touchpanel, das über eine USB-Schnittstelle verfügt und die Möglichkeit einer Benutzer-, Rezept- und PDF-Sammeldruckverwaltung bereitstellt. In einer explosionsgeschützten Ausführung ist das Sieb auch gemäß der Atex-Richtlinien einsetzbar.

Der Siebbehälter kann bequem in Kombination mit dem Bajonettverschluss und dem Spannring entnommen werden. Die einzelnen Bauteile des BTS-Siebs lassen sich somit leicht manuell reinigen. Für eine vereinfachte WIP-Reinigung kann das Siebgehäuse optional mit Reinigungsdüsen ausgestattet werden, wodurch sich das Innere des Siebbehälters schnell von Materialresten befreien lässt. Reinigungsdüsen seitlich des Siebeinsatzes und unterhalb des Winkelgetriebes zählen zum Lieferumfang. Die Düsen werden über einen zentralen Wasseranschluss versorgt.

Hammermühle für Forschung und Fertigung

Hammermühlen eignen sich sowohl für die Forschung als auch für die kontinuierliche Fertigung. Sie zerkleinern Pulver, Agglomerate und Granulate. Besonders häufig werden Hammermühlen eingesetzt, wenn der Anwender eine präzise Partikelreduktion von schwer zu mahlenden Wirkstoffen benötigt. Außerdem werden sie verwendet, um zerbrochene Tabletten weiterzuverarbeiten. Das erneute Mahlen von Tabletten, die zum Beispiel aufgrund von optischen Mängeln nicht den Anforderungen entsprechen, und deren anschließende Rückführung in die Produktion, verringert den Ausschuss und erhöht die Produktivität.

Bis zu 6.000 Umdrehungen pro Minute

Hammermühlen wie die BTM-Reihe von L.B. Bohle können bei Geschwindigkeiten von 600 bis 6.000 Umdrehungen pro Minute bis zu 1.500 kg/h produzieren. Dafür ist die BTM-Mühle mit einem automatischen Dosierorgan ausgestattet (Zellenradschleuse). So kann der Bediener die Mahlkammer gleichmäßig und ohne Überfüllungsrisiko mit Material beschicken. Durch das automatische Zuführen entsteht weniger Wärme, zudem lässt sich der Prozess mit identischen Parametern wiederholen. Der Rotor im Mühleninneren hat zwei Seiten mit unterschiedlichen Funktionen: Die sogenannte Messerseite zerkleinert klebrige Produkte, während die Hammerseite zum Mahlen von harten, kristallinen Produkten eingesetzt wird. Bei der BTM-Mühle kann die Partikelgröße unter Verwendung verschiedener Siebeinsätze auf bis zu 0,1 mm reduziert werden.

Praxisbeispiel aus der Biopharmazie

Dass moderne Mahl- und Siebanlagen zu einer gesteigerten Produktionseffizienz führen - diese Erfahrung hat ein Hersteller von Zellkulturen gemacht. In der Vergangenheit setzte das Unternehmen auf Kugelmühlen, um die Partikelgröße der anfänglichen Mischung zu verringern. Der Kugelmahlprozess ist jedoch sehr zeitintensiv. Er basiert auf keramischen Kugeln, die das Ausgangsprodukt in einem Taumelgefäß zu Pulver zerkleinern. Nach dem Mahlen einer Charge müssen sowohl die Mühle als auch Hunderte von Keramikkugeln im Inneren gereinigt werden. Dies kann bis zu einer Woche dauern. In dieser Zeit ist die Maschine nicht anderweitig nutzbar.

Um die Anforderungen seiner biopharmazeutischen Kunden besser erfüllen zu können, suchte ein Hersteller solcher Zellkulturen darum nach einem flexibleren Mühlensystem. Zudem sollte die Mühle wenig Platz benötigen und fahrbar sein, um sie zur Reinigung aus dem ursprünglichen Produktionsraum entfernen zu können und so Platz für weitere Produktionsschritte zu gewinnen. Der Anwender gab auch produktspezifische Anforderungen bezüglich der Partikel- und Chargengröße vor: Für einwandfreie Auflösungsraten mussten bis zu 50 Prozent der Charge kleiner als 100 Mikrometer sein. Zu guter Letzt war zu berücksichtigen, dass das zu verarbeitende Medium bei Temperaturen über 37 Grad Celsius ist seine Bioaktivität verliert.

Mahlkammer mit Kühlmantel

Mit diesen Anforderungen wandte sich der Hersteller an L.B. Bohle. Bei einem ersten Test mit der Turbomühle BTM 150 wurde die gewünschte Produktgröße bei einem Durchsatz von 375 kg/h in einem geschlossenen Behälter-zu-Behälter-Mahlaufbau (Inline-Verfahren) erreicht. Die Bohle-Experten wählten dafür eine Rotordrehzahl von 6.000 Umdrehungen pro Minute mit der Hammerseite des Rotors. In der Turbomühle wurde ein 1-mm-Siebeinsatz verwendet, der eine identische Partikelgröße gewährleistet wie in der Kugelmühle.

Nach einem Produktionszyklus von 30 kg wurde eine Wärme von etwa 30 Grad Celsius gemessen. Um die Temperatur besser kontrollieren, die entstehende Wärme abführen und so alle Spezifikationen des Herstellers erfüllen zu können, wurde die Mahlkammer mit einem Kühlmantel versehen. Außerdem wurde Stickstoff in die Mahlkammer geleitet und über Filter wieder abgeführt, um eine durch die Kühlung hervorgerufene Kondensation in der Mahlkammer zu verhindern.

Verarbeitungseffizienz erhöht

Nach diesen Ergebnissen bestellte der Zellkulturen-Hersteller drei Hammermühlen. Seit der Installation hat sich die Verarbeitungseffizienz erhöht. So können nun mehrere 1.000-kg-Chargen statt wie bisher nur eine oder zwei Chargen pro Woche gemahlen werden, weil sich die BTM-Mühle nahezu werkzeuglos zerlegen und schnell reinigen lässt.

Bildergalerie

  • Die konischen Siebmaschinen weisen einen hohe Durchsatzrate auf.

    Bild: Bohle

  • Die Hammermühle lässt sich binnen weniger Sekunden demontieren.

    Bild: Bohle

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