Top Spray oder Bottom Spray (Wurster) in der Wirbelschicht

Zwei Wirbelschichtanlagen können von außen nahezu gleich aussehen und völlig unterschiedliche Ergebnisse liefern. Der Unterschied liegt meist darin, wo die Düse sitzt.

Die Düsenposition bestimmt, in welche Richtung sich die Tropfen relativ zu den Partikeln bewegen, wie weit ein Tropfen fliegt, bevor er auftrifft, und wie stark er dabei antrocknet. Diese drei Punkte entscheiden, ob der Prozess Granulat aufbaut oder einen Film aufträgt.

Der grundlegende Unterschied

Alles Folgende ergibt sich aus dieser Tabelle.

Warum Top Spray Granulat aufbaut

Bei der Top-Spray-Anordnung sprüht die Düse nach unten, während die Fluidisierluft die Partikel nach oben trägt. Tropfen und Partikel treffen frontal aufeinander, und ein Tropfen legt einen vergleichsweise langen Weg zurück, bevor er ein Partikel erreicht — dabei verliert er einen Teil des Lösungsmittels.

Dieses teilweise Antrocknen ist kein Mangel. Ein angetrocknet auftreffender Tropfen ist klebrig statt flüssig und verbindet Partikel zu Brücken, anstatt sich über sie zu verteilen. Über das gesamte Bett wiederholt ist das genau, was die Granulierung benötigt: Flüssigkeitsbrücken bilden sich, verfestigen sich im Verlauf der Trocknung, und die Partikel wachsen zu Agglomeraten.

Das Ergebnis ist ein poröses Granulatkorn mit guter Verpressbarkeit — nützlich, wenn das Granulat später zu Tabletten verpresst wird. Ein Wirbelschichtgranulator arbeitet auf diese Weise und vereint Mischen, Granulieren und Trocknen in einer geschlossenen Kammer, ohne Material zwischen getrennten Maschinen zu bewegen.

Derselbe Gegenstrom, der der Granulierung dient, wirkt dem Coating entgegen. Ein Tropfen, der vor dem Auftreffen trocknet, kann sich nicht zu einem geschlossenen Film ausbreiten. Einzelne Coatingaufgaben werden dennoch im Top Spray gelöst — darunter das Auftragen von Schmelzen und einfache Geschmacksmaskierung —, doch eine anspruchsvolle Filmspezifikation weist meist in eine andere Richtung.

Warum Bottom Spray gleichmäßig beschichtet

Die Wurster-Konfiguration ist nach Dale Wurster benannt, der sie in den 1950er-Jahren an der University of Wisconsin entwickelt hat. Ein Trennrohr im Produktbehälter teilt das Bett in zwei Bereiche.

Der Kreislauf verläuft so:

1. Die Luftgeschwindigkeit ist im Trennrohr am höchsten, sodass die Partikel darin beschleunigt werden.
2. Die Düse sitzt am Fuß des Trennrohrs und sprüht nach oben — in dieselbe Richtung, in die sich die Partikel bereits bewegen.
3. Da Tropfen und Partikel einen kurzen Weg gemeinsam zurücklegen, ist der Tropfen beim Auftreffen noch feucht und breitet sich aus.
4. Oberhalb des Trennrohrs weitet sich der Luftstrom, die Partikel verlangsamen sich und fallen außerhalb des Rohrs zurück, wobei sie antrocknen.
5. Am Boden treten sie erneut ein und passieren wieder die Düse.

Jedes Partikel durchläuft die Sprühzone daher vielfach und nimmt je Durchgang eine dünne Schicht auf. Diese Wiederholung — und nicht ein einzelner dicker Auftrag — erzeugt den gleichmäßigen Film.

Das zählt überall dort, wo der Überzug eine funktionale statt einer kosmetischen Aufgabe hat: kontrollierte oder verzögerte Freisetzung, magensaftresistenter Schutz, Feuchtigkeitsbarrieren, Geschmacksmaskierung. Ein Wirbelschichtcoater mit Bottom Spray ist für genau solche Aufgaben gebaut.

Eine dritte Möglichkeit: tangentiales Sprühen

Eine dritte Anordnung setzt die Düse tangential und ergänzt eine rotierende Scheibe am Boden des Produktbehälters. Die Scheibe bringt eine mechanische Bewegung ein, die die beiden anderen Konfigurationen nicht haben, sodass die Partikel auf einer spiralförmigen Bahn — drehend, steigend und fallend — an der Düse vorbeilaufen.

Diese mechanische Wirkung verdichtet, während sie beschichtet. Sie eignet sich für den schichtweisen Aufbau ausgehend von einem Startkern und für hohe Auftragsmengen, die in einem Wurster eine unpraktikable Anzahl von Durchgängen erfordern würden. Sie ist eine Speziallösung und keine Standardwahl und sollte dann geprüft werden, wenn die Produktform sie erfordert.

Zhengyuan liefert die tangentiale Rotoranordnung neben Top Spray und Wurster. Welche in Ihre Linie gehört, ergibt sich aus dem Produkt, nicht aus der Maschine.

Die Wahl zwischen beiden

Beginnen Sie mit dem Produkt, das Sie benötigen, nicht mit der Maschine:

Top Spray wählen, wenn

• Granulatwachstum das Ziel ist und nicht eine Oberflächenschicht
• das Granulat nachgelagert verpresst wird und Porosität benötigt
• das Material die thermischen und mechanischen Bedingungen der Wirbelschichtgranulierung verträgt

Bottom Spray (Wurster) wählen, wenn

• der Überzug eine funktionale Spezifikation hat — Freisetzungsprofil, Schutz, Geschmacksmaskierung
• Gleichmäßigkeit und Geschlossenheit des Films zählen
• das Substrat aus Granulat, Pellets oder kleinen Partikeln besteht, die sich im Trennrohr stabil fluidisieren lassen

Andere Anlagen prüfen, wenn

• die Rezeptur Befeuchtung und Verdichtung unter hoher Scherung benötigt, was auf einen High-Shear-Granulator statt auf eine Wirbelschicht hinweist
• dichte, kugelförmige Pellets das Ziel sind, was üblicherweise Extrusion mit anschließendem Sphäronisierer erfordert
• das Material so feuchte- oder hitzeempfindlich ist, dass ein Nassverfahren ausscheidet

Was über den Erfolg entscheidet

Die Düsenposition legt die Verfahrensart fest. Über den Erfolg entscheiden diese Größen:

Auf das Gleichgewicht zwischen Sprührate und Trocknungsrate kommt es an. Wird für die Trocknungsbedingungen zu schnell gesprüht, übernässt das Bett und bricht zusammen. Wird zu stark getrocknet, wird der Überzug rau und unvollständig, oder das Granulat bleibt fein und wächst nicht.

Diese Einstellungen werden in Versuchen an der tatsächlichen Rezeptur ermittelt. Werte von einem anderen Produkt oder von einer Maschine anderer Baugröße sind ein Ausgangspunkt für die Entwicklung — keine fertige Vorschrift.

Scale-up

Ein im Labormaßstab entwickelter Prozess lässt sich nicht durch proportionales Hochrechnen in die Produktion übertragen. Luftmenge, Sprührate, Düsenanzahl und Geometrie des Trennrohrs ändern sich alle, und die Zusammenhänge zwischen ihnen sind nicht linear.

Planen Sie Versuche in jeder Baugröße ein und dokumentieren Sie die Prozessbedingungen, unter denen ein akzeptables Produkt entstand, zusammen mit den Qualitätsergebnissen, nach denen es beurteilt wurde.

Sprechen Sie mit Zhengyuan

Nennen Sie uns Substrat, gewünschte Produktform, Coating- oder Granulatspezifikation und Ihren Chargengrößenbereich. Unsere Wirbelschichtsysteme nehmen wechselbare Einsätze für Top Spray, Wurster und tangentialen Rotor auf, sodass sich die Konfiguration nach Ihrem Prozess richtet und nicht umgekehrt — und wenn ein umrüstbares Gerät für Ihren Produktionsrhythmus die falsche Antwort ist, sagen wir das, statt Ihnen eines zu verkaufen.