Granulateur à lit fluidisé : processus, principe de fonctionnement, types, objectif et paramètres de réglage

Un granulateur à lit fluidisé est un équipement de traitement pharmaceutique utilisé pour convertir les poudres en granulés grâce à un processus calGranulation dirigée. La granulation améliore les propriétés des poudres en augmentant la taille des particules, en améliorant la fluidité et en réduisant la génération de poussière.

Aperçu des avantages et des applications du lit fluidisé

Dans un granulateur à lit fluidisé, un flux d'air est introduit par le dessous du lit de poudre pour soulever et agiter les particules solides. Ce processus de fluidisation transforme la poudre dense en un état fluide pour un traitement plus uniforme et plus efficace. La solution de liaison liquide (par exemple eau, solvant) est ensuite pulvérisé sur les poudres fluidisées pour favoriser la croissance des granules lorsque les particules se collent ensemble pour former des masses plus grandes.

Schéma de principe du granulateur à lit fluidisé

Les lits fluidisés offrent de très bonnes capacités de mélange et de contrôle de la température. Ces caractéristiques permettent de personnaliser les paramètres du processus tels que débit d'air, débit de pulvérisation, température de l'air d'admission et l'humidité pour produire des granulés avec les propriétés souhaitées. Les variantes de conception courantes comprennent la pulvérisation par le haut, la pulvérisation par le bas et la pulvérisation tangentielle pour optimiser la fluidisation et la pulvérisation.

La technologie du lit fluidisé peut également être intégrée à une large gamme d'opérations de traitement secondaire supplémentaires telles que le broyage, l'enrobage et le séchage en fonction des besoins. Cette flexibilité fait de la granulation en lit fluidisé l'une des technologies les plus utiles dans de nombreux secteurs, notamment les produits pharmaceutiques, l'alimentation, les produits chimiques, les engrais, etc.

Explication du processus de granulation en lit fluidisé

Le procédé à lit fluidisé comporte plusieurs étapes clés :

1. Alimentation en poudre

La matière première, généralement une poudre inerte mélangée à des particules ou ingrédients actifs du médicament, est chargée dans la chambre du granulateur par le haut. La poudre doit pouvoir s'écouler librement pour se fluidifier correctement.

2. Fluidisation et préchauffage

Un flux d'air est introduit par le bas pour soulever les particules. Lorsque la vitesse de l'air augmente, un point est atteint où les forces de traînée sont égales au poids des particules, et le lit se retrouve suspendu et se comporte comme un fluide. Le lit est préchauffé à la température de fonctionnement pendant cette période.

3. Spray liquide

Une fois que le lit atteint l'état fluidisé et la température atteinte, une solution liquide est pulvérisée sur les particules fluidisées à travers des buses. Ce liquide contient un liant ou un agent de granulation. Lorsque les gouttelettes entrent en contact avec les surfaces des particules, le liquide se répand et lie les particules en agglomérats plus gros.

4. Masse humide

Au fur et à mesure que davantage de liquide est ajouté, des granules irréguliers plus gros commencent à se former. Lorsque le niveau de saturation en liquide est adéquat, des granules presque sphériques et bien formés sont obtenus.

5. Séchage et refroidissement

L'air d'admission chauffé ou les serpentins de chauffage séparés éliminent l'humidité des granulés humides pour les durcir. La phase de refroidissement amène les granulés à la température de déchargement appropriée.

6. Dépistage

Les granulés finaux sont passés dans des tamis vibrants ou des broyeurs pour atteindre les exigences de distribution granulométrique. Les matériaux surdimensionnés sont recyclés pour un traitement ou un broyage ultérieur.

Quelle est la différence entre le séchage par atomisation et la granulation en lit fluidisé ?

La principale différence est que le séchage par atomisation est un processus en une seule étape qui sèche le liquide ou la boue en poudre en une seule étape continue, tandis que la granulation en lit fluidisé convertit les poudres en agglomérats de granulés en plusieurs étapes par lots.

Lors du séchage par atomisation, les liquides d'alimentation sont atomisés via des buses dans une chambre de séchage chaude. Les gouttelettes subissent une évaporation rapide de l'humidité pour produire des particules solides séchées en une seule étape.

Dans les lits fluidisés, les matières premières déjà pulvérulentes sont fluidisées pour l'ajout de liquide liant et la granulation humide ultérieure. Une étape de séchage séparée transforme les granulés humides en produit final durci. Des étapes supplémentaires de criblage/broyage modifient encore davantage la distribution granulométrique.

Ainsi, les lits fluidisés impliquent la formation de granules et la mécanique de croissance sur plusieurs phases, tandis que le séchage par atomisation se concentre uniquement sur la cinétique du taux de séchage rapide des particules en une seule étape.

Quels sont les paramètres de la granulation en lit fluidisé ?

Ensuite, vous devrez vous familiariser avec le processus de granulation en lit fluidisé. Les paramètres de processus courants qui peuvent être ajustés dans la granulation en lit fluidisé comprennent :

• Débit d'air : Un débit d'air plus élevé intensifie la fluidisation et le mélange, mais peut perturber la croissance en cas de turbulence excessive. La plage typique est de 10 à 100 m3/h/m2.

• Température de l'air d'admission : Généralement entre 40 et 80°C. Une température plus élevée est nécessaire pour un séchage plus rapide, mais elle peut être limitée par la sensibilité du liant ou du principe actif.
• Taux de pulvérisation du liquide : Généralement, 5 à 100 g/min. Une pulvérisation rapide favorise la formation de fines particules tandis qu'une pulvérisation lente provoque une saturation et une croissance incontrôlée en gros grumeaux.
• Pression d'air d'atomisation : 2-6 bars. Crée de fines gouttelettes pour une meilleure distribution. Des pressions plus élevées améliorent la qualité de l'atomisation.
• Configuration de la buse : Options de pulvérisation par le haut, par le bas ou par voie tangentielle en fonction des modèles de flux souhaités. Plusieurs buses peuvent être utilisées.

• Liquide de granulation : Eau, solvants ou solutions aqueuses. La viscosité et le liant affectent la mécanique de croissance des granules.
• Humidité du lit : Impacte le taux de séchage. Contrôlé via les conditions d'admission d'air ou une étape de séchage séparée.
• Criblage/broyage : Distribution granulométrique finale contrôlée par des étapes de traitement secondaires supplémentaires.

Quel est le but d'une machine à granuler ?

Les principaux objectifs d'un granulateur dans le traitement pharmaceutique comprennent :

1. Améliorer les propriétés d’écoulement de la poudre : La granulation transforme les poudres fines et cohésives en matériaux granulaires fluides en augmentant la taille moyenne des particules et en réduisant la surface. Cela permet une manipulation et un traitement plus faciles des matériaux tout au long de la fabrication.
2. Activer le mélange uniforme : Le mélange des substances médicamenteuses et des excipients est plus efficace et homogène dans le lit fluidisé, ce qui conduit à un dosage uniforme dans les comprimés ou les gélules finaux. La ségrégation est minimisée.
3. Réduire les niveaux de poussière : Les granulés émettent moins de poussière que les poudres fines, ce qui améliore la sécurité, le contrôle environnemental, la prévention des pertes et la qualité.
4. Développer les caractéristiques des particules : Les propriétés de dureté, de densité et de taille des granulés sont personnalisées pendant le traitement pour s'adapter aux processus en aval tels que la fabrication de comprimés, le remplissage de gélules ainsi que le profil de libération final du médicament.
5. Améliorer la stabilité : Les médicaments sensibles à l'humidité, à l'air ou aux incompatibilités avec d'autres ingrédients peuvent être stabilisés à l'intérieur de structures granulaires stables. La durée de conservation est prolongée.

Ainsi, les granulateurs permettent une flexibilité et un contrôle considérables sur les attributs de qualité critiques du produit pharmaceutique.

Quelle est la fonction du granulateur à lit fluidisé ?

Le granulateur à lit fluidisé remplit de multiples fonctions importantes dans le traitement pharmaceutique :

1. Produire des structures granulaires bien formées : Les conditions fluidisées fournissent des collisions fréquentes et douces entre les particules, permettant une excellente croissance des granules avec une saturation liquide appropriée et minimisant l'agrandissement excessif de la taille.
2. Favorise un séchage uniforme et efficace : L'élimination rapide de l'humidité est rendue possible par des taux de transfert de chaleur élevés entre les interfaces air-particules. La température est uniforme, ce qui évite un séchage excessif localisé.
3. Autoriser un fonctionnement continu : Les lits fluidisés effectuent plusieurs opérations telles que l'alimentation en poudre, la granulation, le séchage et la décharge en régime permanent, maximisant ainsi la productivité.
4. Activer le contrôle précis des variables de processus : Les paramètres critiques tels que la température, le débit d'air, le débit de pulvérisation, etc. peuvent être mesurés et contrôlés avec précision pour produire une qualité de granulés constante.
5. Assurer un bon contact poudre-liquide : La fluidisation assure l'exposition de toutes les surfaces de poudre à la pulvérisation pour une agrégation efficace. Il n'existe aucune zone stagnante contrairement aux mélangeurs mécaniques.
6. Autoriser une mise à l’échelle flexible vers le haut ou vers le bas : Les modèles d'écoulement et l'efficacité du processus sont relativement cohérents dans différentes tailles de récipients, ce qui simplifie la mise à l'échelle par rapport à d'autres technologies.

Comme vous pouvez le constater, les lits fluidisés sont des unités polyvalentes et polyvalentes utilisées pour les opérations de séchage sensible, de granulation et de conception de particules dans des conditions d’efficacité et de contrôle de processus optimales.

Types de granulateurs à lit fluidisé

Il existe plusieurs variantes courantes de systèmes de granulateurs à lit fluidisé utilisés dans la production industrielle. Examinons en détail les différents types de granulateurs à lit fluidisé que vous pouvez trouver sur le marché.

Lits fluidisés à pulvérisation par le haut

Granulateur à lit fluidisé à pulvérisation par le haut

La conception la plus largement utilisée où le liquide pulvérisé est introduit par des buses d'atomisation situées en haut de la chambre du granulateur au-dessus de la poudre fluidisée. Il offre :

• Conception verticale simple et économique adaptée à la plupart des applications
• Dispersion uniforme du liquide vers le bas sur des particules fluidisées
• Risque minimal de séchage par atomisation et de formation de croûte
• Granules majoritairement de forme sphérique et bien formés

Les inconvénients comprennent un dépôt de liquide épais sur les surfaces des particules et des couches de granulés qui se chevauchent de manière inégale.

Lits fluidisés à pulvérisation par le bas

Granulateur à lit fluidisé avec bouton

Ici, le liquide est pulvérisé dans une fontaine de particules fluidisées se déplaçant vers le haut à travers une buse d'atomisation située à la base de la chambre. Il offre :

• Surhumidification réduite par rapport à la pulvérisation par le haut
• Distribution étroite du temps de séjour
• Moins de risques de nucléation incontrôlée en fines particules
• Plus de porosité et une meilleure efficacité de séchage

La limitation est la mauvaise contrôlabilité de la pulvérisation vers le haut dans une fontaine de particules à écoulement descendant.

Lits fluidisés à pulvérisation tangentielle

Gradateur à lit fluidisé à pulvérisation tangentielle

Buses Les granulateurs sont situés dans la partie centrale du granulateur et sont inclinés tangentiellement au flux d'air radial pour une interaction tourbillonnante entre le liquide et les particules. Les avantages comprennent une distribution de pulvérisation très uniforme et des attributs de produit intermédiaires entre les variantes supérieure et inférieure. Le mélange tourbillonnaire fournit des granulés sphériques. Le potentiel de mise à l'échelle limité et la complexité opérationnelle sont les principaux défis.

Des combinaisons telles que des configurations haut-bas, haut-tangentiel ou tangentiel-bas sont également utilisées. Dans l'ensemble, la diversité et la personnalisation du lit fluidisé constituent un avantage important permettant d'atteindre les spécifications de granulés souhaitées dans la production pharmaceutique.

Emporter

La granulation en lit fluidisé est une opération d'ingénierie des particules essentielle dans la fabrication pharmaceutique. Elle transforme les poudres en granulés sphériques dotés de propriétés personnalisées de stabilité, de structure, d'écoulement et de taille qui déterminent le traitement en aval ainsi que les performances du produit final.

Le lit fluidisé permet de réaliser plusieurs opérations critiques - mélange, agglomération, élimination de l'humidité - dans une configuration intégrée, continue et efficace sous un contrôle variable de précision. Avec une intégration flexible avec des étapes de traitement secondaires telles que fraisage et revêtementLa technologie du lit fluidisé offre des avantages inégalés dans diverses applications de fabrication de produits pharmaceutiques de haute qualité.

Articles connexes:

• Granulation et traitement en lit fluidisé dans la fabrication pharmaceutique. (2024, SEP, 19).UPM Pharmaceuticals. https://www.upm-inc.com/fluidized-bed-granulation-in-pharmaceutical-manufacturing
• Comprendre la granulation en lit fluidisé. (2024, SEP, 14). Pharmtech. https://www.pharmtech.com/view/understanding-the-value-of-excipient-grade
• Granulation en lit fluidisé : une technique prometteuse. Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res., 64(2), septembre - octobre 2020. https://globalresearchonline.net/journalcontents/v64-2/22.pdf