流動床造粒機：プロセス、動作原理、種類、目的、設定パラメータ

流動床造粒機 は、プロセスカルを介して粉末を顆粒に変換するために使用される医薬品処理装置の一部です。造粒を主導しました。造粒により、粒子サイズが大きくなり、流動性が向上し、粉塵の発生が減少することで、粉末の特性が向上します。

流動床の利点と用途の概要

流動床造粒機では、粉体層の下から空気流が導入され、固体粒子が持ち上げられ、撹拌されます。この流動化プロセスにより、高密度の粉体が液体のような状態になり、より均一で効率的な処理が可能になります。液体結合溶液（例：水、溶剤）を流動化した粉末に噴霧し、粒子がくっついて大きな塊になるにつれて顆粒の成長を促進します。

流動床造粒機の原理図

流動床は、非常に優れた混合および温度制御機能を提供します。これらの機能により、次のようなプロセスパラメータをカスタマイズできます。 空気流量、噴霧量、入口空気温度 望ましい特性を持つ顆粒を生成するために、流動性と湿度を調整します。一般的な設計バリエーションには、流動化と噴霧を最適化するためのトップスプレー、ボトムスプレー、接線スプレーなどがあります。

流動床技術は、要件に応じて、粉砕、コーティング、乾燥などのさまざまな二次加工操作と統合することもできます。この柔軟性により、流動床造粒は、医薬品、食品、化学薬品、肥料など、多くの業界で最も有用な技術の 1 つとなっています。

流動床造粒プロセスの説明

流動床プロセスにはいくつかの重要な段階が含まれます。

1. 粉末給餌

出発原料は、通常、活性薬剤粒子または成分と混合された不活性キャリア粉末であり、頭上から造粒機チャンバーに投入されます。粉末は、適切に流動化するために自由に流れる必要があります。

2. 流動化と予熱

底部から気流が導入され、粒子が持ち上げられます。空気の速度が増加すると、抗力が粒子の重量に等しくなり、ベッドが浮遊して流体のように動作します。この間、ベッドは動作温度まで予熱されます。

3. 液体スプレー

床が流動状態と温度に達すると、ノズルから液体溶液が流動粒子に噴霧されます。この液体には結合剤または造粒剤が含まれています。液滴が粒子の表面に接触すると、液体が広がり、粒子を結合して大きな凝集体を形成します。

4. ウェットマッシング

液体をさらに加えると、より大きく不規則な顆粒が形成され始めます。適切な液体飽和度に達すると、ほぼ球形で整った顆粒が得られます。

5. 乾燥と冷却

加熱された入口空気または別の加熱コイルが湿った顆粒から水分を除去して硬化させます。冷却段階で顆粒は適切な排出温度になります。

6. スクリーニング

最終的な顆粒は、サイズ分布要件を満たすために振動スクリーンまたはミルに通されます。大きすぎる材料は、さらなる処理または粉砕のためにリサイクルされます。

スプレー乾燥と流動床造粒の違いは何ですか?

主な違いは、スプレー乾燥は 1 つの連続したステップで液体またはスラリーを粉末に乾燥させるワンステッププロセスであるのに対し、流動床造粒は複数のバッチステップで粉末を顆粒凝集体に変換することです。

スプレー乾燥では、供給液体がノズルを介して高温の乾燥室に噴霧されます。液滴は急速に水分を蒸発させ、1 回のステップで固体の乾燥粒子を生成します。

流動床では、すでに粉末になっている出発原料が流動化され、結合液が追加され、その後湿式造粒されます。別の乾燥段階で、湿った顆粒が硬化した最終製品に変換されます。追加のふるい分け/粉砕ステップにより、粒度分布がさらに変更されます。

したがって、流動床では複数の段階にわたる顆粒形成と成長のメカニズムが関係しますが、スプレー乾燥では 1 つの段階での急速な粒子乾燥速度の動力学にのみ焦点を当てます。

流動床造粒のパラメータは何ですか?

次に、流動床造粒プロセスについて理解する必要があります。流動床造粒で調整できる一般的なプロセス パラメータは次のとおりです。

• 風量: 空気の流れが速いほど流動化と混合が促進されますが、乱流が大きすぎると成長を妨げる可能性があります。通常の範囲は 10 ～ 100 m3/hr/m2 です。

• 吸気温度: 通常 40 ～ 80°C。乾燥を促進するにはより高い温度が必要ですが、バインダーまたは有効成分の感受性によって制限される場合があります。
• 液体噴霧速度: 通常、5～100 g/分。高速で噴霧すると微粒子化が促進され、低速では飽和状態になり、制御不能な大きな塊に成長します。
• 噴霧空気圧: 2～6 バール。よりよい分散のために細かい液滴を生成します。圧力が高いほど霧化品質が向上します。
• ノズル構成: 希望するフローパターンに応じて、トップスプレー、ボトムスプレー、接線スプレーのオプションがあります。複数のノズルを使用できます。

• 造粒液： 水、溶剤、または水溶液。粘度と結合剤は顆粒の成長メカニズムに影響します。
• ベッド湿度: 乾燥速度に影響します。入口空気条件または別の乾燥段階によって制御されます。
• ふるい分け/粉砕: 最終的な粒子サイズ分布は、追加の二次処理ステップによって制御されます。

造粒機の目的は何ですか?

医薬品加工における造粒機の主な目的は次のとおりです。

1. 粉末流動特性の改善: 造粒は、平均粒子サイズを大きくし、表面積を減らすことで、微細な凝集性粉末を自由に流動する粒状材料に変換します。これにより、製造全体にわたって材料の取り扱いと処理が容易になります。
2. 均一なブレンドを有効にする: 流動床では薬物成分と賦形剤の混合がより効果的かつ均一になり、最終的な錠剤またはカプセルの投与量が一定になります。分離は最小限に抑えられます。
3. ほこりのレベルを下げる: 顆粒は微粉末に比べて粉塵の放出が少ないため、安全性、環境管理、損失防止、品質が向上します。
4. 粒子特性を開発する: 顆粒の硬度、密度、サイズ特性は、錠剤化、カプセル充填、最終的な薬物放出プロファイルなどの下流プロセスに合わせて処理中にカスタマイズされます。
5. 安定性を向上: 湿気、空気、または他の成分との不適合性の影響を受けやすい薬剤を、安定した顆粒構造内で安定化することができます。保存期間が延長されます。

したがって、造粒機は医薬品の重要な品質特性に対してかなりの柔軟性と制御を可能にします。

流動床造粒機の機能は何ですか?

流動床造粒機は、複数の重要な医薬品処理機能を果たします。

1. 整然とした顆粒構造を生成します。 流動化条件により、粒子の衝突が頻繁に穏やかに起こり、適切な液体飽和による優れた顆粒成長が可能になり、過度のサイズ拡大が最小限に抑えられます。
2. 均一かつ効率的な乾燥を促進します。 空気と粒子の界面間の熱伝達率が高いため、急速な水分除去が可能になります。温度が均一なので、局所的な過乾燥を防ぎます。
3. 連続操作を許可する: 流動床は、粉末供給、造粒、乾燥、排出などの複数の操作を定常状態で実行し、生産性を最大化します。
4. プロセス変数の精度制御を有効にします。 温度、気流、噴霧速度などの重要なパラメータを正確に測定および制御して、一貫した顆粒品質を生産できます。
5. 良好な粉体と液体の接触を実現する: 流動化により、すべての粉末表面が噴霧にさらされ、効果的な凝集が実現します。機械式ミキサーとは異なり、停滞領域は存在しません。
6. 柔軟なスケールアップまたはスケールダウンを許可します。 フローパターンとプロセス効率はさまざまな容器サイズにわたって比較的一貫しているため、他のテクノロジーと比較してスケーリングが簡素化されます。

ご覧のとおり、流動床は、最適なプロセス効率と制御の下で繊細な乾燥、造粒、粒子設計操作に使用される多目的ユニットです。

流動床造粒機の種類

工業生産で使用される流動床造粒システムには、いくつかの一般的なバリエーションがあります。 市場に出回っているさまざまなタイプの流動床造粒装置を詳しく見てみましょう。

トップスプレー流動床

トップスプレー流動床造粒機

最も広く使用されている設計では、流動化した粉末の上にある造粒チャンバーの上部にある噴霧ノズルからスプレー液が導入されます。次のような利点があります。

• ほとんどのアプリケーションに適したシンプルでコスト効率の高い垂直設計
• 流動化した粒子への均一な下向きの液体分散
• 噴霧乾燥やクラスト形成のリスクが最小限
• ほとんどが球形で整った顆粒である

欠点としては、粒子表面での厚い液体の沈着や、重なり合った顆粒層の不均一などが挙げられます。

ボトムスプレー流動床

ボタン付き流動床造粒機

ここでは、チャンバーの底部にある噴霧ノズルから液体が上向きに移動する流動粒子の噴水に噴霧されます。次のような利点があります。

• トップスプレーに比べて過湿を軽減
• 狭い滞留時間分布
• 制御不能な核生成による微粒子化の可能性が低い
• 多孔性が高く、乾燥効率が向上

制限は、下向きに流れる粒子噴流における上向きの噴霧の制御性が低いことです。

タンジェンシャルスプレー流動床

タンジェンシャルスプレー流動床グラジュレーター

ノズル 造粒機の中央部分に配置され、液体と粒子の運動量の相互作用を渦巻かせるために、放射状の空気の流れに対して接線方向に角度が付けられています。利点として、非常に均一な噴霧分布と、上部と下部のバリアント間の中間の製品特性が挙げられます。渦巻き混合により、球形の顆粒が得られます。スケールアップの可能性が限られており、操作が複雑であることが主な課題です。

上下、上接線、接線下などの構成の組み合わせも使用されます。全体として、流動床の多様性とカスタマイズ性は、医薬品製造において望ましい顆粒仕様をほぼ達成できる重要な利点です。

取り除く

流動床造粒は、医薬品製造において極めて重要な粒子工学操作です。粉末を、下流処理と最終製品のパフォーマンスを決定する安定性、構造、流動性、サイズなどのカスタマイズされた特性を持つ球状顆粒に変換します。

流動床は、混合、凝集、水分除去などのいくつかの重要な操作を、精密な可変制御の下で、1つの統合された連続的で効率的なセットアップで実行することを可能にします。二次処理ステップとの柔軟な統合により、 粉砕とコーティング流動床技術は、高品質の医薬品を製造するさまざまな用途において比類のない利点を提供します。

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• 医薬品製造における流動床造粒および処理。 （2024年9月19日）。UPMファーマシューティカルズ。 https://www.upm-inc.com/fluidized-bed-granulation-in-pharmaceutical-manufacturing
• 流動床造粒について理解する。 (2024年9月14日)。Pharmtech。 https://www.pharmtech.com/view/understanding-the-value-of-excipient-grade
• 流動床造粒：有望な技術。Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res.、64(2)、2020年9月-10月。 https://globalresearchonline.net/journalcontents/v64-2/22.pdf