Susanne Tobiska

Untersuchung und Modellierung von Coatingprozessen am Bohle Laborcoater BLC 5

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 15.11.2002

Abstract
Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es, den Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Grundoperationen des Filmcoatings (Sprühen, Mischen und Trocknen) zu untersuchen. Der verwendete Trommelcoater (Bohle Laborcoater BLC 5) weist verglichen mit herkömmlichen Geräten einige Unterschiede auf. Das Verhältnis von Trommellänge zum Durchmesser ist größer als 1. Die Rotationsachse der Trommel lässt sich neigen. Die Luftführung in der Trommel wurde geändert, so dass sich das Trommelinnere prinzipiell in die beiden Bereiche Sprüh- und Trocknungszone einteilen lässt. Die Sprühbedingungen wurden in Abhängigkeit vom Zerstäuberdruck und von der Sprührate mittels Laserdiffraktometrie und Laser-Lichtschnitt-Technik untersucht. Dabei erwies sich der Zerstäuberdruck als wichtiger Faktor in bezug auf die Tröpfchengrößenverteilung und die Breite des Sprühkegels. Dieser Parameter wurde in vier verschiedenen Coating-Versuchen für eine Standardrezeptur optimiert. Für die Untersuchung des Durchmischungsverhaltens wurden einfache Mischversuche, Temperaturdifferenzmessungen und Coatingversuche mit drei verschieden runden, bikonvexen und zwei Oblongtabletten durchgeführt. Allen Untersuchungen liegt eine statistische Versuchsplanung zugrunde, wobei hauptsächlich faktorielle Versuchspläne verwendet wurden. Die Trommeldrehzahl und die Neigung der Rotationsachse zeigten in den Versuchen den größten Einfluss auf das Durchmischungsverhalten. Ein mathematisches Modell wurde entwickelt, um die Kernbetttemperaturen in Abhängigkeit von allen notwendigen Prozess-, Produkt- und Geräteparametern vorhersagen zu können. Das Modell erlaubt in seiner derzeitigen Form die Vorhersage dieser Temperaturen für runde, bikonvexe Tabletten und für den Bohle Laborcoater. Ein Scale-up des Filmcoatingprozesses von 5 kg auf 40 kg gelang für die Übertragung der Grundoperation Mischen und Trocknen. Allerdings wiesen die Filmtabletten vom BFC 40 aufgrund nicht optimierter Sprühbedingungen Mikrorisse auf und waren damit nicht magensaftresistent.

The aim of this PhD-thesis was to investigate the influence of different process parameters on the unit operations in film coating (spraying, mixing and drying). The drum coater used in this study (Bohle Lab-Coater BLC 5) has some differences compared to commonly used coaters. The ratio of the length to the diameter of the drum is greater than 1. It is possible to incline the axis of rotation of the drum. The air flow in the drum is changed, so that the drum can in principle be divided into the spraying and drying zone. The spraying conditions were investigated in dependence of atomizing air pressure and spray rate using laser diffractometry and laser light section technology. It was shown that the most important factor influencing the distribution of the droplet size and the width of the spraying angle is the atomizing air pressure. This parameter was then optimized in four coating trials using a standard coating suspension. For the investigation of the mixing behaviour simple mixing experiments, the temperature difference method and coating trials with three different kinds of round, biconvexe and two oval tablets were used. All investigations were based on statistical designs; mainly factorial designs were used. In the studies the pan speed and the inclination of the axis of rotation showed the greatest influence on the mixing efficiency. Mathematical modelling was used to predict the tablet bed temperatures in dependence of all necessary process, product and equipment parameters. The model allows the prediction of these temperatures for round, biconvexe tablets and for the Bohle Lab-Coater. Scaling-up the film coating process from 5 kg to 40 kg with regard to mixing and drying was successful. But the film coated tablets from the BFC 40 showed micro-cracks due to spraying conditions that were not optimal. Therefore the tablets were not enteric resistance.

Keywords:
Beschichten, mathematische Modellierung, Mischen, Prozessoptimierung, Scale-up, Sprühen, Statistik, Tabletten, Thermodynamik

coating, mathematical modelling, mixing, process optimization, scale-up, spraying, statistics, tablets, thermodynamics

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Symbolverzeichnis (i-vii)
1 Einleitung (1-8)
2 Instrumentierung und Kalibrierung (9-12)
3 Sprühen (13-28)
4 Mischen (29-50)
5 Trocknen (51-82)
6 Scale-up (83-94)
7 Zusammenfassung (95-98)
8 Ausblick (99-100)
Anhang (101-138)
Literaturverzeichnis (139-147)