Gyógyszergranulátum fluid szárításának szimulációja matematikai modell fejlesztésével
A gyógyszeriparban gyakran alkalmaznak fluidizációs szárítást granulátumok szárítására. Ezek a berendezések gyorsan, hatékonyan és egyenletesen szárítják az anyagokat, ami csökkenti a minőségromlás veszélyét. Elterjedt alkalmazásuk ellenére a berendezések működése továbbra is kihívásokkal teli, különösen akkor, ha nincs megfelelő valós idejű visszacsatolás a folyamatban. Ez a hiányosság számos problémát okozhat, például a granulátum túlszárítása, túlmelegedése vagy túl magas maradék nedvességtartalmán keresztül felléphet energiaveszteség, vagy az anyag tulajdonságainak romlása.
Ezen problémák elkerüléséhez fontos a szárítási folyamat pontos megismerése a tervezett minőség (QbD) elve szerint, valós idejű folyamatanalitikai eszközökkel való követése és a folyamat szabályozása. A matematikai modellezés segítségével számos folyamatszimuláció elvégezhető, ami a gyógyszeripar digitalizációja szempontjából előrelépést jelentene, mivel így csökkenthetnénk a gyógyszerüzemekben gyakran előforduló hosszú várakozási idők mennyiségét, lehetővé téve az eljárások zökkenőmentes végrehajtását.
Munkám során ezért matematikai modellt fejlesztettem egy ipari fluid szárító berendezés működésének leírására, amely segíthet egy gyógyszergranulátum szárításának optimalizálásában, szabályzásában, ezzel hozzájárulva a hatékonyabb szárítási eljáráshoz és az állandó termékminőség biztosításához. Egy egyfázisú modellt dolgoztam ki [1], mely a szárítás folyamán tudja becsülni a granulátumok nedvességtartalmának és hőmérsékletének időbeni változását. A modell paramétereinek becsléséhez üzemi gyártás során gyűjtött adatsorokat használtam fel. Ezek közül a legfontosabbak a granulátumok valós időben közeli-infravörös (NIR-) spektroszkópiával mért nedvességtartalma, a granulátumok hőmérséklete, a szárító levegő relatív páratartalma, valamint a szárító levegő hőmérséklete és térfogatárama.
A megépített modellt ezután felhasználtam virtuális kísérlettervek elvégzésére, a gyártási paraméterek (szárító levegő térfogatárama, nedvességtartalma) és az időjárás okozta páratartalom-változás granulátum minőségére gyakorolt hatásának feltérképezésére. Ezek alapján modell-alapú szabályzási, visszacsatolási módszerek is javasolhatók a termékminőség állandó értéken tartására és a szárítási folyamat hatékonyabbá tételéhez.
A felépített modell így jelentősen hozzájárulhat egy konkrét gyógyszerkészítmény minőségének állandóan tartásához, a gyártás hatékonyabbá tételéhez. Továbbá a felépített modell – a paraméterbecslés elvégzése után – egyéb fluidizációs szárítási folyamatokban is hasznosulhat.
[1] F. Gagnon, A. Desbiens, É. Poulin, J. Bouchard, and P. P. Lapointe-Garant, “Simple model and predictive control of a pharmaceutical batch fluidized bed dryer,” in IFAC-PapersOnLine, Elsevier B.V., Jun. 2021, pp. 7–12. doi: 10.1016/j.ifacol.2021.08.210.
szerző
-
Kanizsai Léna
Vegyészmérnöki alapképzési szak, levelező BSc
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Nagy Brigitta
tudományos munkatárs, Szerves Kémia és Technológia Tanszék -
Gyürkés Martin Zoltán
PhD hallgató, Szerves Kémia és Technológia Tanszék
