Avsnitt 6_Torkning Flashcards
Bakgrund
Bakgrund
- Sterila läkemedel kan förekomma som torra produkter
- Ex.: Pulver för injektionsvätskor eller infusionsvätskor, pulver för ögondroppar
- Samma krav på sterilitet gäller även för dessa
- Vid tillverkning av dessa kan ett torkningssteg förekomma i tillverkningsmetoden
Fasseparation och torkning
Fasseparation genom torkning sker vanligen från två typer av torkgods:
Fasseparation och torkning
- Fasseparation fast fas – vätska (fast fas separeras från vätskefas)
- Vanligaste metoder för denna fasseparation vid läkemedelstillverkning är filtrering och torkning. Två vanligt förekommande fasseparationsoperationer vid läkemedelstillverkning är filtrering och torkning
Fasseparation genom torkning sker vanligen från två typer av torkgods:
- Från pulver med hög vätskehalt (på engelska ibland benämnda ”wet solids”): Genom fasseparation genom torkning kan vattnet avlägsnas från dessa pulver för att producera ett torrt pulver som är lättare att hantera och förvara. Vad gäller pulver med hög vätskehalt – våta pulvermassor - utgör dessa vanligen en mellanform vid framställning av tabletter och kapslar och vanliga exempel på sådana torkmetoder är svävtorkning genom fluidisering och mikrovågstorkning.
- Från flytande system i form av lösningar eller suspensioner: Detta inkluderar vätskor som lösningar eller suspensioner av aktiva substanser och andra komponenter i ett lösningsmedel. Genom fasseparation genom torkning avlägsnas lösningsmedlet för att producera ett torrt pulver eller fast material som innehåller den aktiva substansen. Vad gäller torkning av lösningar och suspensioner sker detta vanligen genom någon av torkmetoderna spraytorkning och frystorkning.
Torkning är fas separation, där man tar bort vattenfasen. Torkning är en fasavskiljningsprocess där vattenfasen avlägsnas från en vätska eller en våt massa för att producera ett torrt material.
När man tillverkar en beredning som ska vara steril, är det lätt att sterilisera beredningar i vattenform, därefter torkar man. När man tillverkar beredningar som ska vara sterila är det ofta enklare och mer effektivt att sterilisera dem när de är i flytande form.
Ett relativt torrt material är mindre benäget att brytas ner kemiskt och förutsättningarna för mikrobiell tillväxt är sämre. Det material som skall torkas benämns vanligen torkgods och själva torkningsapparaten kallas ofta för en tork (på engelska drier), t.ex. en spraytork. Den del av en tork där torkningen sker benämns här torkkammare.
Torkning: Definition
Torkning: Definition
- Torkning: Avlägsnandet av vätska från ett fast material med hjälp av värme genom att vätskan förångas och upptas i omättad ångfas.
- Vatten som kan torkas bort kan förekomma i tre former.
-Flytande vatten i form av en separat fas som omger det fasta materialet: Det är lätt att avlägsna eftersom det inte är bundet till det fasta materialet och kan enkelt separeras
-Vatten som är relativt löst bundet till fast fas: Men är fortfarande ganska rörligt och löst bundet till ytan.
-Vatten som är relativt hårt bundet – absorberat - till den fasta fasen: Detta vatten är starkt bundet till det fasta materialet och kan vara svårt att avlägsna, t.ex. i form av kristallvatten eller vatten löst i en amorf fas. - Torkning syftar vanligen till att avdunsta det flytande vattnet och till viss del det löst bundna vattnet
Torkning: Mål
Torkning: Mål
- Ett fast material som uppfattas som torrt är sällan helt fritt från vatten och målet med en torkningsoperation är typiskt att vattenhalten skall understiga en viss specificerad nivå
- Vattenhalten (fw) utrycks vanligen som massa vatten (mw) i förhållande till massan helt torrt fast material (ms)
fw = mw / ms
- Vattenhalten i ett fast material som uppfattas som torrt styrs i hög grad av den relativa luftfuktigheten (RH) i den luft som omger det fasta materialet
fw = f (RH)
Torkningsoperationen
Torkningsoperationen
Torkningsoperationen kan delas upp i tre separata delprocesser:
- Värmeöverföring, d.v.s. att värme skall överföras till torkgodset: Mikrovågor, man genererar värme. Under denna fas appliceras värme på det våta materialet för att överföra energi till det och öka temperaturen. Mikrovågor är en metod för att generera värme genom att utsätta materialet för elektromagnetiska vågor som absorberas och omvandlas till värme.
- Indunstning, d.v.s. vattnet skall övergå från fast eller flytande form till gasform (ånga): Denna process sker när vattnet erhåller tillräcklig energi för att övervinna dess bindningar till det fasta materialet eller dess omgivning.
- Borttransport av bildad ånga: Efter att vattnet har omvandlats till ånga måste den avlägsnas från torkutrymmet för att förhindra kondensering och återinträde i det torkade materialet. Detta görs vanligtvis genom att transportera bort den bildade ångan från torkningskammaren.
Värmeöverföring: Värme överföras på 3 sätt:
Värmeöverföring: Värme överföras på 3 sätt:
- Genom ledning som innebär att en stillastående fas överför värme till en annan stillastående fas: Exempel på detta inkluderar när ett metallföremål värms upp från ena änden till den andra genom att värmeenergi överförs från atom till atom. Vid ledning drivs värmeflödet av temperaturgradienten mellan de två faserna, från hög till låg temperatur.
- Genom konvektion som innebär att värme fördelas ut i en strömmande fas genom att omblandning sker av fluiden: Att luft strömmar och man får omblandning av värme: Detta sker genom att varm materia förflyttas och blandas med kallare materia, vilket leder till att värmeenergi sprids i hela vätskan eller gasen. Ett exempel på detta är när varm luft stiger uppåt och ersätts av kallare luft, vilket resulterar i en kontinuerlig cirkulation av värme. Denna blandning kan orsakas av naturliga strömningar på grund av densitetsgradienter (naturlig konvektion) eller genom omrörning av fluiden (påtvingad konvektion).
- Genom absorption av elektromagnetisk strålning som innebär att strålningsenergin övergår i värmeenergi vid absorptionen. Vid denna typ av värmeöverföring används energirik strålning som lätt tränger in i material, såsom infraröd strålning och mikrovågor.
Torkningshastighet
Torkningshastighet
- Torkningshastigheten (m/t) beror av två processer: värmetransport och masstransport
- Betydelsen av några viktiga variabler för torkningshastigheten där varm luft är värmekälla kan sammanfattas enligt följande:
m/t = f [(T - T0), v, a, (1/RH)]
- T - T0= Temperaturgradienten mellan torkluft och torkgods: Torkningshastighet påverkas av temperatur som man hettar upp med.
- v = Flödeshastigheten hos torkluften
- a = Torkgodsets yta: Kontakt yta ska vara stor mellan luft och vatten
- RH = Relativa luftfuktigheten hos torkluften ovanför torkgodsets yta
Torkningsförlopp
Torkningsförlopp
- Torkningshastigheten som funktion av vätskehalten varierar vanligen med vätskehalten
- Torkningsförloppet varierar mellan olika material och två eller flera steg kan urskiljas
- Ett förlopp i tre steg anses typiskt vid torkning av farmaceutiska material
Exempel – torkförlopp i tre steg
Exempel – torkförlopp i tre steg
Torkningsförloppet varierar mellan olika material beroende av deras struktur och beroende av i vilken form vätskan befinner sig. Detta innebär att ett torkningsförlopp har faser eller steg som varierar i antal och i tidsutdräkt mellan olika material. Ett vanligt sätt att beskriva torkningsförloppet, och därmed få en indikation på antalet steg som är involverade vid torkning av ett visst material, är i form av ett diagram där torkningshastigheten som funktion av torkningstiden redovisas.
För dessa våta pulvermassor består torkningsförloppet ofta av tre steg:
I den första fasen (steg 1) sker avdunstning av vätska i flytande form, d.v.s. vätska som omger partiklarna i form av en vätskefilm, och under denna fas är torkningshastigheten vanligen konstant (”constant rate period”). Det vatten som förångas under detta steg benämns ofta fritt vatten eller obundet vatten. Denna fas kan illustreras med avdunstning av vatten från en petriskål där vätskenivån i skålen sjunker med konstant hastighet under torkningen. Masstransporten av vatten kommer att bero av vätskans temperatur, hastigheten för borttransport av ånga iväg från vätskeytan samt vätskeytans storlek. Borttransporten av vatten påverkas av flödeshastigheten av torkluften ovanför vätskeytan. En förklaring till detta är att transporten av ånga närmast vätskeytan sker genom diffusion i ett stillastående luftskikt och att lufthastigheten påverkar tjockleken, och därmed diffusionssträckan, av detta skikt.
Val av torkningsmetod
Val av torkningsmetod
Torkar kan klassificeras i två huvudgrupper beroende på torkgodsets bearbetning under själva torkningen.
I den första gruppen återfinns icke-agiterande torkar, d.v.s. torkgodset är stillastående under torkningen.
I den andra gruppen återfinns agiterande torkar.
Frystorkar tillhör den första gruppen och svävtorkar och spraytorkar den andra.
Några viktiga överväganden vid val av torkningsmetod är följande:
- Torkgodsets värmekänslighet
- Torkgodsets fysikaliska egenskaper
- Vätskans egenskaper
- Behov av aseptik under torkning
Spraytorkning och frystorkning är torkningsmetoder som kan användas för aseptisk torkning. Dessa torkmetoder är också i relativ bemärkelse skonsamma och är därför möjliga att använda vid torkning av formuleringar som innehåller värmekänsliga ämnen såsom proteiner och blodprodukter, beredningar som vanligen skall vara sterila.
Spraytorkning – användning och delprocesser
Spraytorkning – användning och delprocesser
- Spraytorkning används för torkning av flytande system - fr.a. lösningar och suspensioner - för att framställa ett torrt pulver
- Operationen innehåller följande delprocesser:
-Atomisering av vätska: Att man gör små droppar av vätskan (Man gör spray av det): I denna fas förvandlas vätskan till små droppar eller dispergerade partiklar genom att spruta den genom en spraymunstycke.
-Lufttorkning av droppar och partikelbildning: Droppar är små, man får därför hög area. De små dropparna eller partiklarna sprids i en uppvärmd torkluftström. Vätskan inuti dropparna avdunstar snabbt när de utsätts för den varma luften. Under denna process avdunstar vattnet från dropparna gradvis, vilket resulterar i att de minskar i storlek.
-Uppsamling av bildade partiklar: De torra partiklarna samlas in i en samlare när de lämnar spraytorkaren.
Atomisering av vätska
Atomisering av vätska
Atomisering av vätska är en process där man omvandlar en flytande vätska till små droppar eller fina partiklar. En vanlig metod för att utföra detta är genom användning av en dysa. Dysan matar in den flytande vätskan och med hjälp av högt tryck och hastighet tvingas vätskan genom en smal öppning i dysan, vilket resulterar i att den sprutas ut i form av små droppar.
Genom att applicera högt tryck och hastighet på vätskan i kombination med den smala öppningen i dysan skapas en kraftig kraft som bryter ner vätskan i mindre partiklar.
Atomisering innebär att en vätska finfördelas till små droppar och de partiklar som bildas under torkningen härrör från dessa droppar och har en diameter som ungefärligen korresponderar med dropparnas diameter. De verktyg som används för att atomisera en vätska kallas vanligen för spraydysor eller atomiseringsverktyg och dessa kan tekniskt utformas på olika sätt. En vanligt förekommande spraydysa använder luft som flödar med hög hastighet för att finfördela vätskan till små droppar, en s.k. tvåfluid-dysa.
Spraytorkning – apparatur
Spraytorkning – apparatur
Går på kort tid: Lämplig för värmekänsliga substanser (Såsom proteiner) som inte tål att exponeras för värme.
En luft med hög temperatur och hög hastighet, samtidigt som partiklar faller med luften och den indunstar. Därför kan man urskilja dem.
Hög temperatur i luften, men ändå sker värme under kort tid och snabbt (Att proteiner inte påverkas)
Det är en viktig poäng att spraytorkning är lämplig för värmekänsliga substanser, som proteiner, eftersom processen går snabbt och möjliggör effektiv avdunstning utan att utsätta ämnena för höga temperaturer under lång tid.
Skillnad mellan spraytorkning och atomisering:
Partikelbildning vid spraytorkning av en lösning
Partikelbildning vid spraytorkning av en lösning
- Avdunstning och droppkontraktion: När den flytande lösningen sprutas ut genom dysan i spraytorken, bildas små droppar som innehåller lösta ämnen. Dessa droppar utsätts för en varm luftström i torkkammaren. Värmen från luften orsakar snabb avdunstning av lösningsmedlet från dropparnas yta. Under denna fas minskar dropparnas storlek när vattnet avdunstar och de kontraherar.
- Skalbildning och avdunstning under minskad droppkontraktion: När avdunstningen fortsätter, kan ett skal eller en yta bildas runt dropparna. Dropparna fortsätter att krympa, men nu minskar de i storlek på grund av skalbildningen och inte bara avdunstningen av lösningsmedlet.
- Slutlig avdunstning och partikelbildning utan kontraktion
Partiklarna som bildas genom spraytorkning ofta har en ihålig struktur på grund av den initiala kontraktionen av dropparna och den gradvisa avdunstningen av lösningsmedlet från insidan av skalen.
Denna form av partikelbildningen innebär att partiklarna blir ihåliga och med något större diameter än vad som kan beräknas från partiklarnas massa och det fasta materialets densitet.
I den första torkningsfasen vid spraytorkning, vanligen benämnd primärtorkning, avdunstar vatten från dropparna innebärande att dessa minskar i diameter. Denna fas är alltså principiellt densamma som den första fasen vid torkning av fuktiga pulver, d.v.s. torkning under konstant hastighet (se ovan). Torkning av droppar innebär dock en förändrad avdunstningsyta under torkningsförloppet.
Den andra fasen benämns sekundärtorkning och påbörjas när ett skal av fast material börjar bildas runt dropparna men då vätska fortfarande finns kvar inne i dropparna. Torkhastigheten påverkas då av andra faktorer än vid primärtorkningen, såsom transporthastigheten av ånga genom höljet. Sluttorkningen inleds när inget vatten finns inneslutet i partiklarna utan i sluttorkningen avlägsnas vatten som är absorberat till det fasta materialet.
Spraytorkning - Användning: Det är därför vanligt för parenterala
Spraytorkning - Användning: Det är därför vanligt för parenterala:
- Torkning av värmekänsliga ämnen
- Framställning av amorfa partiklar: Amorfa partiklar är partiklar som saknar en ordnad kristallstruktur och istället har en oregelbunden, slumpmässig arrangemang av atomer eller molekyler.
- Framställning av mikropartiklar med snäv partikelstorleksfördelning: Man gör små partiklar
- Överföring av emulsioner och kolloidala system till torr form
- Aseptisk torkning
