模块化混合机系列对灵活批量以及从技术中心到生产的放大过程有哪些优势?
模块化混合机系列可以在组织和技术层面,使研发、中试和生产更紧密地结合在一起。其效益的产生,主要取决于系列内不同规格的设备是否真正具有可比的混合原理、工具、测量理念和工艺窗口。相同的结构形式或相似的几何形状有助于放大设计,但并不能保证配方、混合时间或质量特征可以原样照搬转移。
灵活的批量大小
一台混合机可以在其已验证的运行范围内处理不同的批量大小。可用范围取决于产品、堆积密度、粒度分布、含水率、混合任务、工具几何形状、加料顺序和质量要求。因此,笼统的填充率范围,或"任何批次都能在整个容积范围内以相同质量混合"这样的说法,都是不可靠的。
可更换的工具、内衬或附加工艺机构,可以使设备适应特定任务,例如解聚、液体加入或敏感产品的处理。但它们会改变能量输入、剪切应力、发热情况,必要时还会改变颗粒结构。因此,更换工具并非简单的配方调整,而必须结合具体产品和质量要求加以评估。即使是可快速更换的产品接触部件,也只有在清洁、拆卸、检验、重新安装和放行等环节相应组织得当的情况下,才能真正缩短换型时间。
有限度的放大
几何相似性在放大过程中可能有所帮助。容器、工具和填充率之间可比的比例关系,有助于更有条理地研究相关效应。对于搅拌和液体工艺,雷诺数、弗劳德数或牛顿数等无量纲参数,在传递流动状态、功率输入和混合状态方面可能有所帮助。
然而,对于粉体混合而言,此类参数的适用性是有限的。散料对粒度分布、密度差异、含水率、内聚力、静电、离析、黏附及局部流动区域都很敏感。特别是在处理极小量物料、微量组分或添加液体时,技术中心与生产之间的条件可能发生显著变化。传热、卸料、可清洁性和计量精度同样不会自动随规模一起线性放大。因此,可靠的放大设计需要使用原始产品开展试验、明确界定关键质量属性,并对目标规格设备进行核实。
在制药应用中,ICH Q8(R2)指南要求对在实验室或中试规模下建立的设计空间向生产规模的可转移性加以论证。设计空间描述的是经证实可确保质量的物料特性与工艺参数组合。对于跨规模的应用,应阐明相关的、与规模无关的参数以及放大过程中的风险。无量纲参数或放大模型可以作为论证的一部分,但不能替代在生产规模下针对具体产品的确认。
自动化与文档
统一的控制架构有助于简化配方、数据采集和操作理念在技术中心和生产之间的转移。尽管如此,配方参数、量程、传感技术、报警限值、用户权限和控制逻辑仍须针对相应设备进行调整和测试。只有当参数范围及其对质量的影响已针对目标设备得到充分保障时,将技术中心配方直接移植到生产中才是可取的。
资质确认和验证同样受到这一限制。技术中心的结果可以为工艺设计和关键参数的选择提供支持,但工艺确认和性能评估必须在预定的生产场地进行。FDA将工艺验证描述为一个生命周期:商业化工艺依据研发和放大阶段的认识来确定,随后进行确认,并在日常生产过程中持续监控。
经济性与运行
混合机系列内部通用的组件可以简化备件储备、培训和维护规划。但这些优势取决于实际上有多少部件真正规格一致,以及它们是否可以在不同规格和产品环境下相同地使用。对于混合设备而言,"在运行过程中"进行维护或模块更换,只有在工艺、劳动安全、密闭防护和冗余允许的情况下才有可能。若没有并行产能或合适的缓冲,即使是模块化设备也会导致生产中断。
对于结构上已预先准备好的设备,可后期加装真空、温控、传感技术或数字接口等附加周边设备。当备用接口、安装空间、介质容量和控制系统余量已经具备时,这尤为高效。否则,扩展通常仍是可行的,但不是简单的改造。
amixon®的批量规模与放大设计
amixon®提供面向研发、技术中心和生产的广泛立式精密混合机系列。运营方可借此为不同批量大小和工艺任务选择合适的设备,并通过使用原始产品的试验来验证设计方案。帕德博恩的集中化生产,使混合腔、工具、卸料、自动化以及与资质确认相关文档的按项目定制成为可能。
对于较小的研发批次和特殊批次,有紧凑型混合系统可供选用。而更大的生产混合机——根据类型和需求不同——可以从100升到50,000升的规格制造,并可应要求以100升为一档进行定制。这使产能设计能够紧密贴合实际所需的批量大小。对于超大批量,amixon®以Gyraton®混合机提供了适用于极大散料量的解决方案;该公司展示的一款设备型号,其混合物容量约为70立方米。
立式混合机的混合工具依照SinConvex®原理运行。对于特定系列,amixon®给出的圆周速度范围约为0.8至3.5米/秒。可比的工具原理以及一以贯之的结构设计理念,有助于将技术中心试验中获得的认识转移到生产设计中。但它们并不能替代与具体产品相关的放大验证:随着规格增大,混合动力学、填充率、能量输入、传热、计量行为、排空和产品保护效果都可能发生变化。
amixon®以技术中心试验为这一转移过程提供全程陪伴。帕德博恩拥有约35台用于混合、干燥和反应工艺的测试设备;美国及亚洲多个国家还设有配套的技术中心。使用原始产品开展的试验,可以针对具体任务评估混合均匀度、混合时间、产品保护、液体加入、能量输入、可排空性和可清洁性。经过记录的试验结果,为设备选型、工艺参数以及目标规格设备的设计提供了可靠依据。它们可以降低放大风险,但不能替代在实际生产环境中的性能评估。
amixon®混合系统的广泛谱系,除间歇式混合机外,还支持连续混合及特殊工艺。哪种设备类型合适,取决于产品、产量、批量大小、计量策略、清洁要求、密闭防护及自动化水平。amixon®可据此将混合系统、计量、卸料及周边设备,与运营方的用户需求说明书(User Requirement Specification,简称URS)相协调。
为实现可重复的工艺执行,混合程序可存储于PLC(可编程逻辑控制器)中。混合时间、转速、加料顺序、温度曲线及其他工艺参数均可按批次进行控制。项目特定的与上层系统的对接,以及基于条码的物料识别,可将配方、批次和工艺数据相互关联。这有助于支持批次可追溯性,以及全局设备效率(英文Overall Equipment Effectiveness,缩写OEE)的分析,前提是数据模型、时间戳、用户权限和停机分类已在整体系统中得到明确定义。
对于受监管的应用,amixon®可提供与资质确认相关的技术文档,并协助进行设计确认、安装确认和运行确认(简称DQ、IQ和OQ)。方案可依据EU-GMP、FDA 21 CFR Part 11、EHEDG、3-A Sanitary Standards、ATEX或ASME等项目具体要求进行调整。有关工艺验证、清洁验证、数据完整性及整体系统资质确认的责任,仍由运营方承担。
据amixon®介绍,公司在帕德博恩自主研发和生产,并通过调试、维护、改造升级、加装改造及备件供应,长期陪伴设备运行。这种自主生产、广泛的设备谱系与国际化技术中心网络相结合的模式,帮助运营方以可追溯的方式,将混合工艺从试验阶段发展并调整至生产设备阶段。