バレルコーンフィルター洗浄・乾燥「3in1」装置の原料生産における応用利点

AIPの製造工程では、結晶化後の物質移動による材料損失と環境汚染を回避するため、通常、原料の濾過、洗浄、乾燥工程を1つの装置で完結します。この装置は「スリーインワン」、略して「撹拌ヌッチェ式濾過乾燥機（ANFD）」と呼ばれます。医薬品製造において最も一般的に使用される「スリーインワン」は平底型で、無菌APIの製造において利点があることは間違いありません。しかし、円形平底の濾過面積が小さい、側面排出（常に材料が残る）、乾燥性能が低い、乾燥工程中の材料移動が小さい、伝熱効率が低い、乾燥限界が大きいなど、他の面にも欠点があります。

1 基本構造と動作原理

コニカル フィルター ドライヤーは、固液分離と濾過、フィルター ケーキの洗浄、材料の乾燥プロセスなど、一連のプロセスを 1 つの装置で完了できます。

1.1 基本構造

API 製造用のクリーングレードのコニカルフィルタードライヤーを例にとると、その主な構造を図 1 に示します。

図1 ----クリーングレード円錐形フィルター乾燥機の構造

a - 防塵機構 b - 防爆伝達機構

c - ラック機構 d - スプレー機構

e - 攪拌用の主軸と内蔵熱交換システム

f - 本体 g - 補助メンテナンス機構

h - 濾過機構 i – 自動下方膨張排出弁

詳細:

a は防塵機構であり、クリーンエリアの要件を満たし、トランスミッション部品による粉塵汚染を回避するのに役立ちます。

bは防爆伝動機構で、防爆型メインモーターと減速機で構成されています。硬化型減速機により伝動能力が強化され、設備の安定した運転を確保します。

cはラック機構であり、メインシャフトのクリーングレードのメカニカルシールとマルチサポートレイアウトを備えています。

dは、材料洗浄およびCIP用のコンポーネントを含むスプレー機構です。

撹拌主軸と熱交換システムを内蔵し、リボン型吊り下げ撹拌機構（下部支点無し）を採用しています。

fは熱交換ジャケットや外側の断熱部品などを含む機器本体です。

gは補助メンテナンス機構で、コーン部分の上下を補助し、分解・メンテナンスを容易にします。

h は、濾過媒体および逆 CIP (RCIP) のコンポーネントを含む濾過機構です。

iは、全自動運転が可能な下方膨張式自動排出弁です。弁底が平坦な弁カバーを採用し、堆積物の死角がなく、その場で完全に洗浄可能です。

1.2 動作原理

無錫樟華製薬設備の円錐フィルター乾燥機には断続的なプロセスフローが適用され、その典型的な操作プロセスは「供給-濾過-洗浄-乾燥-排出-CIP」です（図2を参照）。

1.2.1 フィルタリング

装置は一般的に圧力濾過または真空濾過のいずれかを採用していますが、材料と濾過ケーキの特性に応じてこれら 2 つの方法には大きな違いがあり、小規模なテストで確認する必要があります。

1.2.2 乾燥

真空乾燥工程では、本装置は熱媒循環システムを内蔵しています。熱媒を投入すると同時に真空ポンプで吸引し、リボン型撹拌機構が正転することで材料を上下左右に揺動させることで、完全な熱交換を実現します。また、真空オンラインサンプラーにより材料の乾燥状況をモニタリングできます。

1.2.3 排出

乾燥工程が完了し、装置内部の環境が常圧に戻った後、排出バルブが開かれ、攪拌機構が正転して大部分の物質が排出され、残りの少量の残留物は逆回転する攪拌機構によって押し出されます。

1.2.4 クリーニング

排出が完了した後、装置は複数の方向から洗浄されます。洗浄システムは内部部品とリボン型撹拌機構を洗浄します。RCIPシステムは残留層、フィルター媒体、バルブを洗浄します。CIPシステムはバルブカバーと接続ノズルを洗浄します。

図2------円錐形フィルター乾燥機の動作フロー

2つの利点 無錫樟華製薬設備のAPI製造における円錐フィルター乾燥機の導入

新版GMPでは、APIの製造および関連機器に対する要件がさらに強化されています。APIの品質と生産の安定性を確保するには、機器が鍵となることは明らかです。以下では、コニカルフィルタードライヤーの利点について説明します。

新しい GMP の関連要件と組み合わせて API の製造に使用します。

2.1 高い製品純度

2.1.1 材料に不純物が混入してはならない

材料が入った後、装置内で材料に直接さらされる部品には、機能ノズル、内壁、撹拌機構、濾過機構、濾液チャネル、濾過部品、排出バルブ機構などがあります。これらのうち、撹拌機構を除き、その他はすべて静止しています。適切な材料を使用し、適切な製造プロセスを採用すれば、これらの部品がプロセスに異物を持ち込むことはありません。ただし、撹拌機構は可動です。まず、良好なシール性能を実現するために、主軸にクリーングレードのメカニカルシールを使用する必要があります。メカニカルシールには隔離キャビティを設け、環境やメカニカルシール自体によって発生する不純物が装置内に侵入するのを防ぎます。次に、コニカルフィルタードライヤーの撹拌機構の底部には回転支点がなく、サスペンションコンセプトで設計されているため、不純物による汚染の可能性が根本的に排除されます。

2.1.2 安全で清潔な環境を確保する

この装置は完全に密閉されており、プロセス中の製品の清浄度を確保するだけでなく、生産環境を保護します。特に、プロセス中に揮発性または危険な溶液を扱う場合、この装置は環境と作業者の安全を確保します。

リボン型撹拌機構は上下しない軸方向固定構造を採用し、装置との安定した安全距離を維持し、定期的なメンテナンスなしで生産の安全性を確保します。

2.2 適応性の利点

2.2.1 高い濾過効率

（１）大きな濾過面積：円錐形濾過乾燥機の濾材は円錐形であり、図３に示すように、タンクの壁面に取り付けられている。内径約１ｍの装置サイズを例にとると、標準的な円錐形濾過面積は約１．６ｍである。² 、有効フィルター面積は、同じ直径で底面が平らな「Three-in-One」の約3倍です。

図3---円錐形フィルター乾燥機のフィルター媒体構造

（2）濾過ケーキの公称厚さが薄い：濾過理論に関する研究は数多くある。物質粒子の特性には大きな差があるため、濾過速度に影響を与える要因は多岐にわたる。適切な濾材を選択すれば、濾過ケーキ層が形成され、適切な時間内に安定した橋渡しの役割を果たして濾過性能を向上させることができる。濾過ケーキ層が薄いほど、濾過速度は速くなる。

（3）コニカルフィルタードライヤーでは、ろ材と撹拌機構との距離は、ろ過ケーキの公称厚さと同じになります。リボン型撹拌機構は内部のケーキを連続的に交換し、ろ材表面に保持された薄い層のろ過ケーキが安定したフィルター強化層を形成します。同時に、交換プロセスによってろ過ケーキの隙間が平滑化され、安定した圧力差が生じるため、水分含有量の低いろ過ケーキが得られます。

2.2.2 効率的な洗浄

コニカルフィルタードライヤーの内部リボン型撹拌機構は、適量の洗浄液を添加することで、材料を迅速に再パルプ化できます。フィルターケーキと洗浄液の接触が良好であるため、洗浄効率と交換効率が大幅に向上します。一般的なブレード型やアンカー型撹拌機構と比較して、リボン型撹拌機構は明らかに優れた再パルプ化性能を備えています。

2.2.3 大きな伝熱面積と効率的な乾燥

コニカルフィルタードライヤーは、本体（高効率伝熱ジャケットを装備）の伝熱面積と内部の全体撹拌伝​​熱面積を含む、広大な伝熱面積を有しています。この超大型伝熱面積は、乾燥性能を保証するだけでなく、さらに重要な点として、伝熱面積を効率的に活用しています。材料と伝熱部品との熱交換接触は、最も重要な要素です。

2.3 自動化とリアルタイム監視

大規模な医薬品生産プロセスにおいて、単一装置の操作プロセスを手動で制御すると、必然的に誤差が発生します。プロセスフローの観点からバッチ間の製品の一貫性を確保するために、コニカルフィルタードライヤーは自動制御が可能で、操作が簡単で、中央制御システム（PLCやDCSなど）に統合できます。これにより、設備操作の労力が大幅に軽減され、生産効率が向上し、製品の高品質と安定性が効果的に保証されます。

さらに、プロセスフローの制御には、装置内の製品状態を監視することも非常に重要です。装置内に装備されたサンプラーは、乾燥プロセス中に真空中でオンライン動作し、生産の継続性を確保し、乾燥性能を効果的に監視します。

2.4 多方向CIP

API製造用の円錐型フィルタードライヤーでは、原料と直接接触する内部部品が研磨されており、その粗さはRa ≦0.4μmです。製品ロットの製造が完了したら、排出を行います。装置の底部は円錐型に設計されているため、排出口が最も低い位置に設定されており、堆積した原料の死角がありません。排出バルブが開くと、正転混合機構内のほとんどの原料がスムーズに排出されます（バルブ開放時に原料が制御不能に大量排出されることを避けるため、撹拌機構が一定の橋渡し役を果たし、原料が回転すると重力によって自動的に排出されます）。排出後期には、撹拌機構の逆回転がさらに原料を押し出す役割を果たし、装置内に残っている原料をほぼ排出できます。

3 結論

コニカルフィルタードライヤーは市場の需要に応えるために誕生し、数々の国家特許を取得しています。開発と応用は20年以上にわたり、API製造のコンプライアンスに対応したクリーングレードの円錐型バージョンはすでに第5世代に達し、構造設計から適用まで、製薬業界の関連規制要件に厳密に準拠しており、製薬企業で10年以上使用されています。環境意識の高まりとAPI市場の拡大に伴い、製薬設備のアップグレードは不可欠です。コニカルフィルタードライヤーは、製品品質を大幅に向上させ、生産環境を保護し、企業に大きな利益をもたらします。