Arbeitsschwerpunkte

Die bisher durchgeführten Forschungsaktivitäten haben dazu geführt, dass heute die physikalischen Vorgänge bei der Trocknung idealisierter Trocknungsgüter (kapillarporös, rieselfähig, definierte Dispersitätsgrößen, usw.) in Apparaten, in denen eine definierte Gas- und Feststoffbewegung vorhanden ist (z.B. in Band-, Strom- oder Tellertrocknern), weitgehend verstanden werden. Durch nur wenige Trocknungsversuche, mit welchen die produktabhängigen Größen ermittelt werden, lässt sich das Trocknungsverhalten des Produktes mittels Modellvorstellungen, die die apparate- und betriebsabhängigen Größen berücksichtigen, theoretisch vorhersagen. Aufgrund des nur unvollständig beschreibbaren Produktverhaltens (z.B. das Auskristallisieren von gelösten Komponenten oder die Transportvorgänge der Feuchte während des Trocknungsvorganges, insbesondere bei Änderung der Produktkonsistenz) und aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen Apparategestaltung und Trocknungsgut ist die Synthese von produkt- und apparateabhängigen Vorgängen bisher nicht möglich. Strategie zur Beschreibung des Trocknungsprozesses durch Kopplung der Ergebnisse aus einer Produktcharakterisierung mit entsprechenden Modellvorstellungen sind bisher nur in Ausnahmefällen vorhanden. Das Scale Up beruht daher auf den Ergebnissen aus Trocknungsversuchen im Labor- und Technikumsmaßstab und auf dem Know – How der Fachleute.

Die Trocknung stellt eine energieintensive Technologie dar. Daher wird bei den Herstellern verstärkt daran gearbeitet, umweltschonende, also energieoptimale und emissionsarme Trocknungskonzepte zu entwickeln. Insbesondere eine verstärkte Integration des Prozesses in das Gesamtverfahren lässt Fortschritte auf diesem Gebiet erwarten.

Auf dem Gebiet der Formulierungstechnik ist noch Grundlagenarbeit zu leisten, da die Mechanismen zur gezielten Einstellung von Produkteigenschaften bisher nur ungenügend verstanden werden. So sind insbesondere die Beziehungen zwischen den geforderten Produkteigenschaften und der Struktur und Morphologie des Produktes in vielen Fällen noch unbekannt. Ebenso ist die Abhängigkeit der Produkteigenschaften von den Verfahrens- und Apparateparametern meist nur durch aufwendige Trocknungsversuche ermittelbar. Grenzflächenphänomene, die insbesondere bei der Feststoffbildung zu beachten sind, können häufig noch nicht genügend analysiert und gezielt zur Einstellung von Produkteigenschaften genutzt werden.

Aus diesen noch ungelösten Problemstellungen heraus ergeben sich die bisherigen und die zukünftigen Arbeitsschwerpunkte des Fachausschusses, die in Tabelle 1 aufgeführt sind. Der Fachausschuss legt dabei besonderen Wert darauf, dass das an den Hochschulen erarbeitete Grundlagenwissen von Überlegungen zur praktischen Umsetzung begleitet wird. Hier ist vor allem die aktive Mitarbeit der Mitglieder aus der Industrie zu verstärken.

ThemenfelderSchwerpunkte der Arbeit
bisher zukünftig
Physikalische Vorgänge bei der Trocknung von idealisierten Gütern
Trocknungsgüter, die mit einem Lösungsmittel beladen sind
Trocknungsgüter, die mit einem Lösungsmittelgemisch beladen sind

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Eigenschaften der Trocknungsgüter
Labortrocknungsgeräte zur Bestimmung der für die Trocknung relevanten Größen

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Methoden zur Bestimmung der Beziehungen zwischen Produkteigenschaften und der Produktstruktur

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Methoden zur Quantifizierung des Einflusses von Apparate- und Betriebsparametern auf die Produkteigenschaften

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Weiterentwicklung der Berechnungsmodelle zur Beschreibung des Trocknungsprozesses von realen Trocknungsgütern

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Auslegung von Trocknungs- und Formulierungsprozessen
Erarbeiten von Auswahlkriterien für die zielgerichtete Auswahl des für eine vorgegebene Aufgabe optimalen Trocknungsprozesses

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Weiterentwicklung der Modellierung technischer Trockner zur Optimierung der Prozesse und zur Verbesserung des Scale-up

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Entwicklung von Simulatoren zur Prozessauslegung und zur Optimierung des Verfahrens bezüglich allen Integrationsmerkmalen

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Apparatetechnik
Weiterentwicklung der Apparate an neue Anforderungen (Reinigbarkeit, Verfügbarkeit, Flexibilität usw.)

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CIP-/ SIP-gerechte Apparate für GMP und FDA-Approval

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Betrieb von Trocknern
Integration des Trocknungsprozesses in das Gesamtverfahren durch Kombination mit anderen Prozessen und Betrachtung der Prozessketten

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Prozesskontrolle und Prozessführung durch Entwicklung und Einsatz von neuen Sensoren und Entwicklung von dynamischen Simulatoren zur Prozessführung

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Sicherer Betrieb und hohe Verfügbarkeit der Trocknungsanlagen

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Geschlossene Trocknungssysteme zur Verringerung der Emissionen

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Entwicklung neuer Technologien
Neue Arten der Energiezufuhr (Hochfrequenz, Mikrowelle, Ultraschall, Strahlung usw.)

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Kombination des Trocknungsprozesses mit anderen Grundverfahren (Filtration, thermomechanische Entwässerung, Trocknung und Granulation, Mahltrocknung usw.)

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Prozesse zur Erzeugung von Produkten mit definierten Eigenschaften (Nanopartikel, kontinuierliche Formulierungsverfahren, usw.)

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Sorption an Feststoffen
Sorptionsgleichgewicht, Sorptionskinetik, Modellbildung

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Trocknung von Gasen (auch Lösungsmittelfeucht)

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Auslegung und Betrieb

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Tabelle 1: Arbeitsschwerpunkte im Fachausschuss Trocknungstechnik