- Virtual prototyping of pharmaceutical granulation and coating equipment
- Del Bene, Luca <1988>
Subject
- ING-IND/24 Principi di ingegneria chimica
Description
- A virtual prototyping methodology for pharmaceutical granulation and coating has been developed. Application of the Multiphase Particle In Cell method (MP PIC) allowed to simulate two phases gas solid flow that occurs in granulation and coating equipment. The computational performance of MP PIC model is very high. The use of CPFD® Barracuda VR™, which implements the MP PIC model, was validated against literature experimental and CFD DEM data, showing its critical points. Barracuda VR™ overestimates the particle transport, but, at the same time, it captures the major trends in the considered physical quantities. This makes Barracuda VR™ a valid instrument to conduct relative comparative analysis, while it is considered less reliable in the estimation of absolute performance values. The application of Barracuda VR™ was evaluated using a Wurster coater for pharmaceutical application. It was found that an air flow rate equal to 800 Nm3/h in the considered machine allows a best performance measured in terms of coating distribution homogeneity on pellets. Several virtual prototypes were modeled to obtain a rotating fluidized bed in a static geometry (RFB SG), called “Spin Flow”. The spin flow fluidized bed (SFFB) must be adapted to perform both granulation and coating processes. Virtual experiments were made, using Barracuda VR™, by varying the air flow rate at the different inlets of the prototypes, but keeping the total air flow rate constant and equal to the best one found for the Wurster process. It was found that one virtual prototype, i.e., the one with four lateral inlets, was good to obtain a spin flow fluidized bed with small particles, as the one used for granulation process, but with the present virtual prototypes it was not possible to obtain a spin flow fluidized bed for larger particles, as the one used for Wurster coating process.
- È stato sviluppato un metodo per la prototipazione virtuale di macchine per la granulazione e il rivestimento di particelle in ambito farmaceutico. L’applicazione del modello Multiphase Particle in Cell (MP PIC) ha permesso di simulare il flusso bifase gas solido presente in granulatori e rivestitori con prestazioni computazionali molto elevate. L’utilizzo di CPFD® Barracuda VR™ è stato validato su dati sperimentali e dati di simulazioni CFD DEM presenti in letteratura mostrando le sue criticità. La tendenza a sovrastimare il trasporto di particelle, ma allo stesso tempo la capacità di catturare l’andamento delle grandezze fisiche considerate, fanno di Barracuda VR un ottimo strumento per analisi comparative, mentre è considerato meno affidabile per stimare valori e performance assoluti. L’applicazione di Barracuda VR è stata valutata su un rivestitore Wurster per applicazioni farmaceutiche. È stato possibile valutare che una portata d’aria di 800 Nm3/h permette la migliore performance in termini di omogeneità di distribuzione del rivestimento sulle particelle. Diversi prototipi virtuali sono stati modellati per ottenere un letto fluido rotante in una geometria statica (RFB SG), detto “Spin Flow”. Il letto fluido di tipo spin flow (SFFB) deve essere adattabile sia a processi di granulazione che a processi di rivestimento. Sono stati condotti degli esperimenti virtuali, usando Barracuda VR™, variando la portata d’aria agli ingressi dei prototipi virtuali, ma mantenendo la portata d’aria totale costante e uguale a quella trovata per il processo Wurster. Questi esperimenti virtuali hanno evidenziato che un prototipo virtuale, ovvero quello con quattro ingressi laterali, ha reso possibile ottenere un letto fluido spin flow con particelle piccole, tipiche della granulazione, ma con i presenti prototipi non è stato possibile ottenere un letto fluido spin flow per particelle più grandi, tipiche dei processi di rivestimento Wurster.
Date
- 2018-05-11
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-23472
Del Bene, Luca (2018) Virtual prototyping of pharmaceutical granulation and coating equipment, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Ingegneria civile, chimica, ambientale e dei materiali