Continuous Isolation of Particles with Varying Aspect Ratios up to Thin Needles Achieving Free-Flowing Products

Abstract

The continuous vacuum screw filter (CVSF) for small-scale continuous product isolation of suspensions was operated for the first time with cuboid-shaped and needle-shaped particles. These high aspect ratio particles are very common in pharmaceutical manufacturing processes and provide challenges in filtration, washing, and drying processes. Moreover, the flowability decreases and undesired secondary processes of attrition, breakage, and agglomeration may occur intensively. Nevertheless, in this study, it is shown that even cuboid and needle-shaped particles (l-alanine) can be processed within the CVSF preserving the product quality in terms of particle size distribution (PSD) and preventing breakage or attrition effects. A dynamic image analysis-based approach combining axis length distributions (ALDs) with a kernel-density estimator was used for evaluation. This approach was extended with a quantification of the center of mass of the density-weighted ALDs, providing a measure to analyze the preservation of the inlet PSD statistically. Moreover, a targeted residual moisture below 1% could be achieved by adding a drying module (Tdry = 60 °C) to the modular setup of the CVSF.

Beschreibung von Trennoperationen mit mehrdimensionalen Partikeleigenschaftsverteilungen

“…q r;i;j ¼ q r x i ; y j (10) Die zweidimensionale Verteilungsdichte ist wie die Verteilungssumme nur im Bereich des betrachteten Partikelsystems definiert, der zwischen x min und x max und gleichzeitig zwischen y min und y max liegt. Da weitere Fla ¨chenelemente keine Partikel enthalten, wird der Wert der Verteilungsdichte in diesen Fa ¨llen null: q r x i ; y j ¼ 0 wenn x x min und=oder y y min (11) q r x i ; y j ¼ 0 wenn x > x max und=oder y > y max (12) Die Normierungsbedingung der Verteilungsdichte muss u ¨ber die Fla ¨che der Eigenschaftsverteilung, also beide Parameter x und y, erfu ¨llt sein. Somit wird die zweifache Summe u ¨ber alle Δx i und Δy j in den Grenzen der Verteilung gleich 1, was auch den Zusammenhang zwischen Verteilungsdichte und Verteilungssumme in der Normierungsbedingung erkenntlich macht:…”

“…Es stellt sich damit die prinzipielle Frage, wie ein mehrdimensionaler Trennprozess, der Partikel nach mehr als einer Eigenschaft aus der Gesamtheit des Partikelsystems separiert, wissenschaftlich zu beschreiben ist, d. h. wie die Trenngradfunktion fu ¨r den zwei-oder n-dimensionalen Fall aussieht und wie der Trennerfolg zu bewerten ist. Beispiele fu ¨r einen mehrdimensionalen Trennvorgang sind die Nutzung einer aerodynamischen Linse zur Trennung von Nanopartikeln nach Material und Gro ¨ße [9], die mehrdimensionale Dichtetrennung einer Erzprobe [10,11] oder die kontinuierliche Abtrennung von Partikeln nach Gro ¨ße und Form aus einem kontinuierlichen hochreinen Kristallisationsprozess in Suspension [12]. Abbildung 1.…”

Improving the reproducibility of size distribution of protein crystals produced in continuous slug flow crystallizer operated at short residence time

“…Needle habit as one of the more commonly produced habits in pharmaceutical crystallization [258] is notorious for causing several downstream processing issues and difficult handling. For example, needle crystals tend to align with the flow of the mother liquor, thus blocking the filter pores and they are prone to fracture during filtration creating unwanted fines [259,260]. Aqueous dispersions of needle crystals also exhibit a high viscosity requiring a higher energy requirement to transport them to filtration unit [193].…”