Brevet FR2508154A1 — publié le 19821224

i 2508154 La présente invention concerne un mélangeur, gra- nulateur et séchoir combiné capable de réaliser toutes les opérations élémentaires de mélange (dispersion), granula- tion et séchage de poudres pour différents médicaments, produits alimentaires, chimiques, etc au moyen d'un seul appareil. Jusqu'à présent, par exemple, dans la prépa- ration de grains fins (granules) en tant que matière prétraitée pour les comprimés de médicaments, il a été habituel d'uti- lîser un jeu de machines à usage unitaire, tel qu'un mélangeur, un granulateur (humide), et un sécheur ou d'employer au plus une combinaison d'un granulateur mélangeur avec un séchoir L'assemblage de tels ensembles à destination uni- taire présente beaucoup de difficultés Plus le nombre de tels ensembles installés dans une chaîne de production est grand, plus fréquent se présentera la nécessité de manipulations de matières, incluant le vidage, le transfert, l'alimentation et la distribution de poudres ou granules de matière d'un ensemble à un autre ensemble En conséquence, l'appareillage sera plus complexe, exigeant plus de travail, avec des possibilités accrues de dissémination de poudres, d'admission d'impuretés et de contamination avec des bactéries venant de l'atmosphère, ce qui peut créer des problèmes sérieux spécialement dans la production des produits pharma- ceutiques et alimentaires. La présente invention a été mise au point avec en vue de surmonter les difficultés ci-dessus et c'est l'un de ses ob Jets de prévoir un séchoir mélangeur granulateur qui peut réaliser le mélange, la granulation et le séchage de différentes matières pour les médicaments, les produits alimentaires, les produits chimiques etc automatiquement et de façon continue dans un seul récipient. Un autre but de l'invention est de prévoir un séchoir, mélangeur, granulateur qui peut être démonté simplement en ses composants pour réaliser le nettoyage et la stérilisation et qui se conforme au règlement dit "Pratiques de fabrication de produits" (GMP). On comprendra mieux l'invention à partir de la description détaillée suivante lorsqu'elle est prise en conjonction avec les dessins joints dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique générale d'un séchoir mélangeur granulateur incorporant l'invention. La figure 2 est une élévation verticale partielle- ment en coupe de parties essentielles du corps principal prises suivant la ligne X-O-X et Y-Y de la figure 3. La figure 3 est une vue en plan de parties essentielles de la figure 2. La figure 4 a et 4 b sont des vues en coupe frag- mentaires, à une échelle agrandie, de la plaque de fond et des pièces mobiles dans différentes positions relatives. Les figures 5 a et 5 b sont des vues similaires aux figures 4 a et 4 b, respectivement et montrant les or- ganes d'une autre réalisation. Et, la figure 6 est une vue éclatée des parties essentielles du séchoir mélangeur granulateur en accord avec l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, un appareil en accord avec l'invention pour mélanger, gra- nuler et sécher est représenté comme comprenant un corps 3 2 2508154 de machine ( 1), un collecteur de poudre ( 2), un panneau de contrôle ( 3), et leur banc ( 4). Le corps de machine ( 1), tel que représenté aux figures 2 et 3 comprend un récipient ( 5), des lames tournantes principales de mélange et de granulation, une entrée d'alimentation de matière pulvérulente ( 8), une évacuation de produit ( 9), et un a Jutage d'alimentation de liant de granulation ( 10). Les lames principales ( 6) sont supportées par 0 l un moyeu central ( 11) qui est fixé et calé sur une extrémité d'un axe d'accouplement ( 13) qui, à son tour, se prolonge vers le haut à travers une ouverture centrale d'une plaque de fond ( 12) du récipient ( 5) L'autre extrémité de l'axe ( 13) est montée de façon fixe sur l'arbre ( 15) d'un moteur de séchoir ( 14) Ainsi les lames principales ( 6) sont conçues pour tourner le long d'un plan parallèle à la surface du fond du récipient ( 5) On a repéré en ( 16) une douille d'écartement conique pour les lames principales grace à laquelle les lames i 16) sont fixées à l'axe d'accouplement ( 13) par un boulon ( 17). Les lames auxiliaires ( 7) sont fixées, par un boulon ( 20), à une extrémité d'un axe d'accouplement ( 19) faisant saillie à l'intérieur des parois latérales ( 18) du récipient ( 5) L'autre extrémité de l'axe ( 19) est fixée, à l'arbre ( 22) d'un moteur de commande ( 21) de façon que les lames auxiliaires puissent tourner sur un plan pratiquement parallèle à la paroi latérale du récipient ( 5). L'entrée d'alimentation de matières pulvérulentes -30 ( 8) et l'ajutage d'alimentation de liant de granulation 4 2508154 ( 10) sont tous les deux disposés à travers la paroi d'une hotte supérieure ( 23) du récipient ( 5) La hotte supérieure possède une section rétrécie en son milieu et ensuite évasée vers le haut, près de l'extrémité supérieure, elle est mise en communication avec un collecteur de poudre ( 2). L'évacuateur de produit ( 9) comporte un réci- pient ( 24) et un vérin de commande ( 25) pour actionner le mécanisme d'évacuation Le récipient ( 24) est de forme cylindrique creuse possédant une ouverture d'évacuation ( 26) à son extrémité inférieure et une entrée ( 27) sur un coté avec l'extrémité supérieure fermée par un couvercle ( 28) Le récipient ( 24) est attaché au récipient ( 5) du corps principal avec l'entrée ( 27) en coïncidence avec la sortie ( 29) constituée dans la paroi latérale ( 18) du récipient ( 5) Le vérin ( 25) possède une tige de piston ( 30) supportant une tête de soupape ( 31) A son extrémité libre de façon que le mouvement alternatif de l'extrémité de la tige ( 30) puisse fermer ou ouvrir l'entrée ( 27) avec la tete de soupage ( 31) Dans cette réalisation, un Joint ( 32) est interposé entre le moyeu ( 11) des lames principales ( 6) et le récipient ( 5) du corps principal pour réaliser une chambre ( 33) entre ces deux organes La chambre, à son tour, communique, grace à un passage ( 34), avec un embout ( 35) installé dans la partie inférieure du récipient ( 5) pour amener de l'air comprimé vers le dispositif d'étan- chéité de l'arbre De façon similaire, avec les lames auxi- liaires ( 7), il existe aussi un anneau ( 37) qui est fixé entre la surface extérieure du récipient ( 5) et une collerette de montage ( 36) du moteur de commande ( 21), et un Joint ( 39) est interposé entre le récipient ( 5) et une bague ( 3 b) entre les lames auxiliaires (Y) et l'axe de couplage ( 19) de façon à former une chambre ( 40) Comme la chambre ( 33) associée aux lames principales ( 6), cette chambre est Mise en communication avec un embout (non représenté) grâce à-un passage ( 41). A la figure 1, le repère de référence ( 60), désigne un tuyau de vidange d'eau de nettoyage qui sert aussi de tuyau d'admission d'air comprimé pour l'étanchéité de l'arbre des lames principales ( 6), et le repère ( 62) désigne un trou de vidange pour l'eau de nettoyage, le repère ( 64), une sortie de poudre fine, le repère ( 66) désigne une chambre de filtre à sacs, et le repère ( 68) un moteur de commande d'un ventilateur ( 53) A la figure 2, le repère ( 42) désigne un passage d'évacuation constitué dans l'axe de couplage ( 13). En accord avec l'invention, le combiné mélan- geur-granulateur de la construction décrite ci-dessus incorpore en outre un mécanisme de séchage Un certain nombre de fentes ( 43) sont constituées dans la plaque de fond ( 12) du récipient ( 5) Des moyens à clapets pour ouvrir et fermer les fentes ( 43) sont prévus, et une chambre ( 44) est constituée en-dessous de la plaque de fond ( 12) pour introduire un fluide à travers les fentes ( 43) dans le récipient ( 5). Chaque moyen à clapets comprend un disque mobile verticalement maintenu de façon à pouvoir se déplacer sous la plaque de fond ( 12) du récipient ( 5), et des clapets mobiles ( 46) maintenus sur la surface supérieure du disque comme représenté à une échelle agrandie aux figures 4 ou , chaque pièce étant adaptée pour etre placée dans la s) fente associée ( 43) de la plaque de fond pour établir prati- quement un joint hermétique Le disque mobile ( 45) possède des trous ( 47) forés à travers des parties appropriées. De la même façon, tel que représenté à la figure 2, un galet ( 48) est maintenu à la périphérie inférieure du disque ( 45) et est maintenu en contact avec une came excentrique ( 49) prévue à l'intérieur de la chambre ( 44) En outre, le disque mobile ( 45) possède des ergots de guidage ( 50) disposés verticalement en contact avec des trous de guidage ( 51) constitués sur la paroi inférieure de la plaque de 1 O fond du récipient ( 5). Le dispositif à clapets est utilisé lors du séchage des granules dans le récipient ( 5) Dans la réa- lisation décrite, un conduit ( 57) (figure 1) est attaché à l'extérieur du récipient ( 5) et est ouvert vers la,chambre ( 44) de façon à introduire de l'air pour servir au séchage. Le fonctionnement du dispositif décrit va être expliqué ci-dessus avec des clarifications sur le détail de construction. Tout d'abord, les matières pulvérulentes pour constituer les granules désirées (grains fins) (c'est-à-dire, un ingrédient principal ou base et un véhicule approprié aux propriétés de la base, tel qu'un mélange de lactose, de dextrine et de méthyl-cellulose) sont pesées dans les proportions spécifiées Le mélange est chargé par l'entrée d'alimentation de matières pulvérulentes ( 8) dans le réci- pient ( 5) du corps principal en accord avec l'invention. A ce moment, la position relative de la plaque de fond ( 12) du récipient ( 5) et des clapets mobiles ( 46) du dis- que mobile ( 45) est telle qu'indiquée aux figures ( 4 a) ou (Sa); elles sont disposées ensembles de façon que les 7 2508154 extrémités supérieures des clapets-mobiles ( 46) soient de niveau avec la surface supérieure de la plaque de fond, évitant ainsi une chute indésirable de poudre La sortie ( 29) est maintenue fermée par la tete de soupape ( 31). Après la fin de l'alimentation de matière pulvé- rulente, l'opération de mélange commence Dès que les lames principales ( 6) pour le mélange et la granulation tournent horizontalement à une vitesse élevée commandée par le moteur ( 14) (habituellement, à une vitesse périphérique de lames se situant entre 6 et 12 m/s), les lames auxiliaires de mélange-granulation ( 7), situées à angle droit par rapport à l'axe des lames principales sont actionnées à grande vitesse par le moteur de commande ( 21) (habituellement à une vitesse périphérique de lame d'environ 6 à 24 m/s). Les matières pulvérulentes sont vigoureusement brassées horizontalement dans le récipient par la rotation des lames principales ( 6) tandis, qu'au même moment, elles sont projetées de façon centrifuge vers la paroi périphérique du récipient ( 5) La charge est graduellement poussée vers le haut vers l'étranglement de la hotte supérieure ( 23) (la paroi péri- phérique de l'étranglement étant inclinée vers l'intérieur de façon appropriée à un angle de 450 'à 750 par rapport à l'horizontale) et ensuite elle est renvoyée rapidement vers l'axe des lames principales ( 6) Comme ce cycle est répété, le mélange pulvérulent est soumis à une combinaison d'actions de convection et de cisaillement (dispersion) suivant un mouvement de torsion hélicoïdal rappelant celui d'une corde, à l'intérieur du récipient ( 5) et de la hotte supérieure ( 2)3 En plus, les lames auxiliaires ( 7) exercent -30 localement des actions de cisaillement et de mélange à grande vitesse Toutes ces actions combinées, l'appareil achève le mélange intime (dispersion) des poudres dans une très courte période de temps (habituellement de 2 à 5 mn). Suivant immédiatement l'achèvement du mélange, le fonctionnement passe à la granulation Les lames prin- cipales ( 6) sont réglées à une faible vitesse appropriée à la granulation des matériaux pulvérulents (habituellement, en terme de vitesse périphérique des lames, dans la zone d'environ 2 à 12 n Vs) Les lames auxiliaires ( 7), d'un autre côté sont réglées à une vitesse élevée ( 6 à 24 m/s). Un liant (généralement de l'eau, de la pâte d'amidon, une solution de dextrose anhydre, etc) compatible avec l'ingrédient principal et le produit véhiculant, est alimenté par une pompe d'alimentation fixe ou similaire (non repré- sentée) sur une partie supérieure appropriée de la couche de poudre dans un état agité et mélangé en passant par lta Jutage d'alimentation de liant de granulation ( 10). La sorte, la concentration, la quantité, etc du liant sont choisies de telle façon qu'il n'affecte pas défavora- blement les propriétés de l'ingrédient principal et de l'agent véhicule. Les matériaux pulvérulents (l'ingrédient prin- cipal et l'agent véhicule) ayant été alimentés avec le liant, la viscosité et la force de liaison inhérente au liant se combinent avec les actions de mélange et de dis- persion des lames principales ( 6) pour aider l'agglomération des particules en grains plus gros Les agglomérés résultant de grains sont réduits en particules de taille appropriée par l'action brisante des lames auxiliaires ( 7) tournant à vitesse élevée En d'autres termes, les lames principales ( 6) servent principalement à provoquer l'agrandissement des tailles des particules sous l'action de liaison du liant, tandis que les lames auxiliaires ( 7) agissent princi- palement pour briser et réduire les agglomérés constitués au cours de la granulation en particules de taille désirée. Le procédé de granulation vient habituellement à bonne fin dans un délai de trois à quinze minutes, quoique la durée du temps varie avec les espèces de matières pulvérulentes et des liants. Au cours du mélange-granulation décrit Jus- qu'à présent, les vitesses et les durées de temps de fonc- tionnement des lames principales et auxiliaires ( 6) et ( 7), la quantité et la durée d'alimentation de liant et autres, incluant leurs départs et leurs arrêts, sont toutes contrôlées automatiquement et de façon continue par une instrumentation incluant les contrôles de distribution, de séquence et de rotation sur un panneau de contrôle ( 3). A partir du moment o le mélange-granulation a été terminé, le fonctionnement se réalise automatiquement et de façon ininterrompue pour sécher les granules. Sous un contrôle séquentiel, les cames ( 49) sont tout d'abord commandées par des générateurs de couple ( 52) (habituellement trois) pour déplacer le disque mobile ( 45) vers le haut ou-vers le bas pour amener les clapets mobiles ( 46) aux points o ils ouvrent les passages d'écou- lement dans la plaque de fond ( 12) destinés à l'air chaud tels que représentés à la figure ( 4 a) ou à la figure ( 5 b). Avec l'arrangement représenté à la figure ( 4 b), le disque mobile ( 45) est abaissé dans la direction de la flèche (P), et avec la disposition de la figure ( 5 b), i U 2508154 le disque est soulevé dans la direction de la flèche Q. Ceci admet des jets d'air chaud de séchage à partir de la chambre ( 44) sous le récipient ( 5) vers le haut à l'inté- rieur du récipient à travers les trous ( 47) et les fentes ( 43) Au meme moment, le ventilateur ( 53) du collecteur de poudre ( 2) (figure 1) est mis en route par le moteur ( 68) et une valve actionnée par solénoïde (non représentée) est ouverte pour amener un moyen de séchage vers un réchauffeur d'air ( 54) (figure 1) disposé dans le banc ( 4) Lorsque le ventilateur ( 53) aspire, par succion, l'air venant de l'exté- rieur est amené à travers un filtre de séchage d'air ( 55), et l'air propre est chauffé à une température prédéterminée par le réchauffeur d'air ( 54) (habituellement, un échangeur de chaleur alimenté en vapeur pour fournir la chaleur ou un réchauffeur en forme de manchon pour le chauffage élec- trique) L'air chaud est conduit à travers un tuyau d'air chaud détachable (accouplement flexible) ( 56) et vers l'en- trée d'air chaud ( 57) dans la chambre ( 44) sous le récipient ( 5) L'air chaud est alors forcé à travers les trous ( 47) et les fentes ( 43) dans le récipient ( 5), o il sèche les matières granulées humides dans un état fluidisé Pendant l'opération de séchage, les lames auxiliaires ( 7) sont maintenues immobiles mais les lames principales ( 6) sont actionnées de façon intermittente à une vitesse très faible (habituellement 4 à 10 tours par minute) parce que les lames principales arrêtées dans une position donnée pourraient obstruer l'admission d'air chaud séchant dans des régions particulières Le fonctionnement intermittent, évidemment, est contrôlé automatiquement et de façon continue sous un contrôle séquentiel à partir du panneau de contrôle ( 3). A il 2508154 En s'écoulant -vers le haut à travers le lit fluidisé, l'air humide atteint la partie évasée supérieure de la hotte supérieure ( 25) du récipient ( 5), o la matière qu'elle transporte est classée en produit granulé (granules) et en quelque poudre fine contenue parmi les granules. Les gros granules retombent sur le lit fluidisé tandis que les fins granules sont transportés par l'air dans la chambre de filtres à sacs ( 66) dans laquelle la fine poudre est récupérée par des sacs de tissu ( 58) L'air propre, débarrassé de poudre, est relâché en dehors du système par le ventilateur d'aspiration ( 55), le temps de séchage, qui dépend largement de la température d'air chaud admissible dans des buts de séchage, se situe habituellement entre environ 30 à 100 minutes. Simultanément, à la fin du séchage, le venti- lateur ( 53) est arrêté, la vanne de vapeur est fermée, et la plaque de foad ( 12) du récipient ( 5) et les clapets mobiles ( 46) sont ramenés à leurs positions relatives ori- ginales représentées à la figure 4 a ou à la figure 5 a (c'est- à-dire, lorsque le 3 surfaces supérieures des pièces mobiles sont à niveau avec celles de la plaque de fond), tout cela sous le contrôle de commutateurs préréglés Ensuite, la tete de soupape ( 31) est déplacée pour ouvrir la sortie ( 29) du récipient et, au même moment les lames tournantes principales ( 6) sont actionnées pour vider la quantité totale de granules secs pendant une période de temps très courte (habituellement environ 30 secondes) à travers la sortie ( 29) La série d'opérations de mélange, granulation et séchage est maintenant terminée A partir de ce moment, le cycle est répété pour chaque lot de matière de façon que ONA A les trois opérations différentes de mélange, de granulation et de séchage puissent etre réalisées dans un seul récipient sans transfert (manipulation) de matières pulvérulentes d'un ensemble à un autre. Dans la description qui a été décrite, une petite quantité d'air comprimé propre (habituellement à une pression de 0, 3 à 3 bars) est fournie de façon continue à partir de l'embout ( 35) prévu au fond du récipient ( 5) vers la chambre ( 33) à travers le passage ( 34) pendant la série d'opérations de mélange, granulation et séchage. Puisque l'air comprimé continu à s'échapper à travers les joints ( 32) relatifs aux lames principales ( 6) dans le récipient ( 5) qui est sur le côté à la pression la plus basse, il n'y a aucune possibilité de fuite de particules du coté de l'axe Une construction similaire est adoptée pour l'étanchéité de l'axe relative aux lames auxiliaires ( 7) Ces passages ( 34), ( 41) pour alimenter l'air comprimé servent aussi à la vidange au moment du nettoyage avec de l'eau Quoique les clapets mobiles ( 46) soient de forme arquée ou ovale de taille variée et disposées suivant un plan circulaire concentrique dans la réalisation décrite ci-dessus, il est possible, suivant la taille du récipient et la nature des matériaux pulvérulents de disposer, à la place, des pièces mobiles de forme ovale de même taille radialement ou d'utiliser des pièces de forme ronde De la même façon, tandis que les parties essentielles du réci- pient de mélange, de granulation et de séchage, le filtre, le réchauffeur d'air, le filtre à sacs, le ventilateur, le tableau de contrôle, etc sont tous montés dans ou sur un simple banc de machine, ils peuvent être installés O 1 J. séparément et ensuite connectés avec des lignes et des fils amovibles lorsque la taille de l'appareillage le justi- fie. La figure 6 est une vue éclatée des parties essentielles pour le lavage et la stérilisation du séchoir- mélangeur-granulateur de la présente invention Comme on peut le voir, l'appareil suivant l'invention peut être démonté complètement avec facilité, et, par conséquent, il se conforme aux exigences de fabrication du GMP "Good Manufacturing Practices" (réglementation de fabrication de produits) et présente une construction et fonctionne comme un séchoir mélangeur granulateur des plus satisfai- sant pour la fabrication de médicaments, de matières alimen- taires etc En dehors d'aciers inoxydables habituellement utilisés, l'appareil peut être construit en titane, en aluminium etc suivant les propriétés des matériaux pulvé- rulents à traiter. Comme il a été décrit jusqu'ici, l'appareil suivant l'invention, lorsqu'il est utilisé dans la produc- tion de grains fins (granules) en tant que matière prétraitée qui doit être ensuite comprimée comme un médicament similaire, il peut réaliser des opérations de mélange, de granulation et de séchage dans un seul récipient sans transférer la matière pulvérulente d'un ensemble à un autre En consé- quence, il élimine le danger de la dispersion de particules, l'intrusion de matières étrangères ou de la contamination avec des micro-organismes dans l'air pendant les opérations de traitement et peut réduire le temps de production global. REVúNDICATIONS 1 Séchoir mélangeur granulateur c a r a c t 6 r i S 6 par le fait qu'il combine: a) un récipient constituant le corps principal ( 1), b) un mécanisme de mélange et de granulation monté dans le récipient et comprenant des lames principales ( 6) et auxiliaires ( 7) de mélange et de granulation qui sont action- nées de façon à pouvoir tourner pour accomplir le mélange et la granulation des poudres comme désirés, c) et un mécanisme à clapets ( 46) pour ouvrir et fermer un certain nombre de fentes ( 43) constitué dans une plaque de fond ( 12) dudit récipient constituant le corps principal ( 1), ledit mécanisme à clapets ( 46) comprenant des moyens d'ali- mentation d'air de séchage ( 55), ( 56), ( 57) pour réaliser des courants d'air de séchage dans ledit récipient à travers lesdites fentes ( 43). 2 Séchoir mélangeur granulateur, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t 6 r i S é par le fait que ledit mécanisme à clapets se compose d'un certain nombre de fentes ( 43) constituées dans ladite plaque de fond ( 12), de pièces mobiles ( 46) prévues pour ouvrir et fermer lesdites fentes ( 43), et de moyens ( 45), ( 48), ( 49) pour soulever et abaisser lesdites pièces mobiles. 3 Séchoir mélangeur granulateur, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t ê r i S 6 par le fait que ledit mécanisme à clapets se compose d'un certain nombre de fentes ( 43) constituées dans ladite plaque de fond, chacune desdites fentes possédant un rétrécissement au sommet, des pièces mobiles ( 46) dont les contours sont i 4 2508154 prévus pour s'adapter de façon étanche au fluide dans les rétrécissements respectifs desdites fentes, et des moyens ( 48), ( 49) pour lever et abaisser lesdites pièces mobiles ( 46). 4 Séchoir mélangeur granulateur, tel que défini dans la revendication l, c a r a c t é r i S é par le fait que ledit mécanisme à clapets se compose d'un certain nombre de fentes ( 43) constitué dans ladite plaque de fond ( 12), de pièces mobiles ( 46) dont les contours sont tels que la tige 0 l de chaque pièce aun diamètre réduit et possède des bords évasés à sa partie supérieure pour s'adapter de façon étanche au fluide dans chaque fente ( 43) et des moyens pour lever et abaisser lesdites pièces mobiles ( 45), ( 48), ( 49). Séchoir mélangeur granulateur, tel que défini dans la revendication 2, c a r a c t é r i S é par le fait que ledit moyen pcur lever et abaisser lesdites pièces mobiles se composent d'un disque mobile ( 49) situé en face de la surface inférieure de ladite plaque de fond ( 12) et portant lesdites pièces ( 46) de façon fixe sur lui, et des dispositifs ( 48), ( 49) pour lever et abaisser ledit disque mobile. 6 Séchoir mélangeur granulateur, tel que défi- ni dans la revendication 1, c a r a c t é r i S é par le fait que ledit moyen d'alimentation d'air de séchage se compose d'une chambre ( 44) constituée en dessous de la surface inférieure de-ladite plaque de fond ( 12), et de dispositifs ( 55), ( 56), ( 57) pour fournir de l'air de séchage à ladite chambre.