回転ドラム型造粒装置による錠剤コーティング解析

1. はじめに

医薬品、化学薬品における錠剤のフィルムコーティング、糖衣コーティング、食品分野における製菓において、対象物（ターゲット粒子）の表面にコーティング処理を行う際、コーティング剤を均一に吹き付けられるか、つまり、ばらつきを抑えることが重要になります。例えば、回転ドラムを使った転動造粒機の場合、回転ドラムの形状や傾斜角度、回転数、バッフルの有無などの条件がコーティング剤のばらつきに影響します。本事例では、バッフルのありとなしで、ばらつきの違いについての比較例を紹介します。

ケース	バッフル
ケース1	なし
ケース2	あり

 

※EDEMでは、コーティング剤も粒子として解きます。
ターゲット粒子とコーティング粒子同士が衝突すると、コーティング量を表すパラメータをターゲット粒子に渡し、最終的にコーティング粒子は消滅します。その分、ターゲット粒子の径は大きくなります。

2. 計算条件

粒子設定

・ターゲット粒子

形状	球形
直径	2mm
投入粒子数	20,000個

・コーティング粒子

形状	球形
単位時間当たりの 投入粒子数	5,000個/秒
総投入粒子数	150,000個 （30秒間）

※マルチ球体法により、球形以外の形状も再現可能です。

 

 

 

ドラムの設定

 

バッフル	ケース２のみ4枚配置
ドラムの回転数	12rpm
傾斜角度	０度（水平）

※形状データを回転させることで、傾斜角度を変更することも可能です。

 

 

3. 解析結果

アニメーション

コーティング粒子をシアンで示します。また、ターゲット粒子のコンターは、コーティング量を表します

ケース1（バッフルなし）

ケース1 断面
60秒の時点でも、内部にコーティングされていない粒子が残ります

ケース2（バッフルあり）

ケース2 断面
40秒の時点で、内部までコーティングされています

ばらつきの評価

均一にコーティングできているかを調べるため、理想混合状態からのばらつきを示す指標Sを計算します。粒子数をn、理想混合状態におけるコーティング量をx、各時刻での各粒子のコーティング量をxiとすると、次式で表されます。

コーティング量がゼロ、つまり全くコーティングされていない場合は1となり、数値が小さくなるほど理想状態からの差、つまりばらつきが小さく、均一に混合できている状態と判断できます。各ケースについてこの指標を計算すると、全体的にケース2の方が小さく、均一に混合できていることが分かります。

 

 

4. まとめ

• バッフルなしのケース1では、均一にコーティングができていません。特に、内部にコーティングされていない粒子が残り、偏析が見られました。
• バッフルありのケース2では、内部まで十分にコーティングされています。
• 理想状態からのばらつきを定量的に評価することができます。

評価指標を作成することで、バッフルの有無以外にも、ドラム形状やバッフル形状、ドラム回転数など、その他の条件の検討も行うことができます。