제약회사 2탄 정제 코팅기 사용법 Tablet Coater 고형제 설비

제약회사 특히 고형제 생산라인에서 사용하는 기계 및 설비 중 코팅공정에서 사용하는 자동정제코팅기에 대해 소개하고자 합니다.

 

정제 코팅기의 개요

내용고형제의 생산공정 순서를 따라가 보면 원료를 필요한 비율에 따라 무게를 측정하는 칭량실이 있고 그다음은 과립실, 만들어진 원료를 잘 섞어주는 혼합실을 거쳐 알약형태인 타블렛을 만들어내는 설비가 있는 타정실을 볼 수가 있다. 코팅은 이렇게 만들어진 타블렛에 얇은 피막(Film)을 입히는 공정이다.

제피실이라고도 부르는 코팅 룸에 들어가 보면 방 한가운데는 낮은 속도로 회전하는 코팅드럼(Coating Drum/Pan)과 복잡하게 늘어져 있는 호스들 그리고 펌프, 액탱크를 볼 수가 있다. 하지만 눈에 보이는 설비 외에 코팅드럼이 설치된 벽 혹은 천정 너머에는 열교환기(Air Handling Unit)와 집진기(Dust Collector)가 설치가 되어 있고 코팅기와 덕트로 연결이 되어 있다. 모든 시스템을 한번에 나타내 보면  아래과 같은 시스템이 구성된다.

코팅설비의 구성 요소

코팅설비는 다양한 제작사에서 개발이 되다 보니 각자 특징을 갖는 몇 가지 코팅기가 나와 있으나 크게 두 가지 방식으로 나눈다.

• Side Vented Coating Pan (100% Perforated) = 악셀라 코타(Accela Cota)
• Front Vented Coating Pan (Partially Perforated) = 하이 코타(Hi Cota)

악셀라 코타는 코팅드럼을 놓고 봤을 때 원주방향인 옆면이 모두 타공 되어 있고 코팅드럼 전체를 통해 공기 유입이 가능하다.공기를 유입하고 배출시키는 팬을 감싸는 덕트를 플레넘(Plenum)이라고 부르는데 이 것이 팬을 감싸는 구조로 설계가 되어 있어 공기의 흐름에 방해를 덜 받게 된다. 코팅팬 내부에서는 미세한 스프레이를 작업시간 내내 분사하고 있기 때문에 공기의 흐름이 느리고 일정해야 스프레이가 방해받지 않고 타블렛 베드까지 도달할 수가 있다.

하이 코타는 옆면이 일부만 타공이 되어 있고 전면방향으로 공기가 유입되고 일부 타공된 부위를 통해서만 공기가 후면을 통해 배출이 된다.공기의 흐름이 연속적이지 않고 공기 흐름의 양이 적은 특징이 있다. 이 두 가지 차이점을 제외하면 나머지 시스템은 크게 다르지 않다.

 

AHU (Air Handling Unit)

공조유닛 혹은 AHU는 모터가 장착된 팬(Fan)을 통해 외부 공기를 끌어와 코팅기 드럼 내부로 공급해 주는 역할을 한다. 이때 공기는 AHU 내부의 여러 개의 필터를 지나면서 제약용으로 사용될 수 있는 수준으로 정화가 된다. 또한 공기는 AHU 내부에 설치된 열교환기(Heat Exchanger)를 지나면서 코팅에 필요한 온도로 가열되게 된다.공기는 온도에 따라 흡수 할 수 있는 수증기의 양이 다르기 때문에 적절한 온도로 가열하는 것이 필요한 것이다.

필요에 따라서는 제습코일(Dehumidification Coil)을 사용하여 공기 내의 습도를 추가적으로 낮추기도 하며 이 장치가 포함된 것을 특별히 제습기(Dehumidifier)라고 부른다. 습도가 높은 여름철과 겨울철의 습도차이가 제품에 영향을 준다면 제습기도 고려해 봐야 할 것이다.

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Dust Collector

집진기로 불리는 설비이며 모터와 팬으로 이루어진 블로워(Blower) 그리고 필터 하우징 (Filter Housing)으로 구성되어 있다. 코팅용액에서 에탄올을 용매로 사용한다면 활성탄 필터시설이 별도로 설치되어야 하고 정제수를 용매로 하는 수계코팅(Aqueous Film Coating)이라면 활성탄 시설이 필요가 없게 된다.

집진기는 코팅기 드럼 내부에서 발생하는 분진과 습기를 포함한 공기를 코팅드럼 외부로 배출해 내는 역할을 한다. 이때 생기는 압력 차이로 인해 자연스럽게 코팅기 내부로 건조한 공기를 끌어올 수 있는 조건을 만든다. 코팅드럼 밖으로 배출된 분진은 필터 하우징에서 걸러져 집진기 내부의 회수통에 모이게 되고 주기적으로 청소를 해주게 된다.

 

스프레이 시스템 (Spray System)

스프레이 시스템은 스프레이건(Spray Gun), 매니폴드(Manifold), 펌프, 액탱크로 구성이 된다. 스프레이건은 코팅기 드럼 내부에 설치가 되어 코팅 공정 내내 지속적으로 필름을 형성시키는 코팅솔루션을 분사해 주는 역할을 한다. 그림을 보면 코팅 스프레이로부터 분사된 코팅액의 용매성분이 증발되고 필름으로 남는 과정을 보여준다.

액탱크 내부에 장착된 임펠러는 코팅 내내 지속적으로 교반(Stirring)하여 코팅액을 일정한 점도로 유지시켜주는 역할을 한다. 필요에 따라 액탱크 외벽에 보온기능을 갖도록 물을 주입하여 히팅 시킬 수 있는 것도 있다. 코팅액 조제 시에는 항상 임펠러를 코팅액 수면 아래쪽으로 놓고 물결 회오리(Vortex)의 방향이 수면반대 방향으로 하는 것이 거품발생을 줄일 수 있기 때문에 임펠러의 위치 조절이 되는 것이 좋다.

스프레이 건은 스테인레스 재질의 바디에 4 포트(Port) 형태로 된 것을 주로 사용하는데 솔루션액과 나머지는 세 종류의 에어가 공급된다.AA(Atomizing Air), PA(Pattern Air), CA(Control Air)라고 불리는데 이중 AA는 코팅공정의 주요 변수 중 하나이어서 생산조건에 따라 관리해야 한다. PA는 코팅액 분사각도를 조절하는데 코팅 분사형태를 최적화 시키기 위해서는 AA와 함께 조절하여 최적치를 찾아야 한다.

사용하는 코팅액에 따라 그 밸런스가 달라지므로 여러 번의 테스트를 통해 검증된 세팅값으로 작업을 하면 좋을 것이다. 펌프는 과거 기어펌프(Geared), 다이아프램펌프(Diaphragm)가 사용되었지만 분해가 불가능한 구조라 청소가 불가능하므로 교차오염의 위험 때문에 GMP에 적합하지 않다. 지금은 연동식 펌프(Peristaltic)를 주로 사용하며 펌프의 부품이 직접 솔루션액에 접촉이 되지 않는 구조이다. 튜브만 교체함으로써 청소가 간편하고 오염 문제가 없게 된다.

 

코팅설비의 개발 방향

여기까지 코팅시스템의 이해를 돕기 위해 크게 4가지 나누어 기본적인 구성요소에 대해 기술했다. 현재의 코팅기는 자동 코팅기로서의 기능을 갖추고 있고  쉽게 제어할 수 있도록 편의성을 제공하고 있어 작업자가 더욱 편리하게 작업을 진행할 수 있ㄷ. 생명을 다루는 제약산업 특성상 편의성과 효율성 외에 추가적인 기능이 요구되고 있어서 코팅기도 이에 부응한 다양한 기술들이 개발되고 적용되고 있다.

자동 풍량 제어

코팅드럼 내부 특히 타블렛 베드(Bed)는 연속적으로 분사되는 코팅솔루션 액의 증발현상이 일어나는 곳으로써 여러 가지 중요한 공정의 포인트가 된다. 온도(Temperature), 풍량(Air Volume), 습도(Humidity)그리고 스프레이량(Spray rate)의 네 가지 요소가 상호 밸런스에 의해 코팅의 효율과 품질을 좌우한다. 이 중에서 풍량은 코팅 효율을 결정짓는 주요한 요인이기 때문에 코팅작업자가 계속 예의 주시하며 모니터링해야 하는 부분이었지만 보통 AHU와 집진기의 RPM을 설정하는 수준이었다. 코팅드럼 내부의 압력을 모니터링하여 이를 적절한 알고리즘을 적용하여  코팅기는 풍량의 밸런스를 제어하게 된다.

WIP 시스템

FDA 가이드 "Validation of Cleaning Procedures(7/93)"에 의해 일반오염은 물론 교차오염 방지는 중요한 요구사항이 되었지만 아직 많은 코팅시스템이 이를 만족하지 못하고 있다. WIP시스템이 이미 도입되었지만 코팅드럼의 복잡한 구조 때문에 세척이 되지 않는 부위가 많아 교차오염의 위험은 여전히 존재한다. 따라서 코팅팬 내부뿐만 아니라 코팅팬 외부도 세척이 될 수 있도록 코팅드럼의 구조나 WIP 분사 노즐들이 설치되어 있어야 하고 플래넘(Plenum)이나 배수구조 및 씰(Seal) 들이 세척에 편리하도록 개념적 설계가 되어 있어야 한다.

통합 스프레이건 매니폴드

스프레이 건은 복잡한 솔루션 공급호스와 에어공급 호스로 구성되어 있고 코팅용량이 커질수록 코팅드럼도 비례하여 대형화되므로 스프레이 건도 여러 개가 필요해진다. 이로 인해 호스들이 여러 개가 코팅드럼 내부로 연결이 되어야 하므로 이에 따른 세척 등의 관리가 어려워진다. 통합 매니폴드를 사용하면 복잡하게 연결된 에어 호스들을 매니폴드 내부로 설치하여 코팅팬 내부를 간단하게 정리할 수가 있다. 특히 에어라인에 적용되는 밸브들도 통합적인 제어가 가능하기 때문에 작업자는 작업 조건의 세팅을 더욱 쉽게 할 수가 있다.

로딩/언로딩 시스템

배치가 큰 코팅작업 로딩과 언로딩 시 많은 시간과 노동력이 소요되므로 이에 대한 장치가 개발되고 있다. 나정 상태의 타블렛은 충격에 의해 파손되거나 손상될 수 있기 때문에 이를 방지한 로딩장치의 설계가 필요하다. 언로딩 시에도 빠른 시간 안에 제품 손상 없이 배출될 수 있도록 코팅드럼 내부에 배출을 돕는 기구들이 설치된다. 

컨테인먼트(Containment) 시스템

항생제 나 항암제와 같은 고활성의 API를 포함하는 의약품을 생산하는 경우 이러한 성분의 작업자에 대한 노출은 물론 교차오염을 방지하기 위해 컨테인먼트 시스템이 코팅기에도 적용되고 있다. 제품을 완벽히 밀폐된 상태로 로딩하고 작업 완료 후에도 노출이 없이 특정 컨테이너에 이송시키는 기술들이 적용이 된다. 작업 도중에도 밀폐 시스템에 의해 코팅기 내부의 공기가 외부로 완벽히 밀폐될 수 있도록 하고 글로브 포트도 적용할 수 있도록 디자인되어 있다.