Ganzheitliche Transferlösungen für die Biofermentation basierend auf der Scheibenpumpentechnologie

In industriellen Bioprozessen und großtechnischen Fermentationsanlagen muss mechanische Ausrüstung innerhalb kontinuierlicher, geschlossener Produktionsumgebungen zuverlässig funktionieren. Der Flüssigkeitstransport ist nicht bloß eine Aufgabe des Mediums von einem Behälter in einen anderen zu bewegen; er stellt vielmehr einen integrierten Prozessparameter dar, der unmittelbar die gesamte Chargenausbeute, die Effizienz der nachgeschalteten Reinigung sowie die Anlagenverfügbarkeit bestimmt. Herkömmliche Verarbeitungslinien mit fragmentierten Pumpentechnologien leiden häufig unter Produktscherschäden, Systemverstopfungen, Ventilverschmutzungen und unregelmäßigen Druckpulsationen.

Um diese Schwachstellen zu beheben, setzen Ingenieurteams zunehmend schlüsselfertige Ganzheitliche Transferlösungen für die Biofermentation basierend auf der Scheibenpumpentechnologie ein. Durch die Kombination der einzigartigen scherfreien laminaren Eigenschaften des axialen Flachflügelpumpen-Laufrads mit fortschrittlichen automatisierten Steuerungsskids bietet diese integrierte Lösung eine umfassende, durchgängige Fluidhandhabung über den gesamten biofermentativen Lebenszyklus – von der Rohsubstratvorbereitung bis zur endgültigen nachgeschalteten Konzentration.

Systembezogene Herausforderungen in der Fermentationsinfrastruktur

Die Konstruktion einer zuverlässigen Fluidhandhabungsarchitektur für eine moderne Biofermentationsanlage erfordert die Berücksichtigung mehrphasiger, sich wandelnder Materialeigenschaften. Während einer einzigen Produktionskampagne müssen die Transfersysteme einer Anlage drei deutlich voneinander abweichende, hochgradig anspruchsvolle Prozessflüssigkeiten bewältigen:

Vor-Fermentations-Suspensionen: Rohstoffe bestehen häufig aus hochviskosen Stärkelösungen, nicht raffinierten Zuckerbrühen sowie Nährmedien-Matrizen mit abrasiven suspendierten Feststoffen oder harten Partikeln. Diese Komponenten verursachen eine rasche Flächenabnutzung mechanischer Dichtungen und erosive Abtragung konventioneller Laufradprofile.

Während-Fermentations-Brühen: Innerhalb des Bioreaktors müssen aktive Zellmassen, filamentöse Myzelien oder scherempfindliche Kulturen kontinuierlich zirkuliert oder über Filtrationsskids transferiert werden. Hochgeschwindigkeitspumpeneinwirkung in dieser Phase zerstört die lebende Biomasse und führt zu Chargenstagnation.

Nach-Fermentations-Ausgänge: Die Rohentnahme enthält eine dichte Mischung aus ausgelesenen Getreideresten, biologischen Rückständen, Zielproteinen sowie eingeschlossenen Prozessgasen oder Antischaummitteln, die in herkömmlichen Infrastrukturen häufig zu Luftbindungen (Gaslock) und schweren Verstopfungen führen.

Wenn unkoordinierte, nicht optimierte Pumpen in diesen einzelnen Prozessstufen miteinander kombiniert werden, resultiert das Fehlen hydraulischer Harmonie in häufigen ungeplanten Wartungseinsätzen, hohem Ersatzteilverbrauch sowie inkonsistenten Strömungsdynamiken, die automatisierte Regelkreise destabilisieren.

Vereinfachung des Produktionslebenszyklus: Die integrierte Scheibenpumpen-Lösung

Eine integrierte Transfersystemarchitektur auf Basis der axialen Flachflügelpumpentechnologie löst diese systemischen Probleme, indem sie ein einheitliches, anpassungsfähiges hydraulisches Profil bereitstellt, das variable Fluidviskositäten, hohen Gasgehalt und hohe Feststoffbelastung ohne mechanische Nachjustierung bewältigt.

Upstream-Rohstoffvorbereitung und Medientransfer-Skids

Während der initialen Chargenvorbereitung müssen Rohzutaten und abrasive Nährstoffe gemischt und in Sterilisationssysteme transferiert werden. Das integrierte Scheibenpumpensystem nutzt Grenzschichtreibung statt physischer Impaktwirkung, um das Fluid zu fördern. Da eine schützende Fluidschicht an den glatten Scheiben haftet und synchron mit dem Laufrad rotiert, gleiten abrasive Körner, Kristalle und feste Pulver parallel zu den inneren Oberflächen durch das Pumpengehäuse. Diese Fluid-Dynamik eliminiert Aufprallerosion und gewährleistet, dass Upstream-Transferskids kontinuierlich ohne strukturelle Vertiefungen oder Laufraddegradation betrieben werden können.

Schonende Mid-Process-Ernte- und Zirkulationssysteme

Beim Transfer aktiver Kulturen von Saatbehältern in Hauptfermenter oder bei der Beschickung kontinuierlicher Trennschleifen ist der Erhalt der zellulären Strukturintegrität entscheidend. Unsere integrierten Skids nutzen niedrigdrehzahlfähige, frequenzvariable Antriebe (VFDs) in Kombination mit Scheibenlaufrädern, um ein vollständig scherfreies laminäres Strömungsprofil aufrechtzuerhalten. Das System verhindert die Entstehung von Mikroturbulenzen und Hochgeschwindigkeits-Reibungszonen, sodass lebende Zellen das Rohrleitungssystem passieren, ohne Zellruptur oder strukturelle Deformation zu erleiden. Diese Bewahrung der Biomasse führt unmittelbar zu vorhersagbaren metabolischen Raten und optimierten Produktausbeuten.

Verstopfungsfreie nachgeschaltete Abfall- und Schlammabfuhr

Die post-harvest-Extraktion erfordert das Handling schwerer, viskoser Bodensätze, ganzer Zellpasten und dicker Restschlämme, die herkömmliche Lappen- oder Progressivkavitätenpumpen typischerweise zum Stillstand bringen oder vorzeitig verschleißen lassen. Das offene Kanaldesign des axialen Flachflügelpumpen-Laufrads ermöglicht es, große feste Aggregate, lange fadenförmige Fasern und dicke chemische Schlämme ungehindert durchzulassen. Das integrierte System bewältigt Mehrphasenflüssigkeiten mit über 70 % eingeschlossenem Luftanteil oder Prozessgasen, ohne die Saugfähigkeit zu verlieren oder Kavitationsvibrationen zu erzeugen, was eine vollständige Tankentleerung und reibungslose Abfallrückgewinnung garantiert.

Technische Individualisierung und modulare Skid-Integration

Unsere integrierten Biofermentations-Transfersysteme sind als modulare Plug-and-Play-Skids konstruiert, die für den direkten Einbau in bestehende Anlagetopologien oder neue Greenfield-Projekte ausgelegt sind. Jedes System lässt sich individuell konfigurieren, um spezielle prozesstechnische Anforderungen zu erfüllen:

• Automatisierte Durchfluss- und Druckregelung: Integrierte Instrumentierungssuiten umfassen elektromagnetische Durchflussmesser, digitale Drucktransmitter sowie SPS-gesteuerte PID-Regelkreise, die automatisch die Pumpendrehzahl modulieren. Diese Konfiguration gewährleistet eine gleichmäßige, pulsationsfreie Förderung, die empfindliche nachgeschaltete Membranen, Ventile und Wärmeaustauscher vor thermischem oder hydraulischem Schock schützt.
• Komplette CIP/SIP-Prozessoptimierung: Die Innengeometrie unserer Scheibenpumpenaggregate weist keine Toträume, keine mechanischen Reibungszonen und keine engen Spalte auf. Die Skids sind vollständig für automatisierte Clean-in-Place-(CIP)- und Sterilize-in-Place-(SIP)-Zyklen optimiert, sodass Hochgeschwindigkeits-Reinigungsmittel und gesättigter Dampf das gesamte System gründlich spülen und die Einhaltung strenger internationaler GMP- und FDA-Vorgaben sicherstellen.
• Hochwertige Metallurgie und Oberflächenbehandlungen: Um die strengen Anforderungen der pharmazeutischen und fortgeschrittenen biologischen Produktion zu erfüllen, werden Pumpengehäuse und Scheibenkomponenten aus hochwertigem geschmiedetem Edelstahl SS316L gefertigt; optional steht Elektropolitur zur Verfügung, um eine Oberflächenrauheit unter Ra 0.4 μm zu erreichen.