Wie Zweischraubenpumpen die vollständige Entleerbarkeit bei sterilen Fermentationsprozessen gewährleisten

Am Ende einer Fermentationscharge ist das Ablassen des Produkts aus dem Behälter nur ein Teil der Aufgabe. Die Transferleitung, die Pumpe, die Ventile und die nachgeschalteten Geräte müssen ebenfalls geräumt werden, bevor das System in die Reinigung übergeht.

Hier wird die Entleerbarkeit zu einem praktischen Ausrüstungsproblem und nicht nur zu einer Spezifikation auf einem Datenblatt. Wenn Produkt in Taschen innerhalb der Transferstrecke verbleibt, hat der nächste Reinigungszyklus mehr Material zu entfernen. In der sterilen Verarbeitung kann dies den Wechsel anspruchsvoller machen und dem Design jedes produktberührenden Bauteils eine größere Bedeutung verleihen.

Eine hygienische Zweischraubenpumpe kann in diesen Teil des Fermentationssystems integriert werden, wobei der interne Strömungsweg, der Produktaustrag, der Rückwärtsbetrieb und der CIP/SIP-Zyklus gemeinsam betrachtet werden.

Das Ende der Charge ist der Punkt, an dem die Entleerbarkeit getestet wird

Während der Produktion wird von der Pumpe in erster Linie erwartet, dass sie Fermentationsmedium oder Prozessflüssigkeit mit der erforderlichen Rate fördert. Sobald die Charge beendet ist, ändern sich die Prioritäten.

Das verbleibende Produkt muss die Transferstrecke verlassen, bevor die Reinigung beginnt. Eine kleine Menge zurückgehaltenen Materials kann besonders relevant sein, wenn die nächste Charge eine andere Rezeptur verwendet oder wenn der Fermentationsprozess eine strenge Hygieneüberwachung zwischen den Zyklen erfordert.

Für die Pumpe selbst bedeutet dies, unnötige Aussparungen oder Totbereiche im produktberührenden Durchgang zu vermeiden. Die SLGP ist mit einem Strömungsdurchgang ohne tote Ecken konstruiert, was der Pumpe eine Struktur verleiht, die den Produktaustrag und die anschließende Reinigung unterstützt.

Das ist ein Grund, warum die Entleerbarkeit bereits bei der Auswahl der Pumpe berücksichtigt werden sollte – nicht erst als nachträglicher Einfall, sobald der Rest des Fermentationssystems bereits ausgelegt ist.

Was in der Pumpe während des Transfers passiert

Die SLGP ist nicht darauf angewiesen, dass ein Laufrad die Flüssigkeit nach außen schleudert. Zwei Schrauben rotieren in der Pumpenkammer und bilden geschlossene Hohlräume, die das Produkt kontinuierlich von der Saugseite zur Druckseite fördern.

Die Schrauben berühren das Pumpengehäuse nicht. Infolgedessen kommt es während des Normalbetriebs zu keinem Metall-auf-Metall-Kontakt zwischen den rotierenden Schrauben und dem Gehäuse.

Für Fermentationsanlagen bietet diese Anordnung einen kontinuierlichen Verdrängermechanismus, während der interne Strömungsweg für den Reinigungszyklus offen bleibt. Dieselben produktberührenden Oberflächen, die während der Produktion genutzt werden, können anschließend dem Reinigungsmedium ausgesetzt werden.

Der Unterschied ist wichtig: Entleerbarkeit bedeutet nicht einfach, wie schnell eine Pumpe Flüssigkeit fördern kann. Es geht auch darum, was in der Pumpe zurückbleibt, wenn die normale Produktförderung beendet ist.

Entleeren der Transferstrecke vor der Reinigung

Ein Fermentationssystem endet selten am Pumpenauslass. Die Pumpe kann den Fermenter mit Lagertanks, Filtrationsanlagen, Abfüllanlagen oder einer anderen Verarbeitungsstufe verbinden.

Wenn die Produktförderung abgeschlossen ist, kann ein Teil des Materials in der angeschlossenen Leitung verbleiben. Die Möglichkeit, die Pumpe umzukehren, kann eine weitere Option für den Umgang mit diesem Restprodukt bieten.

Die SLGP unterstützt den Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb durch Änderung der Wellendrehung. Die Förderrichtung kann daher geändert werden, ohne die Pumpe selbst zu modifizieren.

Abhängig von der Rohrleitungsanordnung kann der Rückwärtsbetrieb in Produktrückgewinnungs- oder Leitungsentleerungsverfahren integriert werden. Die Pumpe kann Material zurück zu einem bestimmten Behälter fördern, anstatt den letzten Abschnitt der Transferstrecke vollständig der Schwerkraft zu überlassen.

Dies ist besonders nützlich bei der Auslegung einer kompletten Fermentationsanlage, da die reversible Funktion der Pumpe zusammen mit der Führung der Prozessrohrleitungen berücksichtigt werden kann.

Eine Pumpe, die im Reinigungskreislauf bleibt

Sobald das Produkt entfernt wurde, geht das System in die Reinigung über. Eine separate CIP-Pumpe wird in herkömmlichen Anordnungen oft verwendet, aber das bedeutet auch zusätzliche Rohrleitungen, Ventile, Installationsraum und Geräteschnittstellen.

Die SLGP kann sowohl für die Produktförderung als auch für die CIP/SIP-Zirkulation verwendet werden. Wo es das Prozesslayout zulässt, kann dieselbe Pumpe im Reinigungskreislauf verbleiben, anstatt umgangen zu werden.

Das Reinigungsmedium passiert die internen Strömungsdurchgänge der Pumpe, einschließlich der Bereiche, die mit dem Fermentationsprodukt in Kontakt waren. Dies gibt dem Anlagenkonstrukteur eine einfachere Möglichkeit, die Pumpe in den gesamten Reinigungsweg zu integrieren.

Die SLGP ist für Reinigungstemperaturen bis zu 140 °C ausgelegt und kann Medientemperaturen bis zu 130 °C verarbeiten. Die anwendbaren Temperaturgrenzen sollten stets zusammen mit der gewählten Dichtungsanordnung und den tatsächlichen Prozessbedingungen berücksichtigt werden.

Warum eine Konstruktion ohne tote Ecken wichtig ist

Der Ausdruck „leicht zu reinigen“ wird in Gerätebeschreibungen oft allgemein verwendet. Für ein Fermentationssystem ist die nützlichere Frage, was mit den produktberührenden Oberflächen passiert, wenn die Reinigung beginnt.

Der interne Strömungsdurchgang der SLGP hat keine toten Ecken. Dies reduziert die Anzahl der geometrischen Bereiche, in denen Produkt vom normalen Strömungsweg isoliert bleiben kann.

Das bedeutet nicht, dass die Pumpe allein die vollständige Entleerung einer gesamten Anlage garantiert. Rohrleitungsorientierung, Ventilausführung, Anschlüsse, Tankauslässe und die Position der Ausrüstung beeinflussen alle das Endergebnis.

Vielmehr sollte die Pumpe als ein Teil eines entleerbaren produktberührenden Systems behandelt werden. Ihre interne Geometrie muss mit dem Rest der Anlage zusammenarbeiten und nicht dagegen wirken.

Reinigung und Produktion in derselben Ausrüstung halten

Eine weitere Überlegung ist der Betriebsbereich, der von einer Pumpe verlangt wird, die sowohl Produktions- als auch Reinigungsaufgaben übernimmt.

Während des Fermentationstransfers kann die erforderliche Drehzahl relativ niedrig sein oder sich je nach Prozessstufe ändern. Während der Reinigung können die Betriebsbedingungen anders sein.

Die SLGP bietet einen Drehzahlbereich von 100 bis 3.600 U/min. Verschiedene Pumpengehäuse- und Schraubengrößen sind ebenfalls erhältlich, sodass die Pumpenkonfiguration an den vorgesehenen Einsatz angepasst werden kann.

Dies gibt dem Anlagenkonstrukteur mehr Freiheit, eine Pumpe über verschiedene Prozessstufen hinweg zu verwenden, anstatt die Produktionsförderung und die Reinigung als vollständig getrennte Ausrüstungsfunktionen zu behandeln.

Die Pumpe kann auch mit verschiedenen Wellendichtungskonfigurationen geliefert werden, einschließlich einfacher Gleitringdichtungen, doppelter Gleitringdichtungen, Gummiwellendichtungen und Stopfbuchspackungen, je nach Anwendung.

Vom Fermenterauslass zu einer sauberen Prozessleitung

Eine entleerbare Pumpe ist nur dann sinnvoll, wenn die umgebende Ausrüstung demselben Prinzip folgt.

Zum Beispiel kann ein Fermentationssystem einen Behälterauslass, eine Transferpumpe, Ventile, Bögen, Probenahmestellen und nachgeschaltete Geräte umfassen. Jede dieser Komponenten kann beeinflussen, wie viel Produkt nach der Charge zurückbleibt.

Aus diesem Grund sollte die Pumpe mit Blick auf die gesamte Transferstrecke positioniert und angeschlossen werden. Ziel ist es, dem Produkt einen klaren Weg aus dem Prozess zu geben und dem Reinigungsmedium anschließend Zugang zu derselben produktberührenden Strecke zu verschaffen.

Die SLGP unterstützt diesen Ansatz durch ihren tot-ecken-freien Strömungsdurchgang, die reversible Förderrichtung und die Fähigkeit zur Teilnahme an der CIP/SIP-Zirkulation.

Eine praktische Designüberlegung für den Chargenwechsel

Für sterile Fermentationsanlagen hat die Entleerbarkeit einen direkten Zusammenhang mit dem, was zwischen den Chargen passiert.

Ein gut ausgelegtes System sollte sich nicht darauf verlassen, dass der Reinigungszyklus eine unnötige Produktrückhaltung kompensiert. Zunächst sollte das Produkt so vollständig wie möglich aus dem System abgelassen werden, wie es das gesamte Anlagenlayout erlaubt. Die verbleibenden produktberührenden Oberflächen können dann dem geplanten Reinigungs- und Sterilisationsverfahren ausgesetzt werden.

Aus diesem Grund sollte die Pumpenauswahl zusammen mit der Prozessrohrleitung und der Reinigungsstrategie getroffen werden. Nur auf Durchflussrate oder Druck zu achten, kann einen wichtigen Teil des täglichen Betriebs der Ausrüstung übersehen.

Die hygienische Zweischraubenpumpe bietet mehrere Funktionen, die diesen Ansatz unterstützen: einen tot-ecken-freien Strömungsdurchgang, berührungslose Schrauben, reversiblen Betrieb, einstellbare Drehzahl und Eignung für CIP/SIP-Zirkulation.

Für sterile Fermentationssysteme sind diese Eigenschaften am nützlichsten, wenn sie von Anfang an in das Anlagenlayout integriert werden. Die Pumpe schafft die Entleerbarkeit nicht von selbst; vielmehr wird sie Teil eines Transfersystems, das darauf ausgelegt ist, die Prozessleitung für die nächste Charge mit so wenig zurückgehaltenem Produkt wie praktikabel zu entleeren, zu reinigen und vorzubereiten.