Waarom roterende lobbenpompen met een laag toerental essentieel zijn voor bio-manufacturing

In de bio-manufacturing bevindt vloeistofoverdracht zich tussen vele bewerkingen die een biologisch product zijn uiteindelijke kenmerken geven. Kweekmedia moeten de bioreactor bereiken, fermentatiebouillon moet het productievat verlaten, tussenproducten bewegen door downstream processing, en geformuleerde producten bereiken uiteindelijk vul- of opslagapparatuur. Het materiaal verandert onderweg, dus de pomptaak verandert mee.

Daarom kan de pompcapaciteit niet worden losgekoppeld van het proces zelf. Een overdrachtspomp voor een bio-manufacturinglijn moet de toestand van het materiaal in een bepaalde fase accommoderen en tegelijkertijd natuurlijk passen in de omringende tanks, leidingen, filtratie-, formulatie- en regelsystemen.

Roterende lobbenpompen met een laag toerental bieden een manier om aan deze vereiste te voldoen. Hun waarde ligt niet alleen in het feit dat ze langzaam kunnen werken. Het is dat positieve verplaatsingspompen, instelbare bedrijfssnelheden en hygiënische constructie kunnen worden geïntegreerd in een processysteem waar gecontroleerd materiaaltransport vereist is.

Upstream Processing begint met gecontroleerd materiaaltransport

Voordat een biologisch product downstream zuivering of formulering bereikt, heeft het fabricageproces al verschillende materiaalbehandelingsstadia doorlopen.

Mediabericht kan water, voedingsstoffen, suikers of andere ingrediënten omvatten die naar een bereidings- of fermentatievat moeten worden overgebracht. Zodra de biologische groei of fermentatie begint, wordt de processtroom aanzienlijk anders dan de oorspronkelijke formulering. De bouillon kan cellen, biologische vaste stoffen en andere componenten bevatten die tijdens het proces zijn gegenereerd.

Op dit punt verplaatst de pomp niet langer alleen een ingrediënt. Het verwerkt een biologische processtroom waarvan de kenmerken worden bepaald door de stroomopwaartse bewerking.

Een roterende lobbenpomp kan positieve verplaatsingsoverdracht tussen procesvaten bieden, terwijl de bedrijfssnelheid kan worden aangepast aan de werkelijke productievereisten. Dit maakt het mogelijk om pompen te beschouwen als onderdeel van het stroomopwaartse proces, in plaats van als een nutsvoorziening met een vaste capaciteit.

Oogstoverdracht markeert een verandering in pomptaak

De overgang van fermentatie naar downstream processing is bijzonder belangrijk.

Zodra het gewenste biologische materiaal is geproduceerd, moet de bouillon mogelijk worden overgebracht naar scheiding, klaring, filtratie of andere downstream bewerkingen. De ontvangende apparatuur kan een bepaalde verwerkingscapaciteit hebben, wat betekent dat het simpelweg overbrengen van de bouillon met de hoogst mogelijke snelheid niet noodzakelijk nuttig is.

Een gecontroleerd pomptempo maakt het mogelijk om de overdrachtsfase af te stemmen op wat er daarna komt.

Dit is een reden waarom een lage snelheid praktische waarde heeft. Door het toerental te verlagen wanneer de procesomstandigheden dit vereisen, kan de pomp een meer afgemeten producttoevoer leveren. Frequentieregeling kan de pompbewerking verder koppelen aan de vereisten van downstream apparatuur.

De pomp wordt daarmee onderdeel van de relatie tussen twee proceseenheden: het stroomopwaartse vat bepaalt wat er beschikbaar is, terwijl de stroomafwaartse unit bepaalt hoe snel dat materiaal moet worden geaccepteerd.

Concentratie verandert het karakter van de processtroom

Downstream processing kan het fysieke gedrag van een biologisch product progressief veranderen.

Na klaring of scheiding kan een tussenproduct concentratie- of formuleringsstappen ondergaan die het vaste-stofgehalte verhogen. Een product dat in een eerder stadium relatief eenvoudig te verplaatsen was, kan later aanzienlijk viskeuzer worden.

Dit is waar een positieve verplaatsingspomp bijzonder nuttig wordt. Roterende lobbenpompen zijn niet afhankelijk van dezelfde hogesnelheidswaaierwerking die gewoonlijk wordt geassocieerd met centrifugaalpompen. Hun verplaatsingsmechanisme maakt het mogelijk om viskeuze producten over te brengen terwijl het pomptoerental kan worden aangepast aan het proces.

De geleverde pompserie dekt viscositeiten van ongeveer 0,2 tot 100.000 cP en debieten van ongeveer 0,15 tot 127 ton per uur, afhankelijk van het model en de bedrijfsomstandigheden. Deze cijfers geven het bereik van de apparatuur weer, niet een universele bedrijfsaanbeveling. De werkelijke taak komt van het specifieke biologische materiaal en de procesfase waarin de pomp is geïnstalleerd.

De pomp moet de procesarchitectuur volgen

Een bio-manufacturinglijn bestaat normaal gesproken uit verbonden proceseenheden in plaats van onafhankelijke machines. Tanks, hygiënische leidingen, filtratieapparatuur, formuleringsvaten, overdrachtssystemen en vulapparatuur moeten samenwerken.

Dit maakt de fysieke opstelling van de pomp belangrijk.

De TRA-roterende lobbenpomp gebruikt een geïntegreerde koppelingsstructuur die is ontwikkeld op basis van het traditionele split TR-ontwerp. De totale lengte kan worden verminderd met ongeveer 100 tot 250 mm, wat zorgt voor een compactere opstelling in het productiegebied.

Dat verschil kan nuttig worden wanneer meerdere proceseenheden in een beperkte ruimte moeten worden geplaatst. De roestvrijstalen buitenafwerking is ook geschikt voor apparatuurruimtes waar een schoon en consistent hygiënisch uiterlijk vereist is.

De geïntegreerde aandrijfopstelling vermindert de verliezen, het geluid en de slijtage die gepaard gaan met de elastische koppeling die in de traditionele configuratie wordt gebruikt. In een continu werkend productiesysteem worden deze mechanische details onderdeel van de totale apparatuuropstelling, niet alleen individuele pompspecificaties.

Verschillende procesfasen kunnen verschillende pompconfiguraties vereisen

Er is geen reden om voor elk overdrachtspunt in een biologische productielijn exact dezelfde configuratie te gebruiken.

Een vaste pomp kan geschikt zijn waar de apparatuur permanent is aangesloten op een specifiek vat. Een mobiele configuratie kan meer zin hebben waar één pompeenheid verschillende productieposities moet bedienen.

Voor materialen met een hoge viscositeit of slechte vloei-eigenschappen biedt de geleverde trechtergevoede configuratie een andere benadering. De pomp kan worden uitgerust met een toevoertrechter voor materialen die niet gemakkelijk in een conventionele zuigleiding stromen.

Deze opties zijn met name relevant wanneer een bio-manufacturingfaciliteit verschillende formuleringen verwerkt of de productieopstelling tussen batches wijzigt. De pomp kan worden geconfigureerd rond de proceslay-out, in plaats van het proces te dwingen zich aan te passen aan een enkele apparatuuropstelling.

Hygiënische engineering reikt verder dan de pomphuis

Het hygiënische karakter van een bioprocessysteem hangt af van het volledige productcontactpad.

Voor de geleverde lobbenpomp kan 304 of 316L roestvrij staal worden geselecteerd voor het pomphuis, afhankelijk van de toepassing. Enkel- of dubbele mechanische afdichtingen zijn beschikbaar, met opties waaronder hardmetaal, siliciumcarbide, grafiet en keramiek. O-ringmaterialen kunnen FKM, siliconen, EPDM, PTFE en NBR omvatten.

Aansluitingen kunnen ook worden afgestemd op de omringende hygiënische leidingen, waaronder klem-, flens-, schroefdraad-, DIN-hygiënische en gelaste verbindingen.

De productserie draagt CE- en 3-A-certificeringsinformatie. In een daadwerkelijke bio-manufacturinginstallatie moet de volledige apparaatconfiguratie echter nog steeds overeenkomen met de GMP-procedures van de fabrikant, de reinigingsstrategie, de validatievereisten en de proces-specifieke specificaties.

Van individuele pomp tot bio-manufacturingoplossing

Het belang van een roterende lobbenpomp met een laag toerental wordt duidelijker wanneer deze over de volledige productieroute wordt bekeken.

Het kan gecontroleerd transport rond mediabericht en fermentatie ondersteunen, een afgemeten overdracht bieden tijdens de oogst, veranderende omstandigheden in downstream processing accommoderen en formulatie- of opslagapparatuur verbinden met latere productiefasen.

De technische vraag is daarom niet simpelweg of een pomp een bepaalde biologische vloeistof kan verplaatsen. Het is of de pomp een betrouwbare schakel kan worden tussen de proceseenheden eromheen.

Voor bio-manufacturing betekent dat het combineren van passende snelheidsregeling met hygiënische materialen, geschikte afdichting, praktische installatie en een configuratie die past bij de fysieke productie lay-out. In deze rol is een roterende lobbenpomp niet slechts een transportmachine. Het wordt een van de verbindende elementen die ervoor zorgen dat een compleet biologisch verwerkingssysteem als een geïntegreerd proces kan werken.