Por que as bombas lobulares de baixa velocidade são essenciais para a biofabricação

Na biofabricação, a transferência de fluidos está entre muitas das operações que conferem a um produto biológico suas características finais. O meio de cultura deve chegar ao biorreator, o caldo de fermentação precisa sair do vaso de produção, os intermediários se movem através do processamento downstream, e os produtos formulados eventualmente alcançam os equipamentos de enchimento ou armazenamento. O material muda ao longo do caminho, então a função da bomba muda com ele.

É por isso que o desempenho da bomba não pode ser separado do próprio processo. Uma bomba de transferência para uma linha de biofabricação precisa acomodar a condição do material em um estágio específico, enquanto se encaixa naturalmente nos tanques, tubulações, filtração, formulação e equipamentos de controle ao seu redor.

As bombas de lóbulos rotativos de baixa velocidade oferecem uma maneira de abordar esse requisito. Seu valor não está simplesmente no fato de poderem operar lentamente. Está no fato de que o bombeamento por deslocamento positivo, a velocidade de operação ajustável e a construção sanitária podem ser incorporados a um sistema de processo onde se requer movimento controlado de material.

O Processamento Upstream Começa com o Movimento Controlado de Material

Antes de um produto biológico chegar à purificação ou formulação downstream, o processo de fabricação já passou por várias etapas de manuseio de material.

A preparação do meio pode envolver água, nutrientes, açúcares ou outros ingredientes que precisam ser transferidos para um vaso de preparação ou fermentação. Uma vez que o crescimento biológico ou a fermentação começa, a corrente de processo torna-se substancialmente diferente da formulação original. O caldo pode conter células, sólidos biológicos e outros componentes gerados durante o processo.

Neste ponto, a bomba não está mais simplesmente transferindo um ingrediente. Ela está lidando com uma corrente de processo biológico cujas características são determinadas pela operação upstream.

Uma bomba de lóbulos rotativos pode fornecer transferência por deslocamento positivo entre vasos de processo, permitindo que a velocidade de operação seja ajustada à necessidade real de produção. Isso torna possível tratar o bombeamento como parte do processo upstream, em vez de uma utilidade de capacidade fixa.

A Transferência de Colheita Marca uma Mudança na Função da Bomba

A transição da fermentação para o processamento downstream é particularmente importante.

Uma vez que o material biológico desejado tenha sido produzido, o caldo pode precisar ser transferido para operações downstream de separação, clarificação, filtração ou outras. O equipamento receptor pode ter uma capacidade de processamento definida, o que significa que simplesmente transferir o caldo na taxa mais alta possível não é necessariamente útil.

Uma taxa de bombeamento controlada permite que o estágio de transferência seja coordenado com o que vem a seguir.

Esta é uma razão pela qual a operação em baixa velocidade tem valor prático. Ao reduzir a velocidade rotacional quando as condições do processo exigem, a bomba pode fornecer uma alimentação de produto mais dosada. O controle de frequência variável pode conectar ainda mais a operação da bomba com os requisitos dos equipamentos downstream.

A bomba torna-se, portanto, parte da relação entre duas unidades de processo: o vaso upstream determina o que está disponível, enquanto a unidade downstream determina a rapidez com que esse material deve ser aceito.

A Concentração Muda o Caráter da Corrente de Processo

O processamento downstream pode progressivamente alterar o comportamento físico de um produto biológico.

Após a clarificação ou separação, um intermediário pode passar por etapas de concentração ou formulação que aumentam seu teor de sólidos. Um produto que era comparativamente fácil de transferir em um estágio inicial pode se tornar significativamente mais viscoso depois.

É aqui que uma bomba de deslocamento positivo se torna particularmente útil. As bombas de lóbulos rotativos não dependem da mesma ação de impulsor de alta velocidade comumente associada ao bombeamento centrífugo. Seu mecanismo de deslocamento permite que produtos viscosos sejam transferidos enquanto a velocidade da bomba pode ser ajustada para atender ao processo.

A série de bombas fornecida cobre viscosidades de aproximadamente 0,2 a 100.000 cP e capacidades de vazão de aproximadamente 0,15 a 127 toneladas por hora, dependendo do modelo e das condições de operação. Esses números fornecem a faixa do equipamento, e não uma recomendação universal de operação. A função real vem do material biológico específico e do estágio do processo no qual a bomba está instalada.

A Bomba Deve Seguir a Arquitetura do Processo

Uma linha de biofabricação é normalmente composta por unidades de processo conectadas, em vez de máquinas independentes. Tanques, tubulações sanitárias, equipamentos de filtração, vasos de formulação, sistemas de transferência e equipamentos de enchimento precisam trabalhar juntos.

Isso torna o arranjo físico da bomba importante.

A bomba de lóbulos rotativos TRA utiliza uma estrutura de acoplamento integrada desenvolvida a partir do projeto TR tradicional dividido. Seu comprimento total pode ser reduzido em aproximadamente 100 a 250 mm, criando um arranjo mais compacto dentro da área de produção.

Essa diferença pode se tornar útil quando várias unidades de processo precisam ser posicionadas em um espaço limitado. O acabamento externo em aço inoxidável também atende a áreas de equipamentos onde é necessária uma aparência sanitária limpa e consistente.

O arranjo de acionamento integrado reduz as perdas, o ruído e o desgaste associados ao acoplamento elástico usado na configuração tradicional. Em um sistema de produção de operação contínua, esses detalhes mecânicos tornam-se parte do arranjo geral do equipamento, em vez de meras especificações individuais da bomba.

Diferentes Estágios do Processo Podem Exigir Diferentes Configurações de Bomba

Não há razão para que todos os pontos de transferência em uma linha de produção biológica usem exatamente a mesma configuração.

Uma bomba fixa pode ser apropriada onde o equipamento permanece permanentemente conectado a um vaso dedicado. Uma configuração móvel pode fazer mais sentido onde uma unidade de bombeamento precisa servir a diferentes posições de produção.

Para materiais de alta viscosidade ou de baixa fluidez, a configuração fornecida com funil de alimentação oferece outra abordagem. A bomba pode ser equipada com um funil de entrada superior para materiais que não fluem facilmente para uma linha de sucção convencional.

Essas opções são particularmente relevantes quando uma instalação de biofabricação lida com diferentes formulações ou altera seu arranjo de produção entre lotes. A bomba pode ser configurada em torno do layout do processo, em vez de forçar o processo a se adaptar a um único arranjo de equipamento.

A Engenharia Higiênica se Estende Além do Corpo da Bomba

O caráter sanitário de um sistema de bioprocesso depende do caminho completo de contato com o produto.

Para a bomba de lóbulos fornecida, o aço inoxidável 304 ou 316L pode ser selecionado para o corpo da bomba de acordo com a aplicação. Selos mecânicos simples ou duplos estão disponíveis, com opções incluindo liga dura, carboneto de silício, grafite e cerâmica. Os materiais dos anéis de vedação podem incluir FKM, silicone, EPDM, PTFE e NBR.

Os arranjos de conexão também podem ser adaptados à tubulação sanitária circundante, incluindo conexões de grampo, flange, rosca, higiênicas DIN e soldadas.

A série de produtos possui informações de certificação CE e 3-A. Em uma instalação real de biofabricação, no entanto, a configuração completa do equipamento ainda precisa corresponder aos procedimentos de BPF do fabricante, à estratégia de limpeza, aos requisitos de validação e às especificações específicas do processo.

Da Bomba Individual à Solução de Biofabricação

A importância de uma bomba de lóbulos rotativos de baixa velocidade torna-se mais clara quando vista em toda a rota de produção.

Ela pode suportar o movimento controlado em torno da preparação do meio e fermentação, fornecer uma transferência dosada durante a colheita, acomodar as condições variáveis no processamento downstream e conectar equipamentos de formulação ou retenção com estágios posteriores da produção.

A questão de engenharia, portanto, não é simplesmente se uma bomba pode mover um determinado líquido biológico. É se a bomba pode se tornar um elo confiável entre as unidades de processo ao seu redor.

Para a biofabricação, isso significa combinar controle de velocidade apropriado com materiais sanitários, vedação adequada, instalação prática e uma configuração que se adapte ao layout físico de produção. Nessa função, uma bomba de lóbulos rotativos não é meramente uma máquina de transferência. Ela se torna um dos elementos de conexão que permite que um sistema completo de processamento biológico opere como um processo integrado.