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 Hygienische Druckmessumformer für die biopharmazeutische Verarbeitung

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 Gewährleistung von Sterilität, Genauigkeit und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften in kritischen Produktionsumgebungen

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Hintergrund der Anwendung
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologien in den Bereichen biopharmazeutische Herstellung, Impfstoffproduktion, Zellkultur und mikrobielle Fermentation sind Bioreaktoren zu entscheidenden Produktionsanlagen geworden, die eine immer präzisere Prozesssteuerung erfordern. Während des Kultivierungsprozesses beeinflussen Parameter wie der Innendruck des Behälters, der Druck in den Zu- und Ableitungen sowie der Gasversorgungsdruck direkt die Zellwachstumsbedingungen, die Effizienz des Gas-Flüssigkeits-Austauschs und die allgemeine Prozessstabilität.
Das vorliegende Bioreaktorsystem wird hauptsächlich in der biopharmazeutischen Produktion eingesetzt. Durch aseptische Kultivierung und Stoffwechselreaktionen in den Kulturmedien ermöglicht es die großtechnische Herstellung der Zielprodukte. Aufgrund der strengen Anforderungen an Hygienestandards, aseptische Kontrolle und Prozessstabilität in der Bioproduktion müssen Druckmessgeräte nicht nur eine hohe Genauigkeit und langfristige Zuverlässigkeit bieten, sondern auch hygienische Einbauanforderungen erfüllen, um Kontaminationsrisiken zu minimieren.

Anforderungen an die Prozessmessung und Herausforderungen bei der Anwendung
Während des Bioreaktorbetriebs umfasst das Rohrleitungssystem in der Regel mehrere Prozesse, darunter den Transfer von Kulturmedien, die Luft-/Sauerstoffzufuhr, die Abgasableitung sowie die CIP-/SIP-Reinigung und -Sterilisation. Die Echtzeit-Drucküberwachung hilft dabei, den Betriebszustand des Systems zu ermitteln, den Gasversorgungsdruck zu regulieren und einen sicheren Betrieb innerhalb des vorgesehenen Druckbereichs zu gewährleisten.
Zu den wichtigsten Herausforderungen bei dieser Anwendung gehören:

1. Hohe Hygieneanforderungen zur Vermeidung von Kontaminationsrisiken
Biologische Kultivierungsprozesse erfordern extrem saubere Betriebsumgebungen. Die medienberührten Teile von Druckmessgeräten, die mit Prozessmedien oder Rohrleitungen in Kontakt kommen, müssen eine hervorragende hygienische Leistung aufweisen, Toträume und Materialrückstände minimieren und gleichzeitig häufige Reinigungs- und Sterilisationsverfahren unterstützen.

2. Erhebliche Temperaturschwankungen während der Reinigung und Sterilisation
Bioreaktoren durchlaufen in der Regel CIP- (Clean-in-Place) und SIP- (Sterilization-in-Place) Prozesse. Während dieser Verfahren können die Anlagen einer Hochtemperatur-Dampfsterilisation, schnellen Aufheiz- und Abkühlzyklen sowie anderen anspruchsvollen Bedingungen ausgesetzt sein, was höhere Anforderungen an die Dichtungsleistung, die Temperaturbeständigkeit und die langfristige Zuverlässigkeit von Druckmessumformern stellt.

3. Präzise Reaktion auf geringe Druckschwankungen
Während der Zellkultivierung wird der Druck im Tank in der Regel in einem relativ engen Bereich gehalten. Geringe Druckschwankungen können jedoch die Effizienz des Gasaustauschs und die Kultivierungsbedingungen beeinträchtigen. Daher muss das Druckmessgerät eine hohe Empfindlichkeit und eine stabile Ausgangsleistung aufweisen.

Lösung
Um die Anforderungen an die Drucküberwachung des Bioreaktors und des Rohrleitungssystems zu erfüllen, wird der hygienische Druckmessumformer LEEG SMP858 an kritischen Druckmessstellen installiert.
Der SMP858 vereint fortschrittliche Drucksensorik mit einem hygienischen Konstruktionsdesign. Er kann an Gaseinlassleitungen, Zirkulationsleitungen und Prozesstransferleitungen des Bioreaktors installiert werden, um Druckänderungen in Echtzeit zu überwachen.
Was die Konstruktion betrifft, verfügt der Messumformer über eine vollständig versiegelte, geschweißte Struktur der medienberührten Teile, wodurch das Risiko von Medienrückständen wirksam verringert wird. Der hygienische Prozessanschluss unterstützt gängige Klemmverbindungsmethoden, wie sie in der biopharmazeutischen Industrie verwendet werden, und ermöglicht so eine bequeme Installation, Demontage und Wartung bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen an saubere Prozessrohrleitungssysteme.
Zudem zeichnet sich der SMP858 durch eine hervorragende Temperaturkompensation aus, die auch bei Temperaturschwankungen in Kultivierungsprozessen und Sterilisationszyklen für ein stabiles Messergebnis sorgt und somit eine zuverlässige Datengrundlage für automatisierte Prozessleitsysteme bietet.

Anwendungskonfiguration des Produkts
Anwendungsgeräte:
Bioreaktor-/Fermentationsbehälter-System

Überwachungsstellen:
• Drucküberwachung der Prozessrohrleitungen im Bioreaktor
• Drucküberwachung der Gasversorgungsleitungen
• Drucküberwachung der Zirkulations- und Transferleitungen
• Drucküberwachung der Abgas- und Restgasbehandlungsleitungen

Eingesetztes Produkt:
SMP858 Hygienischer Druckmessumformer
Hauptmerkmale:

• Hygienisches Design, geeignet für saubere Prozessumgebungen
• Hochstabile Druckmessung für den Dauerbetrieb
• Mehrere hygienische Prozessanschlussoptionen verfügbar
• Vollständig versiegelte Schweißkonstruktion zur Verringerung des Risikos von Medienrückständen
• Unterstützt 4–20-mA- und HART-Kommunikationssignale
• Geeignet für Druckmessanwendungen in der biopharmazeutischen Industrie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Fermentationsindustrie

Anwendungsergebnisse
Durch den Einbau des hygienischen Druckmessumformers SMP858 kann das Bioreaktorsystem eine kontinuierliche Überwachung kritischer Druckparameter gewährleisten und Echtzeitdaten an das Leitsystem zur automatisierten Prozessanpassung übertragen.
Während der Kultivierung können Bediener die Gaszufuhr, die Rührbedingungen und die Abluftsteuerungsparameter entsprechend den Druckschwankungen anpassen und so die Prozesssteuerbarkeit verbessern. Gleichzeitig trägt eine stabile und zuverlässige Druckmessung dazu bei, abnormale Schwankungen zu reduzieren und die Konsistenz der Produktion von Charge zu Charge zu verbessern.
Diese Lösung bietet einen hygienischen Ansatz zur Drucküberwachung für Bioreaktorsysteme und kann in der biopharmazeutischen Fertigung, der Impfstoffproduktion, der Zellkultur, der Fermentationstechnik und anderen Prozessanlagen breit eingesetzt werden, wodurch sie eine zuverlässige Datengrundlage für die intelligente Produktion und fortschrittliche Prozesssteuerung liefert.