Bioreaktorové technológie

Bioreaktorové technológie: Ako môžete vylepšiť reguláciu prietoku plynu?

V posledných rokoch rastie dopyt po spoľahlivých, opakovateľných a flexibilných systémoch dodávky plynu pre bioreaktory. Je to kvôli čoraz náročnejším, kritickejším a chúlostivejším procesom v biopriemysle, kde už nie sú vhodné plavákové prietokomery. Hmotnostné regulátory prietoku plynu tento proces zlepšujú.

V tomto článku vám ukážeme, že implementácia moderného riešenia ‹plug-and-play› je pomerne jednoduchá s modulárnym systémom Vögtlin, v súlade s vašimi potrebami, požiadavkami a rozpočtom.

Bioreaktor Techfors-S (s dovolením spoločnosti Infors AG) vybavený inteligentným hmotnostným regulátorom prietoku red-y.

„V spoločnosti Infors sa snažíme poskytovať vysoko pokročilé riešenia v oblasti bioprocesov založené na spoľahlivom hardvéri, inteligentných riadiacich systémoch a inovatívnom softvéri pre platformu bioprocesov, aby sme našim zákazníkom poskytli maximálnu hodnotu. Hmotnostné regulátory prietoku Vögtlin dokonale zapadajú do tohto konceptu a umožňujú nám zákazníkom poskytovať riešenia pre presné riadenie pO2 za všetkých okolností. Preto s potešením odporúčame Vögtlin všetkým našim zákazníkom. »
Dirk Hebel, produktový manažér pre bioreaktory, Infors AG

Ako príklad môže byť správna dodávka kyslíka do bioprocesu. Metabolizmus mikroorganizmov závisí od koncentrácie rozpusteného kyslíka, takže je potrebná presné riadenie. Preto sa musí koncentrácia kyslíka podľa potreby znížiť alebo zvýšiť buď pridaním dusíka alebo kyslíka.

Ďalšou dôležitou premennou je hodnota pH. V prípade mikrobiálnych bioprocesov sa to robí pridaním kvapalných kyselín a zásad. Na druhej strane pri bunkových kultúrach sa používajú iba tekuté zásady. Kvapalná kyselina môže poškodiť bunky, takže namiesto kvapalnej kyseliny sa používa CO2. Existuje mnoho rôznych bioreaktorových procesov a každý má svoj špecifický dôvod na použitie plynov, ale všetky majú spoločné to, že regulácia prietoku plynov zohráva dôležitú úlohu a nesmie byť v procese podceňovaná. Plyn je potrebné merať a regulovať spoľahlivo a bezpečne.

Tradične sa tieto prietoky plynu regulovali pomocou manuálnych plavákových prietokomerov s integrovanými ventilmi. Teraz však používatelia chcú automatizovať svoj proces. Niektoré náročnejšie procesy tiež vyžadujú vyšší výkon (hlavne opakovateľnosť). Kvôli týmto požiadavkám často dostávame požiadavku na modernizáciu starších systémov dodávok plynu založených na plavákových prietokomeroch na moderné automatizované riadenie prietoku s týmto lepším výkonom.

Prečo je plavákový prietokomer menej vhodný?

Plavákový prietokomer nemá žiadny výstupný signál a nie sú vhodné na automatizáciu vášho procesu. Sú mimoriadne citlivé na zmeny tlaku a teploty, malá zmena spôsobuje relatívnu veľkú chybu v zobrazovanom hmotnostnom prietoku. Táto neistota spôsobuje, že váš proces nie je opakovateľný. Hmotnostný regulátor meria skutočnú hmotnosť, nezávislú od tlaku a teploty, a neustále poskytuje preddefinovaný hmotnostný tok.

Autor: Paul de Waal, Business Development Director, Vögtlin.

Paul má 30-ročnú prax v oblasti tepelného hmotnostného prietoku. Otázky, názory alebo podnety posielajte na p.dewaal@voegtlin.com

Návrh kompletného systému dodávky plynov:

Systém riadenia plynu, expandovateľný podľa požiadaviek výroby

Vögtlin ponúka všetky druhy upgrade modulov pre bioreaktory, špeciálne prispôsobených pre vašu aplikáciu. Systémy, vďaka ktorým je váš systém opakovateľný, stály a nezávislý od vonkajších vplyvov, ako sú zmeny tlaku a teploty. Nižšie je uvedený príklad najpoužívanejšieho riešenia. Ak potrebujete návrh pre vaše konkrétne potreby, pošlite nám vaše požiadavky my vám bezplatne navrhneme vhodný systém.

Riešenia regulácie plynov

Vögtlin dodáva kompletné riešenia na miešanie plynov pomocou regulátorov hmotnostného prietoku vrátane všetkých požadovaných pripojovacích možností vstupu a výstupu, ktoré sa dajú priamo pripojiť k vášmu reaktoru. Do týchto súprav môžeme voliteľne integrovať všetky druhy príslušenstva, ako sú tlakové senzory, spätný ventil, vstupné filtre, uzatváracie ventily atď .: Plug-and-play riešenie.

Použitými materiálmi môže byť ekonomické riešenie s eloxovaným hliníkom alebo certifikovaná nerezová oceľ, vhodná pre potravinárstvo. Dostupné sú i zostavy s krytím IP67 alebo Ex.

Väčšina zákazníkov uprednostňuje ponechať si svoj plavákový prietokomer v rozvode plynu pre vizuálne potvrdenie prietoku. Pokiaľ je na vstupe dostatočný tlak, nie je to problém. Medzi regulátorom prietoku a rotametrom môžu byť značné rozdiely, najmä pri variabilnom tlaku plynu. Kvôli necitlivosti na tlak a teplotu bude regulátor hmotnostného prietoku vždy presnejší ako rotameter.

Káblové prepoje

Po vyšpecifikovaní mechanickej časti môžeme vytvoriť káblový systém pre ovládanie a napájanie vašich regulátorov prietoku. Môžete použiť i vlastné káble (zástrčky D9), ale alternatívne má Vögtlin modulárny systém, pomocou ktorého rýchlo a jednoducho vybudujete kompletný káblový systém. Systém je vhodný pre analógové a digitálne riadenie.

V zobrazenom príklade sú použité nasledujúce káble:

Toto je len jedna z mnohých možností nášho káblového systému, ďalšie dostupné systémy sú napr. Profibus, alebo rozhranie Ethernet.

Možnosti regulácie prietoku plynov

Existuje niekoľko metód na reguláciu prietoku plynu a zmenu nastavení:
• Manuálne nastavenie
• Ovládacia skrinka
• Štandardný softvér
• Analógová regulácia
• Digitálna regulácia

Manuálne nastavenie: Ak sa rozhodnete pre integrovaný displeji a tlačidla požadovaných hodnôt, môžete pomocou tlačidiel nastaviť požadovaný prietok na samotných MFC.

Toto riešenie je možné pridať do väčšiny ostatných riadiacich systémov v prípade, že potrebujete záložný systém v prípade zlyhania hlavného systému alebo ak chcete mať jednoduchý spôsob, ako prepísať systém.

Ovládacia skrinka: Ovládacia skrinka Vögtlin ponúka integrovaný zdroj napájania a farebnú dotykovú obrazovku, ktorá nielenže dáva individuálne nastavené hodnoty, ale má aj funkcie ako integrovaný systém riadenia pomeru jednotlivých plynov a ukladanie vopred definovaných receptov. K jednej skrinke PCU-10 môžete pripojiť až 10 prístrojov.

Štandardný softvér: Po zapojení káblov a pripojení konektora USB k počítaču môžete ovládať a konfigurovať všetky pripojené jednotky prostredníctvom nášho bezplatného softvéru. Všetky regulátory hmotnostného prietoku sú pripojené pomocou jedného USB pripojenia k počítaču. Po nainštalovaní softvéru môžete nastavovať a čítať prietoky a teploty, vytvárať zmesi a zaznamenávať všetky premenné, aby ste ich neskôr mohli skontrolovať v Exceli. V závislosti od vašej konkrétnej aplikácie môžete zmeniť rozsahy a plyny, pre ktoré je MFC vhodný, a optimalizovať ich prevádzku. K základnému programu existujú dva doplnky: jeden ponúka vyššie uvedený softvér na zber údajov a zmiešavanie plynov a druhý ponúka používateľom možnosť vlastnej kalibrácie prístrojov.

Analógová regulácia: Ak už máte PLC alebo riadiaci systém a používate analógové signály, môžete použiť štandardné analógové žiadané hodnoty a výstupné signály regulátora prietoku. Väčšina druhov analógových signálov je k dispozícii na prístrojoch smart (t.j. 0-5 Vdc, 4-20 mA, 0-10 Vdc atď.). Požadovaný analógový signál sa dá nastaviť pomocou vyššie uvedeného bezplatného softvéru.

Digitálna regulácia: Ak už máte regulačný systém, napríklad zabudovaný počítač alebo PLC, môžete digitálne komunikovať s regulátormi hmotnostného prietoku. Štandardne používame najbežnejšie používanú sériovú komunikáciu Modbus. Možnosťou je i komunikácia Profibus.

Dodávame niekoľko príkladov programovania ovládačov (napr. v LabVIEW ™) a dôkladnú príručku digitálnej komunikácie, aby implementácia bola hračka. Ak potrebujete podporu, naši softvéroví špecialisti vám radi pomôžu.

Digitálna komunikácia má tiež tú výhodu, že môžete sledovať a používať ďalšie premenné. Napríklad sa môžete pozrieť na zaťaženie ventilu. Ak sa vstupný tlak zníži (napr. z dôvodu úniku plynu alebo prázdnej tlakovej fľaše) alebo ak dôjde k prerušeniu prietoku plynu, záťaž ventilu sa zmení a môže sa aktivovať alarm skôr, ako nastane kritická situácia.