Como melhorar a eficiência do sistema de deslizamento de bioprocessos: principais alavancas de engenharia

O que define a eficiência do sistema skid de bioprocessos?

A eficiência do sistema de skid de bioprocesso é a relação entre a energia útil e o tempo de processo entregue à cultura versus a entrada total de energia e o tempo de relógio consumido pelo skid. Um skid que transfere calor rapidamente, mantém a temperatura com precisão e retorna ao serviço após a limpeza no menor tempo possível é eficiente tanto em termos de energia quanto de cronograma.

As quatro variáveis que dominam os resultados são:

• Taxa de transferência de calor: o valor U e a área superficial efetiva dos trocadores no circuito
• Resposta do controle de temperatura: tempo morto, overshoot e comportamento de recuperação de loop
• Volume de sustentação e pernas mortas: drenabilidade e retenção de produto
• Tempo de limpeza e esterilização: tempo CIP e SIP entre lotes

Aumente a taxa de transferência de calor no serviço de processo

Para a maioria dos serviços biofarmacêuticos, o ganho de eficiência mensurável mais rápido vem do aumento do coeficiente de transferência de calor do trocador que realmente entra em contato com o fluido do processo. A camada limite entre o fluido e a parede de transferência de calor controla a rapidez com que a energia se move e, nas baixas taxas de fluxo típicas dos circuitos laterais do biorreator, a tubulação de grande diâmetro geralmente funciona de forma laminar.

Shiloc aborda isso com o trocador de calor capilar sanitário , um projeto com pequenos canais que forçam o fluxo turbulento mesmo em baixos números de Reynolds. A escolha da geometria correta depende do serviço:

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• Trocadores capilares: diâmetros de canal de 1 a 6 mm, retenção de 0,3 L, turbulentos em baixa vazão
• Trocadores de chapa dupla DTS: barreira mecânica dupla para isolamento de utilidades
• Trocadores tubo-a-tubo sanitários: fluxo em contracorrente e simples inspeção visual

Aperte o controle de temperatura para reduzir o excesso

A precisão do controle de temperatura é a segunda alavanca de eficiência porque define a rapidez com que a cultura atinge o ponto de ajuste e quanto tempo o controlador gasta corrigindo o excesso. Um trocador de calor pode fornecer energia, mas apenas uma malha de controle decide para onde vai essa energia.

O unidade de controle de temperatura de precisão (TCU) para biofarmacêutica usa controle em cascata: um circuito interno rápido na temperatura de serviço e um circuito externo mais lento na temperatura do biorreator. Essa arquitetura elimina o tempo morto e mantém o processo em uma faixa estreita em torno do ponto de ajuste.

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• Controle em cascata com resposta de loop interno abaixo de 2 segundos
• Coletor de válvula proporcional com mistura quente e fria de banda morta zero
• Rampas programadas de pré-aquecimento e resfriamento que evitam choque térmico
• Balanceamento de fluxo quando uma TCU alimenta vários biorreatores

Consolidar as operações unitárias em um skid integrado

Um skid de bioprocesso integrado elimina o volume da tubulação, as pernas mortas e a perda de transferência que os componentes independentes separados criam. A integração encurta o tempo do processo e os ciclos de limpeza porque o caminho de energia entre a concessionária e o biorreator torna-se mais curto e totalmente úmido.

Shiloc unidades inteligentes de skid de transferência de calor para bioprocessos combine aquecimento, resfriamento, controle de temperatura e distribuição de serviços públicos em um pacote testado em fábrica. A abordagem de engenharia é descrita mais detalhadamente em nosso artigo sobre design moderno de skid integrado a bioprocessos .

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Design para facilidade de limpeza e entrega rápida de CIP

O tempo de resposta CIP e SIP geralmente excede o tempo do processo produtivo, portanto, cada minuto economizado na limpeza melhora diretamente a eficiência geral do deslizamento. A capacidade de limpeza é uma propriedade do projeto, não um procedimento de limpeza: tubulação inclinada, zero pernas mortas e conexões higiênicas determinam a rapidez com que um skid pode ser verificado como limpo e colocado novamente em serviço.

• Incline todas as linhas para drenos de ponto baixo na ASME BPE recomendado 1/8 polegada por pé
• Mantenha o comprimento da perna morta abaixo de 1,5 diâmetros de tubo
• Use trocadores de barreira mecânica dupla para isolar a água da rede pública do fluido do processo
• Adicione instrumentos de condutividade, temperatura e fluxo para comprovar o ponto final CIP
• Seque com ar estéril ou vácuo para reduzir o volume residual abaixo de 1 por cento

Quando as metas de eficiência não forem atingidas, execute uma auditoria em quatro etapas no skid existente:

1. Auditoria hidráulica: meça a vazão e a queda de pressão de cada trocador de calor
2. Ormal mapping: log supply and return temperatures during every phase
3. Estudo do temporizador CIP: documente as durações de drenagem, enxágue e resfriamento
4. Ajuste de automação: ajuste atrasos de intertravamento e ganhos de loop PID

Acompanhe os KPIs que movimentam a economia do lote

A instrumentação em tempo real converte um skid bem projetado em um ativo autocorretivo, porque a sequência de melhoria depende de saber o que o skid realmente faz. As leituras de vazão, temperatura, pressão e condutividade em cada ciclo permitem que os operadores comparem lotes e detectem incrustações antes que elas se tornem uma falha.

Melhorar a eficiência do sistema de deslizamento de bioprocessos significa selecionar equipamentos que sejam turbulentos, rápidos, integrados, limpáveis ​​e mensuráveis. Shiloc (Xangai) Industrial Trading Co., Ltd. fornece esses pacotes projetados e pode comparar seu ciclo atual com os KPIs acima. Entre em contato com a equipe de engenharia de processos da Shiloc com suas taxas de fluxo, propriedades de fluidos e dados de queda de pressão existentes.