Optimierung von Bioreaktor-Prozessen mit Durchflussregelung

In Bioreaktoren finden empfindliche Prozesse zur Vermehrung biologischer Materialien statt. Diese Prozesse enthalten wertvolle Substanzen, manchmal sogar über den eigentlichen Wert hinaus, da sie ein wichtiger Schritt in der Entwicklung eines neuen Impfstoffs oder einer neuen Behandlung sein können.

Unsere Verpflichtung gegenüber unseren Kunden in der Biotech-Industrie ist, stabilen und reproduzierbaren Durchfluss für Bioreaktoren zu gewährleisten.

Für diesen Blog haben wir unseren Produktmanager Vincent Hengeveld zum Gebrauch von Massendurchflussreglern zur zuverlässigen und reproduzierbaren Gasdosierung befragt. "Als Zuverlässigkeit bezeichnet man die Eigenschaft, sich darauf verlassen zu können, dass eine Person das tut, was von ihr verlangt oder benötigt wird" (Definition laut Oxford Dictionary). Vincent erläutert, warum unserer Massendurchflussregler zuverlässig sind.

Warum wir unserer Instrumente als 'zuverlässig' auszeichnen?

Unsere Massendurchflussregler nutzen rosbuste Sensoren und Ventile, haben stabile Elektrokomponenten und Firmware und zeichnen sich durch eine exzellente MTBF (Mean Time Between Failure, nach IEC 61508) aus.

Hinzu kommt eine durchgehende Nachverfolgbarkeit aller eingesetzten Komponenten und eine durch ein Kalibrierzertifikat ausgewiesene Genauigkeit, welche Ihren Bio-Prozess höchst zuverlässig macht.

Können Sie erläutern, was hohe Genauigkeit bedeutet und warum dieser Aspekt für unsere Kunden in der Biotech-Industrie ein wichtiges Entscheidungskriterium ist?

Laden Sie das 'Bronkhorst MTBF Statement' herunter

Wie wird der Gasdurchfluss geregelt?

Für diese Anwendungen bietet Bronkhorst Massendurchflussregler an, die auf zuverlässiger und genauer kapillarer Bypass- und Ventiltechnik basieren. Der dynamische Durchflussbereich liegt bei bis zu 1:1000 und kann für sowohl niedrige als auch hohe Durchflussmengen im Wachstumsprozess sorgen.

Massendurchflussregler mit kapillarer Bypasstechnik haben einen eingebauten rohrförmigen Durchflusssensor, der parallel zum Hauptströmungsweg verläuft. Der Gasdurchfluss wird zwischen Durchflusssensor und Hauptströmungsweg geteilt. Diese Technologie ermöglicht eine zuverlässige und genaue Durchflussmessung und -regelung für alle verwendeten Gase.

Wie wird der Gasdurchfluss geregelt?

Durchflusssensor, der in der kapillaren Bypasstechnik verwendet wird

Warum ist eine genaue Gasdurchflussregelung notwendig?

Optimale Genauigkeit und Verhältnisse werden benötigt, damit der biologische Stoff unter den richtigen Umgebungsbedingungen wachsen kann. Im Verlauf einer Bioreaktorkampagne wächst ein biologischer Stoff mit der Zeit; die Durchflussmenge, die für dieses Wachstum benötigt wird, steigt allmählich an. Dafür werden sowohl niedrige als auch hohe Gasdurchflussmengen benötigt.

Das Prinzip der Bypass-Technologie

Nur ein Teil des Gasstroms fließt durch den Sensor und wird dabei von zwei Heizelementen erhitzt (RHT1 und RHT2). Der Gasstrom, der durch den Durchflusssensor fließt, verhält sich proportional zum Gesamtdurchfluss durch das Gerät. Da die Temperatur im Sensor homogen verteilt ist, sind nur die Durchflussmenge, die Dichte und die Wärmekapazität des Gases für das Durchflussausgangssignal entscheidend (Q, ρ, Cp).

Langfristige Zuverlässigkeit – MTBF-Wert

Mit der mittleren störungsfreien Zeit (MTBF) werden Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Produkten gemessen. Der MTBF-Wert gibt an, wie lange ein Gerät zwischen zwei Störungen oder Ausfällen voraussichtlich in Betrieb ist. Es gibt verschiedene Methoden, um den MTBF-Wert zu berechnen. In unserer Branche wird üblicherweise die Norm IEC 61508 verwendet, die auf der Komponentendatenbank von Exida basiert. Mit einer MTBF-Bewertung, von über 130 Jahren, für die wichtigsten Produktlinien der Biotech-Industrie ist Bronkhorst Marktführer.

Einfache Vor-Ort-Kalibrierung

Unser Konversionsmodel und unsere kostenfreien Software-Tools machen eine vereinfachte Kalibrierung und Justierung mit Stickstoff oder Luft möglich. Damit kann eine durchgehend hohe Präzision der Geräte gewährleistet werden, wie die im Kalibrierzertifikat dokumentiert ist welches dem Massendurchflussregler beim Kauf beiliegt.

Intelligente Durchflussregler für Bioreaktorprozesse

Insbesondere bei Bio-Prozessen, wenn mit wertvollen Substanzen gearbeitet wird, kommt es auf ein gutes Monitoring des Prozesses an, um die Prozesskontinuität zu überwachen. In diesem Zusammenhang sind diverse Parameter & Diagnosen von Bedeutung:

Messung der Geräteinnentemperatur und Erfassung von Temperaturschwankungen zur Verbesserung der Produktqualität.
„Response Alarm“ zur Überwachung, ob der Durchflussregler den Sollwert erreicht und innerhalb der festgelegten Grenzen bleibt. Ausserdem ist es hilfreich, wenn man darauf hingewiesen wird, falls der Eingangsdruck zu niedrig ist, weil eine Gasflasche fast leer ist oder sich Hindernisse im System befinden.
„Power-up Alarm“ und „Function to Return“: Nach einem Stromausfall kann der Prozess unmittelbar beim letzten Sollwert fortgesetzt werden.
„Measure & Valve out“: Wenn Sie die Werte dieser Parameter im Laufe der Zeit vergleichen, können Sie feststellen, ob sich im System etwas verändert hat. Z.B. eine Schwankung beim Eingangsdruck, eine Verstopfung oder Abnutzung von Komponenten. In diesen Fällen empfehlen wir eine Wartung.