Компоненты для фармацевтической промышленности и биотехнологии

Компоненты для фармацевтической промышленности и биотехнологии

Харри Йост, технический руководитель/коммерческий директор NEUMO GmbH+CO.KG (Ноймо ГмбХ+Со.КГ)

Вопрос гигиены технологического производства в пищевой и фармацевтической промышленности был и остается весьма актуальной темой. Но само понятие «гигиена» значительно изменилось. Уже в древние времена человек стремился производить свои продукты питания, избегая большого количества   микроорганизмов, для улучшения их срока хранения.

Процессы ферментации являются сегодня основополагающими принципами любого современного фармацевтического производства и производства продуктов питания. Используемые в настоящее время типы клеток и бактерий требуют соблюдения измененных, существенно более высоких стандартов чистоты, предъявляемых к промышленному оборудованию.

Период мойки подобного оборудования оказывает существенное влияние на величину производственных расходов.

Безопасность работы промышленного оборудования во время контролируемых производственных процессов, при соблюдении наиболее возможного уровня чистоты и качества произведенных продуктов,   является наиважнейшим принципом любого производителя фармацевтической продукции.

Данная специальная статья посвящена компонентам промышленного оборудования, используемым в фармацевтической промышленности, биотехнологии и пищевой промышленности.

Автор пишет на основании повседневного опыта и отказывается от научных комментариев, однако ссылается на соответствующие предписания.

Успех монтажа стерилизационной техники в значительной степени зависит от следующих факторов: материалов, оборудования для сварки, поверхностей и дизайна, применяемых компонентов (труб, соединений трубопровода, клапанов, теплообменников).

Любая система хороша лишь в той степени, в какой хорошо ее самое слабое звено !!!

В этом   сообщении мы расскажем о практическом применении трубопроводных соединений и местах сопряжения в трубопроводах, ферментерах и биореакторах.

Соединения трубопроводов всегда были в производстве промышленного оборудования непростой темой. В определенных точках трубопровода необходимо применять определенные усилия, прочно удерживающие и уплотняющие необходимые для соединения детали.

В пищевой промышленности в течение многих лет применялись профильные или плоские уплотнения. Но они имеют недостаток, заключающийся в невозможности достижения постоянного уровня прессования уплотнения из-за отсутствия металлического упора. Уплотнение или сильно натягивается, или слишком сильно сжимается. Следствием этого является повреждение уплотнения, в худшем случае - даже отслаивание в продукт или появление неопределенных   трещин и застойных зон за уплотнением.

Также и при зажимном соединении, например ДИН 32676, существует опасность механического перенапряжения уплотнения.

Уже в 1990 году   европейские предприятия стремились создать асептические уплотняющие прокладки для труб. Возникло много заводских стандартов, но пока еще не было получено   никаких, зависящих от производителя, решений. В начале 1990 года,   как следствие проблем, связанных с мойкой фармацевтического оборудования, были разработаны первые гигиенические соединения. А спустя 10 лет на рынке были пущены в продажу различные виды соединений с разнообразными конструктивными признаками.

К сожалению, за эти 10 лет ни один стандарт не был разработан настолько, чтобы можно было говорить о лидерстве на рынке и техническом превосходстве.

Одновременно с появлением многих специфических решений отдельных предприятий, Комитет по нормам и стандартам, состоящий из членов – европейских производителей компонентов и пользователей, предпринимает попытку письменно зафиксировать единообразие в отношении исполнения фланцев, резьбовых соединений и зажимов.

Действующая на сегодняшний день норма ДИН 11864 содержит данные признаки в форме двух различных эластомерных исполнений (уплотнительного кольца круглого сечения и фасонного уплотнения).

В начале 2000 года было разработано стерилизационное соединение под названием «BioConnect», сочетающее в себе многие особенности соединений с эластомерным уплотнением.

Стерилизационное соединение «BioConnect» имеет такую конструкцию, что силы, действующие на уплотнительное кольцо круглого сечения в месте сопряжения со средой, образуют надежный барьер против проникновения загрязнений.

На обратной стороне запатентованной детали сделана небольшая расширительная камера, принимающая излишний объем уплотнительного кольца круглого сечения при нагревании.

Возвратное загрязнение и лифтовый эффект в зоне уплотнительного кольца круглого сечения фактически и бесспорно исключены.

Это было доказано и подтверждено различными независимыми учреждениями, проводившими тестирование, и, прежде всего, пользователями. Соединение «BioConnect» имеет все значимые международные допуски, среди которых также допуск Европейской группы по проектированию гигиенического оборудования (EHEDG).

Стерилизационное соединение «BioConnect» в настоящее время во всем мире исключительно широко применяется в фармацевтической промышленности, биотехнологии и технике, предназначенной для пищевой промышленности, и пользуется большой популярностью.

Его использование распространяется не только на соединения трубопроводов, но также и на клапана, теплообменники, емкости, ферментеры, реакторы и т.д. Соединение «BioConnect» имеет допуск на использование типа фланца и резьбового соединения Союза работников технического надзора (ФРГ). Одновременно предлагается стерилизационный высоконапорный вариант диаметром до Ду 40 в имеющем допуск исполнении по давлению до 100 бар.

Стандартное уплотнительное кольцо круглого сечения EPDM изготовлено из этилен-пропилен-диен-метилена, допущенного Управлением по качеству продуктов питания и лекарственным препаратам, но в любое время возможно также   применение всех эластомерных материалов. Соединение предлагается в следующем стандарте - материал 1.4435 и 316L в исполнениях малого фланца, резьбового соединения и зажима в соответствии норме -   от Ду 6 до Ду 200 (в специальных случаях в виде фланца - до Ду 700). Возможны поставки таких специальных материалов,   как например, 1.4539, хастеллой, аллой 59 или Al6XN.

В сборнике правил Американского общества инженеров-механиков (ASME-BPE) 2005 «Европейский гигиенический фитинг» определенно схематически изображен и зарегистрирован с комментарием «рекомендовано». К сожалению, так же как и у любого другого соединения с эластомерным уплотнением, из-за ограничений максимально допустимой тепловой и химической нагрузки, эластомер является его слабым местом. Сфера применения ограничена и будет ограничиваться диапазоном рабочих температур и термическими сменными циклами. Такие материалы, как Калрез, часто, с точки зрения, цены не имеют альтернативы.

Одновременно с соединением «BioConnect»   была форсирована новая революционная разработка, представляющая собой решение без использования эластомера. Цель разработки была, если возможно, совсем отказаться от эластомеров.

Уже в 2001 году был разработан уплотнительный контур, который позволил совершенно отказаться от «изолятора» между обеими половинами фланца.

Впервые готовое стерилизационно-техническое   соединение трубопроводов «ConnectS»   было выпущено на рынок в начале 2002 года и широко применяется во многих критических ситуациях.

Очень точно разработанный запатентованный врезной контур с двойным S-образным отводом   гарантирует оптимальную степень стерильности, высокую эксплуатационную надежность и отсутствие термических ограничений. Непосредственно сам уплотнительный контур «малая S» защищен от внешних повреждений с помощью предвключенного «контура S». Линия касания между выступающим и уступающим фланцем рассчитана так, что она выступает не более, чем на 0,003 мм из проводящего среду отсека. Степень уплотнения высококачественной стали рассчитана таким образом, что коэффициент прочности не превышает Rp 0,2. Таким образом, соединение все время передвигается в эластичной зоне высококачественной стали.

Соединение можно в любой момент открыть и закрыть, не оказывая при этом влияния на его функциональность.

Соединение   «ConnectS»   используется во всех тех случаях, когда лучше всего «забыть» о соединении трубопроводов, то есть там, где имеются двусторчатые крышки, привязки к стене, одним словом - везде, где   трудно заменять уплотнения.

Соединения «ConnectS»   не должны применяться для шланговых присоединений, так как очень высока восприимчивость к повреждениям на этих участках.

Асептическое соединение с металлическим уплотнением не выносит нарушенных уплотнительных контуров, а напротив, имеет преимущество мгновенного распознавания поврежденных уплотнительных контуров и не заполнится из-за наличия эластомеров опасной в бактериологическом отношении средой.

Металлический упор также обязателен, как и наличие допуска на использование конструкции Союза работников технического надзора, а также различные бактериологические исследования, проводимые исследовательскими институтами и пользователями.

Вполне достаточно соблюдения необходимой точности во время использования или монтажа соединения, проводимых в соответствии с принципами прокладки трубопроводов. Уклоны до 0,3 мм соединения без труда выдерживают благодаря сильному завинчиванию.

В прошлые годы исследованием соединения   «Connect S»   занимались многие институты, например, институт во Фрауенхофе, Технический университет в Мюнхене/ Европейская группа по проектированию гигиенического оборудования, и оно было оценено как безупречное.

На каждой стадии тестирования были получены прекрасные результаты исследований о наличии осадка и трещин.

В настоящее время в стадии подготовки находится проведение исследований в области устойчивости в условиях пониженного давления и вакуума.

Места состыковки приборов для измерения давления, температуры и уровня жидкости в трубопроводе всегда представляли собой непростой вопрос, так как здесь, так же как и в технике трубопроводных соединений, в системе в целом могут возникать значительные проблемы, связанные с очисткой.

Значительно более длительные, чем это было запланировано, периоды мойки являются часто результатом принятия не тщательно продуманных решений. В пищевой промышленности в большинстве случаев промышленные муфты применяются с резьбой Витворта. Это немыслимо в современных системах по причине отсутствия определенных условий на участке использования ввертываемой детали резьбы. Часто применяются несколько отбортованные тройники, к которым непосредственно приваривается какой-либо тип соединения, например, зажимной патрубок. В таких случаях обязательно надо учитывать застойную зону на участке тройника. Сборник правил ВОЗ по организации производства и контроля качества лекарственных средств также дает на этот случай очень хорошие рекомендации.

Сборник правил Американского общества инженеров-механиков (ASME BPE) предусматривает различные решения, как, например, «Т-образный инструмент». Еще одна проблема, до сих пор не нашедшая своего оптимального решения, касается мест сопряжения с емкостями, ферментерами, реакторами и теплообменниками. Специальное место соединения должно быть также и для смотрового стекла. Производители измерительной техники и техники автоматического регулирования, а также производители стекла придают большое значение вопросам стандартизации оборудования с целью возможного ограничения спектра выпускаемых продуктов с точки зрения типов диаметра и места сопряжения.

В 2001 году была разработана система под товарным названием   «BioControl». Эта система была создана в виде системы стандартных модулей и очень хорошо поддается очистке.

Система «BioControl»   предлагается в 4 различных видах диаметров для мест состыковки. Данную систему можно применять в трубопроводах, а также в качестве встроенной с корпусными конструкциями с патрубками различных размеров. Одновременно можно использовать имеющее заводской стандарт место сопряжения «BioControl 25 или 50 или 65 или 80», в таком же исполнении - для присоединения к емкостям, ферментерам, реакторам и теплообменникам. То есть проектировщик нуждается лишь в выборе варианта места сопряжения в системе в целом, и он может заказать у производителей измерительной техники устройство сопряжения «BioControl», с   учетом всевозможных требований. Сопряжение с емкостями и ферментерами выполнено в виде блочного фланца. Здесь необходимо обратить внимание на то, что для различных размеров толщины стенок емкостей предлагаются специальные решения блочных фланцев, например, с буртом. Квалификация сварщиков, работающих у производителя емкостей, является решающим фактором возможного появления поводки, вызванной сваркой в зоне места сопряжения. Производитель «BioControl»   охотно поможет с инструкцией по сварке и даст рекомендации в отношении применяемого блочного фланца.

Предлагается блочный фланец и встроенный корпус, изготовленные из материала   1.4435 (316L). Возможны все другие специфические материалы, вплоть до титана. Предложенные стандартные поверхности имеют Ra<0,8:м, электрополированные. Все ведущие производители контрольно-измерительных приборов и техники автоматического управления, как например, Endress und Hauser, WIKA, Siemens, Fisher Rosemount, Vega и др. имеют в своей программе системы «BioControl». Система «BioControl» в ближайшем будущем будет также предлагаться без использования эластомера под названием «BioControlCS» .

Сегодня как и в будущем при проектировании и производстве любого фармацевтического оборудования находит свое применение опыт успешных, уже реализованных проектов.

Для каждого компонента в отдельности имеются самые разнообразные возможности решения. Решающим фактором является принцип:   какой стандарт в какой части оборудования я буду использовать. Естественно уровень постановки проблемы часто определяется качеством, но вместе с тем и стоимостью принимаемого решения.

Многие эксперты придерживаются единого мнения о том, что хорошие решения   не должны быть неизбежно дорогостоящими. Диапазон нормированных конструктивных элементов, при сохраняемом качестве, будет становиться   все более дешевым по стоимости, так что такие критические области, как, например, техника соединений трубопроводов, клапанов и т. д. будет иметь больше средств в своем распоряжении. Производители уплотнений должны будут дальше развивать состав своих продуктов, в частности, относительно химической и термической устойчивости уплотнений, а следовательно и механической нагрузки.

Вследствие повышающихся температурных показателей процесса стерилизации в фармацевтической промышленности стандартными станут и найдут доступ в пищевую промышленность продукты, не содержащие эластомер.

Стерилизационная техника часто представляет собой сочетание знаний, достойных изучения сведений, опыта и обучения.

Подобные обзоры должны и могут способствовать тому, чтобы до начала планирования установки любого оборудования, проводились специальные беседы с возможными поставщиками. Возможность использования конструктивных элементов, как раз в период «дефицита материала и практики применения добавок к сплавам», имеет огромное непосредственное влияние на расходы по содержанию машин и оборудования.

Решающим остается принцип: «Лучшее качество по доступной цене».

BioConnect, BioControl и ConnectS являются зарегистрированными словесными товарными знаками фирмы NEUMO GmbH+Co.KG, Книттлинген.

BioConnect и ConnectS запатентованы во многих странах.