ما هي المفاعلات الحيوية المخصصة؟ الهندسة، غلاف التصميم والتسليم

 ما هو المفاعل الحيوي المخصص، ومتى تحتاج العملية إلى واحد؟المفاعل الحيوي المخصص هو وعاء زراعة تم تصميمه وفقا لمواصفات متطلبات المستخدم المحددة بدلاً من اختيارها من كتالوج قياسي،مع كل متغير التصميم التي تم تعيينها من قبل العملية بدلاً من افتراضية المصنعالمتغيرات العشرة التي تحدد الغلاف هي حجم العمل ونسبة الجانب ونوع الدفع والعد، تصميم الجهاز، وتكوين المكافحة، سطح نقل الحرارة، وضغط التصميم ودرجة الحرارة،المادة والصفاء السطحيتصميم سفينة مخصصة يستغرق 6-10 أسابيع لتصميم معتمد والتصنيع والتجميعو اختبارات قبول المصنع تجلب إجمالي التسليم إلى 5-9 أشهر.

1متغيرات التصميم التي تدفع التخصيص

التخصيص ليس تزيينًا. أربعة متغيرات تمثل معظم الفرق في الأداء بين سفينة تلبي أهداف الدرجة والتي لا:

• الهندسة وقطار الدفع:نسبة الجوانب هي القرار الأول51: 1 إلى 2: 1 الوعاء يفضل نقل الكتلة الغازية السائلة لأنها تنتشر منطقة الشجاعة ويزيد من وقت إقامة الفقاقيع، في حين أن 3: 1 إلى 4:1 وعاء يفضل نقل الحرارة والمزج على شكل تدفق في المقابس للحساء اللزجة أو الخيطيةيلي اختيار الدفع: توربين روشتون شعاعي لديه عدد طاقة حوالي 5.0 ويتفوق في تشتيت الغاز ، والهيدروفيل المحوري لديه عدد طاقة 0.3-0.8 وتوفر مزيج السائبة في قشر منخفضمعظم الأوعية المخصصة تجمع بين الدفعة الشعاعية السفلية مع دفعة محورية واحدة أو اثنتين أعلى.
• تصميم التشتت الغازي و Sparger:عادةً ما يكون تقديم الأكسجين هو القيود المرتبطة. يعطي الـ kLa من 30-80 h-1 عند 0.5-1.0 vvm ، بينما ينتج الـ micro-sparger المختلط 0.5-50 μm الفقاقيع يرفع kLa إلى 100-250 h-1 في نفس تدفق الغاز لأن مساحة الواجهة تزداد بشكل حاد مع انخفاض قطر الفقاقيعالتكافؤ هو التلوث: ميكرو سبارجرز تمتلئ بالخلايا و مضاد الرغوةلذا فإن معظم حاويات الإنتاج تستخدم حلقة إشعال للصمود وتحقيق kLa من خلال إدخال طاقة أعلى وتخصيب الأكسجين إلى 40٪ O2 في غاز الإمداد.
• قدرة نقل الحرارة:يصل الحرارة الأيضية في ثقافة هوائية كثيفة إلى 15-40 كيلوواط لكل متر مكعب من حجم العمل ، ويمكن أن تتجاوز تفاعلات البوليمرة أو التحييد ذلك. نقل الحرارة هو Q = U·A·LMTD ،لذا يجب على المخصص إما زيادة المساحة أو زيادة Uيصل السترة العادية إلى 300-600 W / m2 · K ، يصل لفائف نصف الأنابيب إلى 600-900 ، ويصل السترة الصغيرة ذات التدفق المضطرب إلى 800-1.200عندما تكون مساحة السترة غير كافية، يضيف التصميم حلقة تداول خارجية من خلال محول حرارة قشرة وأنبوب أو صفيحة، مما يحسن أيضًا الخلط في الأوعية الطويلة.
• الضغط والمواد والتشطيب:يتم تعيين الضغط التصميمي من خلال واجب التعقيم والاحتواء: 0.35 MPa لـ SIP القياسي عند 121 درجة مئوية ، إلى 1.0 MPa أو أكثر لعمليات درجة حرارة عالية ، والثقافات الحرارية ،أو الكيمياء القائمة على المذيب فوق نقطة الغليان الجويالمادة تتبع غلاف التآكل: 316L لمعظم واجبات العمليات الحيوية ، 904L أو مزدوج 2205 للخمر التي تحتوي على الكلوريد فوق حوالي 500 جزء في المليون ،و التيتانيوم الصف 2 أو Hastelloy C-276 للخدمة الهاليدية العدوانيةيتم تحديد التشطيب السطحي كبرقة ميكانيكية إلى Ra 0.8 ميكرومتر للخدمة الصناعية أو برقة كهربائية إلى Ra 0.4 ميكرومتر لGMP.

2من مواصفات متطلبات المستخدم إلى التسليم المؤكد

يمر مشروع مخصص جيد الإدارة من خلال أربع بوابات. تخطي أي منها هو المكان الذي تنشأ منه تجاوزات التكاليف والجدول الزمني:

• مواصفات متطلبات المستخدم:URS هو وثيقة مراقبة للمشروع بأكمله. يحدد المنتج والكائن الحي، وحجم العمل والتحول، مطلوبة kLa في أسوأ حالة لزجة مرق، ومدة الدورة وملف الشرائح،طريقة CIP و SIP، توافر المرافق والجودة، المواد والتشطيبات، ومعمارية الأجهزة والتحكم، والقوانين والمعايير المعمول بها، والوثائق والموارد المؤهلة.يجب أن تميّز بين المتطلبات الإلزامية والتفضيلاتلأن كل خط إلزامي له تكلفة وكل خط غامض يصبح أمر تغيير
• مؤهلات التصميم والهندسة:تثبت مؤهلات التصميم أن التصميم المقترح يلبي كل خط URS ، مدعومًا بحسابات: قوة المحرك والدوران من عدد قوة الدراجة عند عدد رينولدز المحدد ،kLa التنبؤ من علاقة مثل van't Riet، ميزان نقل الحرارة مقابل حمولة الحرارة القصوى، وحساب حدود الضغط إلى الرمز المعمول به.وثيقة فلسفة التحكمهذه هي النقطة الأخيرة التي تكون فيها تغييرات التصميم رخيصة
• التصنيع وقبول المصنع:التصنيع يتبع الرسومات المعتمدة مع نقاط الاحتفاظ للتحقق من المواد وتفتيش اللحام والتحقق من الأبعاد واختبار الهيدرو.بعد ذلك يظهر اختبار قبول المصنع تشغيل المحرك مع قياس الاهتزاز والحرارة، فحص حلقة التحكم مع إشارات محاكاة عند 0، 50 و 100٪ من النطاق، التحقق من الإنذار والحجب، اختبار تغطية CIP مع الريبوفلافين والفحص فوق البنفسجي،وتخزين معقّم عند درجة حرارة 121 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة مع توحيد درجة الحرارة في حدود ± 1 درجة مئوية في جميع نقاط الرصد.
• التسليم والتركيب والتأهيل:السفينة تبحر مع الحماية والوثائق، يتم تركيبها وربطها بالمرافق، ثم تمر بإجراء اختبار قبول الموقع،مؤهلات التثبيت التي تغطي التحقق من المكونات ومعايرة الأجهزة، والمؤهلات التشغيلية التي تغطي كل وظيفة تحكم عبر نطاق التشغيلها. اختتم تأهيل أداء العملية بثلاث دفعات متتالية تلبي معايير محددة مسبقاً.الموردون الذين يقدمون حزم وثائق متوافقة مع خطة التحقق من صحة المالك يزيلون أسابيع من هذه المرحلة.

متغيرات تصميم المفاعل الحيوي المخصص مصفوفة مقارنة

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: متى يستحق مفاعل حيوي مخصص أكثر من وعاء قياسي؟

الجواب: الهندسة المخصصة تُدفع عندما تُطبق إحدى الشروط الأربعة. أولاً، الكائن الحي أو الكيمياء لديها طلب غير عادي على الأكسجين أو حساسية القطع التي لا تستطيع الهندسة القياسية تلبيتها،مثل الفطريات الخيطية فوق 10،000 cP أو خلايا الثدييات التي تتطلب سرعة رأس أقل من 1.5 م / ث. ثانيا ، تعمل العملية في ضغط أعلى من 0.35 MPa أو درجة حرارة أعلى من 121 درجة مئوية ، مما يستبعد تصاميم الكتالوج.الحساء يآكل بما فيه الكفاية ليتطلب مزدوجرابعاً، يتم تقييد التثبيت بأبعاد المبنى القائمة، أو قدرات المرافق القائمة، أو الاندماج المطلوب مع المعدات التالية.إذا لم ينطبق أي من هذا، سفينة قياسية ستكون أرخص وأسرع.

س: كم تكلفة المفاعل الحيوي المخصص؟

ج: توقع ربحًا يصل إلى 15-40٪ على سفينة قياسية بنفس الحجم الاسمي للتخصيص الميكانيكي مثل نسبة الجوانب غير القياسية، سبيكة غريبة، تصنيف الضغط العالي،أو قطار محركات متخصصةإضافة وثائق الصيدلة الكاملة، التشطيب الكهربائي، وحزمة كاملة من DQ/IQ/OQ يمكن أن يرفع القسط إلى 50-80%.عادة ما يتم استرداد هذه القسط بسرعة عندما يكون البديل هو سفينة لا تستطيع الوصول إلى الهدف kLa: خسارة 20٪ في التسمية على مدى حملة مدتها خمس سنوات تستحق أكثر بكثير من الفرق الرأسمالي. تكلفة الهندسة نفسها عادة ما تكون 8-15٪ من قيمة المعدات لتصميم مخصص حقًا.

س: ما هي المعلومات التي يجب أن أقدمها للحصول على اقتباس مخصص دقيق؟

أ: توفير 11 عنصرًا: الكائن الحي أو الكيمياء وتسامحها ضد القطع ؛ حجم العمل المستهدف والحد الأدنى من التحول ؛ المطلوب kLa أو معدل امتصاص الأكسجين في نهاية اللعبة ؛لزجة والكثافة في كل دورة؛ ذروة حرارة الحمل ودرجة حرارة مياه التبريد المتاحة ؛ ضغط التصميم ودرجة الحرارة بما في ذلك طريقة التعقيم ؛ كيمياء ودورة CIP و SIP ؛ متطلبات المواد وملء السطح;توافر المرافق بما في ذلك البخار والمياه المبردة والهواء المضغوط والكهرباء؛ الرموز والمعايير المعمول بها لولاية الاختصاص في المنشأة؛والوثائق المطلوبة ونطاق المؤهلاتفقدان بيانات kLa واللزوجة هو السبب الأكثر شيوعاً لمزعج صغير الحجم.

س: هل يمكن تجهيز سفينة موجودة بدلاً من شراء سفينة جديدة؟

الجواب: في كثير من الأحيان نعم، ويستحق التقييم قبل الالتزام برأس المال الجديد. التجديدات الشائعة تشمل استبدال حلقات التشويش بجهاز التشويش الصغير لزيادة kLa،تغيير قطار الدفع من شعاعي إلى محوري لتقليل القطعإضافة لفافة نصف أنبوب أو حلقة تبادل حرارة خارجية لزيادة قدرة التبريد ، وتحسين الختم الميكانيكي إلى ختم مزدوج بسائل الحاجز العقيم ،وتحديث الأجهزة والتحكم مع أجهزة استشعار جديدة ومنصة PLCالقيود هي جدول الفوهات القائمة، وسمك الغلاف المتاح لقطع الفوهات الجديدة، ومعدل الضغط في الحاوية الأصلية،يجب إعادة التحقق منها جميعًا من رمز التصميم الحالي قبل أي تعديل.