Hiệu suất trượt của quá trình sinh học: Các yếu tố chính quyết định năng suất, chất lượng và thời gian hoạt động

Quá trình xử lý sinh học có thể thất bại một cách âm thầm. Một thiết bị đã vượt qua quá trình kiểm tra nghiệm thu tại nhà máy với cấu hình nhiệt độ ổn định, chỉ số áp suất sạch và không có rò rỉ rõ ràng. Sáu tuần sau khi lắp đặt, hiệu giá thu hoạch thay đổi theo từng đợt, độ giảm áp suất trên bộ trao đổi nhiệt tăng lên sau mỗi lần chạy và việc xác nhận quá trình làm sạch sẽ trả về kết quả rửa sạch ở mức giới hạn. Chuông báo động không bao giờ kêu. Các vấn đề chỉ xuất hiện khi các kỹ sư xử lý so sánh xu hướng với lịch sử lô.

Hiệu suất trượt của quy trình sinh học thực sự có ba ý nghĩa: giữ các thông số quy trình quan trọng trong phạm vi được xác định trong hồ sơ lô, tái tạo các phạm vi đó từ mẻ này sang mẻ khác và duy trì các chu trình làm sạch và khử trùng lặp đi lặp lại mà không bị suy giảm. Mỗi điều đó phụ thuộc vào các biến số của quy trình, thiết kế nhiệt và thủy lực, kiến ​​trúc điều khiển và thực tiễn vận hành. Bài viết này giải thích các yếu tố quan trọng nhất và vị trí chúng xuất hiện trong quá trình sản xuất.

Các thông số quy trình kiểm tra áp suất khi trượt

Nhiệt độ là điều đầu tiên mọi người kiểm tra và vì lý do chính đáng. Các tế bào phản ứng với cả giá trị tuyệt đối và tốc độ thay đổi. Nếu bộ phận nhiệt tăng quá 2–3 °C ở điểm đặt 37 °C, độ lệch có thể không gây ra cảnh báo nhưng nó có thể làm thay đổi quá trình trao đổi chất, thay đổi quá trình glycosyl hóa protein hoặc đẩy nhanh quá trình phân giải protein. Thời gian sản phẩm nằm ngoài dải chấp nhận được quan trọng hơn giá trị cao nhất. Các thiết bị trượt kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ sử dụng khối lượng nhiệt thấp trong vòng lặp tiện ích, các van chuyển động nhanh và các cảm biến được gắn gần quy trình. Vì lý do này, một bộ điều khiển nhiệt độ chính xác cho các ứng dụng dược phẩm sinh học phải được chỉ định cùng với bình, máy khuấy và đường truyền, không được mua dưới dạng hộp cách ly.

Bộ điều khiển nhiệt độ chính xác tùy chỉnh (TCU) dành cho các nhà sản xuất dược phẩm sinh học, Fac Công ty TNHH Thương mại Công nghiệp Shiloc (Thượng Hải) là Đơn vị Kiểm soát Nhiệt độ Chính xác Tùy chỉnh (TCU) của Trung Quốc dành cho các nhà sản xuất Biopharma, Thực tế... Xem sản phẩm →

Độ pH, oxy hòa tan và áp suất ngược ít rõ ràng hơn nhưng lại mang tính quyết định. Kiểm soát độ pH phụ thuộc vào độ chính xác của liều lượng, chất lượng trộn và độ tin cậy của cảm biến; việc bổ sung axit hoặc bazơ thông qua bơm nhu động tạo ra phản ứng phi tuyến tính gây ra dao động nếu đường cong điều khiển không khớp. Oxy hòa tan thay đổi khi mật độ tế bào tăng lên, do đó vòng khuấy và rưới phải phản ứng mà không nạp quá nhiều khí hoặc tạo ra hư hỏng cắt. Trong các bước tưới máu và lọc, áp suất ngược dao động có thể làm hỏng màng giữ tế bào hoặc bộ lọc mù. Bảng dưới đây liệt kê các thông số thường bộc lộ điểm yếu trượt nhất.

Nồng độ chất nền và chất dinh dưỡng hoàn thiện bộ sản phẩm cổ điển. Khi thiết bị trượt tích hợp bơm cấp liệu và cảm biến cân, độ chính xác cấp liệu trở thành yếu tố hiệu suất theo cách giống hệt như định lượng axit hoặc bazơ. Các biến này không độc lập. Sự thay đổi dòng chảy làm thay đổi thời gian lưu trú và giảm áp suất; sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm thay đổi độ nhớt, làm thay đổi sự pha trộn và chuyển khối. Các vấn đề về hiệu suất trượt thường là sự tương tác giữa các biến chứ không phải lỗi của một thành phần , đó là lý do tại sao thiết kế phải được xem xét như một hệ thống.

Thiết kế nhiệt và thủy lực: Phần mềm nào không thể khắc phục được

Hệ thống điều khiển chỉ hoạt động tốt khi phần cứng mà nó vận hành. Một thiết bị trượt có bộ trao đổi nhiệt có kích thước nhỏ phải sử dụng chênh lệch nhiệt độ lớn hơn để truyền nhiệt cần thiết, đẩy vòng tiện ích về giới hạn nhiệt độ thấp của nó. Khi tải nhiệt tăng đột ngột, giống như khi mật độ tế bào tăng lên muộn trong quá trình chạy, biên độ còn lại sẽ biến mất và biểu đồ nhiệt độ sẽ tăng lên.

Việc tắt máy cũng quan trọng không kém. Một máy bơm có kích thước phù hợp với lưu lượng danh nghĩa có thể hoạt động tốt ở mức tải 100% nhưng không thể giữ lưu lượng ổn định ở mức 20%. Một van điều khiển quá khổ dành cho đường ống gần như đóng lại trong suốt thời gian hoạt động của nó, trong đó một chuyển động nhỏ của thân van sẽ gây ra sự thay đổi lớn về dòng chảy. Mọi thành phần, từ đường cong của máy bơm đến đặc tính của van đến vùng truyền nhiệt, đều xác định cửa sổ vận hành mà thuật toán điều khiển thực sự có thể tiếp cận. Các module tích hợp như bộ phận trượt truyền nhiệt xử lý sinh học thông minh coi việc khớp này như một yêu cầu thiết kế, đó là lý do tại sao chúng hoạt động có thể dự đoán được trên phạm vi hoạt động rộng hơn so với việc lắp ráp các bộ phận được chọn riêng lẻ.

Các nhà sản xuất, nhà máy sản xuất thiết bị truyền nhiệt sinh học thông minh thông minh tùy chỉnh Công ty TNHH Thương mại Công nghiệp Shiloc (Thượng Hải) là đơn vị/đơn vị truyền nhiệt xử lý sinh học thông minh tùy chỉnh của Trung Quốc Các nhà sản xuất, nhà máy, th... Xem sản phẩm →

Bố trí thủy lực quan trọng ngay cả khi các bộ phận có kích thước chính xác. Các chân chết giữ sản phẩm và dung dịch làm sạch, tạo ra các ổ chứa vi sinh vật phát triển và các chất cặn còn sót lại trong chu trình CIP. Đường ống không thể thoát nước hoàn toàn buộc người vận hành phải dựa vào luồng khí thổi qua. Chất lượng mối hàn, độ hoàn thiện bề mặt, độ dốc và cách bố trí van quyết định liệu vết trượt có thể được làm sạch ở vận tốc mà thiết kế CIP giả định hay không. Vật liệu thêm một lớp khác: miếng đệm, màng ngăn và vòng đệm phải tồn tại trong môi trường nuôi cấy, hóa chất tẩy rửa và tiếp xúc với hơi nước nhiều lần. Đây là những quyết định mà không chiến lược kiểm soát nào có thể sửa được.

Động lực điều khiển Xác định những gì lô thực sự nhìn thấy

Sự khác biệt giữa trượt có thể chấp nhận được và trượt cận biên thường nằm ở cấu trúc điều khiển. Một vòng lặp PID duy nhất về nhiệt độ bình chỉ sửa lỗi sau khi chúng xuất hiện. Điều khiển theo tầng bổ sung một vòng lặp bên trong về nhiệt độ chất lỏng tiện ích, do đó sự nhiễu loạn trong nguồn cung cấp tiện ích sẽ bị loại bỏ trước khi nó đến bình chứa. Lợi ích đo được là cấu hình nhiệt độ chặt chẽ hơn với độ vọt lố ít hơn.

Phản ứng của cảm biến là giới hạn ẩn. Cảm biến nhiệt độ trong giếng nhiệt sâu có khe hở không khí sẽ làm tăng thêm thời gian chết, do đó vòng lặp nhận thấy sự thay đổi muộn và phản ứng thái quá. Trong các hệ thống xử lý sinh học, trong đó thời gian hành trình của van, thời gian trộn và độ trễ truyền nhiệt đều có thể so sánh được với động lực của quá trình, điều khiển theo tầng, tiếp liệu hoặc dựa trên mô hình tạo ra sự khác biệt có thể đo lường được. Những sự đánh đổi này được xem xét trong bài viết của chúng tôi về máng trượt tích hợp xử lý sinh học cho sản xuất xử lý sinh học hiện đại .

Rủi ro hiệu suất liên quan đến kiểm soát mà chúng tôi thấy thường xuyên nhất trên cơ sở bao gồm:

• Cảm biến được gắn quá xa điểm điều khiển nên giá trị đo được có độ trễ so với thực tế.
• Van điều khiển có kích thước quá lớn so với mức cần thiết, gây ra dao động chu kỳ giới hạn ở điểm đặt thấp.
• Điều chỉnh bộ điều khiển dựa trên một điều kiện trạng thái ổn định thay vì toàn bộ phạm vi hoạt động.
• Thiếu bù nhiệt của phản ứng hoặc nhiệt trộn ở mật độ tế bào cao.
• Trộn không đủ trong bình nên cảm biến đọc một giá trị cục bộ không đại diện cho khối lượng.

Ngay cả một bộ điều khiển được điều chỉnh tốt cũng không thể bù đắp cho thiết kế không có đủ công suất nhiệt, biên độ bơm hoặc cường độ trộn. Hệ thống điều khiển diễn giải trạng thái của quá trình; phần cứng trượt xác định liệu quá trình có thể được chuyển đến trạng thái mong muốn kịp thời hay không.

Làm sạch và khử trùng là một phần của hiệu suất

Một thiết bị trượt tạo ra các mẻ xuất sắc trong hai tuần và sau đó cần ba lần làm sạch để vượt qua độ dẫn điện sẽ không hoạt động tốt, bất kể năng suất cho biết như thế nào. Sự bám bẩn của protein, lipid và muối trên bề mặt truyền nhiệt làm tăng dần khả năng chịu nhiệt và giảm áp suất. Người vận hành nhận thấy việc kiểm soát nhiệt độ trở nên chậm chạp và công suất bơm tăng lên, nhưng nguyên nhân cốt lõi nằm ở bước làm sạch.

Hiệu quả của CIP phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, nhiệt độ, nồng độ hóa chất và thời gian tiếp xúc. Đường ống thoát nước kém, bộ trao đổi nhiệt có vùng ứ đọng và van giữ chất lỏng đều làm giảm hiệu suất làm sạch. Khử trùng bằng hơi nước bổ sung thêm chu trình nhiệt làm già đi các miếng đệm và màng chắn, đồng thời mỗi chu trình sẽ làm thay đổi hiệu chuẩn cảm biến một chút. Sự ô nhiễm chéo giữa chất lỏng tiện ích và chất lỏng xử lý đáng được chú ý đặc biệt: một ống rò rỉ trong bộ trao đổi một tấm ống có thể khiến nước nóng hoặc nước làm mát tiếp cận sản phẩm. A bộ trao đổi nhiệt tấm ống đôi DTS vệ sinh thêm rào cản thứ hai giữa hai chất lỏng, đó là lý do tại sao thiết kế tấm ống đôi là yêu cầu cơ bản trong nhiều thông số kỹ thuật về dược phẩm sinh học.

Các nhà sản xuất, nhà máy trao đổi nhiệt DTS (tấm ống đôi) vệ sinh tùy chỉnh Công ty TNHH Thương mại Công nghiệp Shiloc (Thượng Hải) là nhà sản xuất, nhà máy sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt DTS (tấm ống đôi) vệ sinh tùy chỉnh của Trung Quốc, 1.... Xem sản phẩm →

Những điều cần kiểm tra trước khi bạn chỉ định một đường trượt

Bắt đầu với các tham số quy trình xác định hiệu suất có thể chấp nhận được, sau đó tiến hành ngược lại với phần cứng. Viết mọi yêu cầu theo phạm vi mà nó phải đáp ứng, không chỉ điểm đặt ở điều kiện danh nghĩa. Các điểm dưới đây là những điểm phân biệt đường trượt hoạt động với đường trượt chỉ chạy.

1. Xác định các dải kiểm soát có thể chấp nhận được ở quy mô sản xuất về nhiệt độ, độ pH, oxy hòa tan và áp suất, bao gồm các giai đoạn nhất thời như tiêm chủng và thu hoạch.
2. Xác minh sự suy giảm bằng cách kiểm tra hiệu suất dòng chảy, hệ thống sưởi và làm mát ở mức tải tối thiểu và tối đa, không chỉ ở mức 100%.
3. Yêu cầu bằng chứng về khả năng thoát nước và khả năng làm sạch, bao gồm phân tích điểm chết và tính toán vận tốc CIP.
4. Xác nhận thông số kỹ thuật của cảm biến và van, thời gian phản hồi và quy trình hiệu chuẩn có lưu ý đến tác động theo từng lô.
5. Kiểm tra gói tài liệu: chứng chỉ vật liệu, báo cáo mối hàn, đo lường độ hoàn thiện bề mặt và hồ sơ FAT.

Kinh nghiệm của nhà cung cấp cũng thể hiện qua hiệu quả hoạt động. Skid hiếm khi là một sản phẩm trong danh mục; nó là kết quả của những lựa chọn thiết kế được thực hiện cho một quy trình cụ thể. Chúng tôi đã thiết kế và cung cấp các hệ thống xử lý chất lỏng tích hợp cho các ứng dụng thực phẩm và dược phẩm sinh học, và điều đó kinh nghiệm kỹ thuật và sản xuất trực tiếp định hình cách chúng tôi xác định kích thước bộ trao đổi nhiệt, chọn máy bơm và cảm biến vị trí.

Mô hình này nhất quán: ván trượt hoạt động đáng tin cậy là những hệ thống có các biến số quy trình, thiết kế nhiệt và thủy lực, kiến trúc điều khiển và khả năng làm sạch được xem xét cùng nhau. Không có phần mềm điều khiển nào có thể bù đắp cho việc truyền nhiệt quá nhỏ hoặc đường ống không thể thoát nước. Nếu bạn có thể mô tả quy trình của mình bằng những thuật ngữ trên thì bạn gần như đã tiến gần đến một bước trượt mà bạn sẽ không ngạc nhiên trong quá trình sản xuất. Để chuyển từ đặc tả sang thực hiện, thảo luận về dữ liệu quy trình của bạn với nhóm kỹ thuật của chúng tôi .