Estudo sobre o método preciso de preparação de solução alcalina para limpeza CIP on-line (fermentação de precisão de alto rendimento, Servindo Biologia Sintética)

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A fim de alcançar um efeito de limpeza estável para a limpeza on-line de equipamentos na indústria biofarmacêutica e garantir que a concentração do agente de limpeza preparado durante a limpeza on-line CIP é estável e confiável, foi realizado um estudo sobre como preparar com precisão o agente de limpeza alcalino usado para limpeza CIP on-line do equipamento usado na produção. Um método para controlar com precisão a quantidade real de álcali e a concentração de álcali do alvo de limpeza com base em um sistema de controle automático foi introduzido.

Na indústria biofarmacêutica, o processo Clean In Place (CIP) é uma parte indispensável de todo o processo de produção do produto e está diretamente relacionado à segurança, estabilidade e consistência da qualidade do medicamento. A etapa de limpeza alcalina no processo de limpeza é um elo fundamental no processo CIP e desempenha um papel insubstituível na remoção eficaz de sujeira e microrganismos na superfície do produto em contato com o meio. Portanto, se a concentração de álcali é preparada adequadamente determina diretamente o efeito da limpeza e desinfecção de álcalis.

Part.01

Problemas com a preparação da solução alcalina de limpeza CIP:

Atualmente, na indústria biofarmacêutica, o processo de limpeza on-line CIP de equipamentos de produção geralmente adota o típico "método de limpeza em cinco etapas". O processo de limpeza é: água purificada (etapa 1) → solução alcalina quente (etapa 2) → água purificada (etapa 3) → água de injeção (etapa 4) → secagem por ar comprimido limpo (passo 5) → final [2]. No processo de preparação de solução alcalina, um método convencional é adicionar licor mãe de solução alcalina a uma certa quantidade de água purificada, use uma bomba de saída de água CIP para circular e misturar, e circulam continuamente e aquecem-se através de um permutador de calor da placa. Ao mesmo tempo, o medidor de condutividade on-line detecta seu valor de condutividade em tempo real. Quando o valor do processo de temperatura da solução alcalina e o valor do processo de condutividade no tanque de preparação atingem o valor definido alvo, a preparação da solução alcalina é concluída e a preparação precisa da solução alcalina não é alcançada. Através de uma pesquisa de algumas empresas biofarmacêuticas, verificou-se que no processo anterior de limpeza on-line CIP de equipamentos de produção na empresa, a concentração da solução alcalina era geralmente incapaz de ser controlada com precisão devido ao processo de preparação da solução alcalina incompleta e ao atraso dos instrumentos de detecção. A fim de alcançar o efeito de limpeza, o problema é frequentemente resolvido aumentando a concentração de solução alcalina. No entanto, isso não só levará a um desperdício de solução alcalina, mas também aumentar muito a quantidade de água usada para as duas etapas subsequentes de limpeza de água purificada e água de injeção devido ao aumento na concentração de solução alcalina, o que aumenta o custo de limpeza. Portanto, é particularmente importante garantir que a concentração da solução alcalina do agente de limpeza necessária para a limpeza on-line seja controlada com precisão, garantindo o efeito de limpeza.

Part.02

Método de preparação preciso para solução alcalina de limpeza CIP:

2.1 Princípio de preparação de álcalis Adicione uma certa concentração de licor-mãe alcalino concentrado a uma certa quantidade de água purificada, misture e aqueça-a de maneira circulante, e use um medidor de condutividade online para detectar seu valor de condutividade. Quando a condutividade e a temperatura atingem os valores definidos alvo, a preparação da solução alcalina é concluída.

2.2 Indicadores de parâmetro de preparação de solução alcalina Licor-mãe alcalino concentrado: solução de NaOH de uma certa concentração. Concentração alvo após a preparação: Este artigo usa 0,07 ~ 0,08 mol/L como o valor de referência. Temperatura da solução alcalina após a preparação: a temperatura necessária para a verificação da limpeza.

2.3 Composição de hardware do módulo de tanque de tubo de processo de preparação de solução alcalina da estação CIP O hardware da preparação de solução alcalina da estação CIP consiste principalmente em tanque de preparação de líquido de tanque, bomba de dosagem de álcali, bomba de circulação CIP, permutador de calor, tubulação, válvula e instrumento de detecção.

2.4 Descrição do CIP alcalino solutiNo processo de preparação Uma certa quantidade de água purificada é adicionada ao tanque de preparação de solução alcalina da estação CIP através do sistema de distribuição de circulação de água purificada, a bomba de circulação de preparação de álcali é iniciada e a passagem de troca de calor de vapor industrial é aberta para circular a solução no tanque até que a temperatura alvo seja atingida. Ao mesmo tempo, uma certa concentração de solução de NaOH é adicionada à tubulação de circulação de preparação de solução alcalina através da bomba dosadora de adição de álcali para circulação e mistura. Após a conclusão da mistura, a condutividade é testada online. Quando a condutividade é menor que o valor definido, o álcali é adicionado de acordo com o tempo de ajuste de adição de álcali e, em seguida, a condutividade é testada. Se ainda for inferior ao valor definido, o álcali é adicionado pela segunda vez e a condutividade é testada. Este ciclo é repetido. Quando a condutividade da solução alcalina atinge o valor definido dentro do número especificado de adições alcalinas, a preparação da solução alcalina é concluída. Quando os tempos de adição de álcali atingem os tempos definidos, a condutividade de circulação ainda é menor do que o valor definido, o processo de preparação de álcali é interrompido, e uma mensagem é emitida para indicar que a preparação da solução alcalina falhou.

2.5 A quantidade de solução alcalina CIP a ser preparada é determinada tomando a válvula inferior do tanque de preparação alcalina da estação CIP como ponto de partida, e retornando ao topo do tanque de preparação de álcali após atingir o ponto de limpeza mais distante da estação como a quantidade mínima de preparação de álcali. O diâmetro interno máximo da tubulação é usado para o cálculo durante o processo de cálculo, e a quantidade calculada final mais 15% do volume do tanque é usada como a quantidade de preparação da solução alcalina. A fórmula de cálculo é a seguinte: V = π×(D/2)2 × L + V1 × 0,15 (1) Onde: V é a quantidade alvo de preparação de solução alcalina; D é o diâmetro interno da tubulação; L é o comprimento da tubulação; V1 é o volume do tanque alvo de limpeza. 2.6 A medição do fluxo da bomba dosadora de solução alcalina CIP é baseada no manual do indicador técnico do fabricante da bomba dosadora alcalina da estação CIP como um guia para realizar a verificação real do teste de fluxo. Consulte o manual do indicador técnico da bomba de medição e defina o valor de fluxo alvo na bomba de medição de acordo com o fluxograma. Abra manualmente a bomba de dosagem de álcali, injete o licor-mãe alcalino concentrado no recipiente pré-preparado através do tubo de saída da bomba de dosagem e registre o tempo de dosagem de álcali. Calcule a taxa de fluxo da bomba de dosagem de álcali de acordo com o peso do álcali no recipiente. Repita a operação acima 3 vezes e tome o valor médio como o valor real de ajuste de fluxo (Q1) da bomba de dosagem.

2.7 Determinação do tempo de dosagem de álcali CIP Use uma certa concentração de licor mãe alcalino concentrado para preparar a concentração alvo de álcali. De acordo com o valor de fluxo real atual determinado da bomba de dosagem de álcali e o volume de álcali alvo a ser preparado, a fórmula de cálculo do tempo de dosagem de álcali é a seguinte: t1 =(V × ρ1/ρ2)/Q1 (2) Onde: t1 é o tempo de dosagem do álcali; V é a quantidade de preparação do álcali; Ρ1 é a concentração de álcali alvo; ρ2 é a concentração de licor mãe alcalino; Q1 é a taxa de fluxo da bomba de dosagem de álcali. 2.8 Determinação do tempo de circulação total na quantidade máxima de preparação da estação CIP De acordo com a quantidade máxima de preparação alcalina do tanque de tubo alvo a ser limpo conforme necessário, o tempo de ciclo é calculado de acordo com o fluxo de passagem de circulação de preparação de álcali determinado. A fórmula de cálculo é a seguinte: t2 = Vmax/Q2 (3) Em que: t2 é o tempo de detecção de circulação; Vmax é a demanda máxima para a preparação de solução alcalina; q2 é a taxa de fluxo da bomba de circulação.

Part.03

Projeto de controle de automação para preparação precisa da solução alcalina CIP

3.1 Configuração de parâmetro para preparação de solução alcalina CIP

Part.04

Verificação da função de preparação da solução alcalina CIP

4.1 Método de verificação

A estação CIP é usada como plataforma de verificação para a função precisa de preparação de solução alcalina. O equipamento terminal no ponto mais distante do alvo de limpeza é selecionado como o alvo de limpeza. A quantidade de preparação de solução alcalina alvo, tempo de adição de solução mãe alcalina concentrada e tempo de detecção de circulação de solução alcalina são calculados. Os parâmetros acima são inseridos na janela de configuração automática do parâmetro do programa no sistema de controle, e o programa de preparação da solução alcalina é iniciado. Depois que o programa de preparação é concluído normalmente, a solução alcalina é amostrada e testada [4]. O processo de preparação da solução alcalina acima é repetido três vezes, e a amostra numBers são 1 #, 2 # e 3 # respectivamente.

4.2 Padrão aceitável

A concentração de solução alcalina após três preparações consecutivas está entre 0,07 e 0,08 mol/L.

4.3 confirmação do parâmetro

1) Parâmetros fixos da estação CIP e do equipamento do alvo a ser limpado

2) Determinar a quantidade de preparação de solução alcalina alvo V. O diâmetro do tubo D do caminho a ser limpo é de 0,04 m. Ao mapear o diagrama de P & ID do processo, o comprimento total do pipeline neste caminho é L = 60,7 m. A quantidade de preparação de solução alcalina V pode ser calculada pela fórmula na seção 2.5 acima: V = 3,14 × (0,04/2)2 × 60,7 × 1 000 + 800 × 0,15 Ø 196 L3) Determine o tempo t1 para adicionar solução mãe alcalina concentrada. Aqui, 50% de solução de NaOH é usada como a solução mãe alcalina concentrada. Do acima exposto, sabemos que Q1 = 13,3 g/s, V = 196 L; o peso molecular do NaOH é de 40g/mol, portanto, a quantidade de solução alcalina alvo com uma concentração de 0,1 mol é ρ1 = 0,1 mol × 40g/mol = 4g. O tempo de adição t1 da solução mãe alcalina concentrada pode ser calculado pela fórmula na seção 2.7 acima: T1 =(196 × 4/0,5)/13,3 Ø 118 s4) Determinar o tempo de detecção de circulação de solução alcalina t2. Sabe-se que o volume máximo do tanque de preparação de solução alcalina da estação CIP n ° 1 é Vmax = V = 196 L, Q2 = 2,8 L/s. O tempo de detecção do ciclo t2 pode ser obtido pela fórmula na Seção 2.8 acima: t2 = 196/2.8 = 70 s4.4 Resultados da verificação da preparação da solução alcalina Resultados do teste da amostra: A concentração molar da amostra 1 # é de 0,07 mol/L, a concentração molar da amostra 2 # é de 0,08 mol/L, e a concentração molar da amostra 3 # é 0,08 mol/L.

Conclusão da verificação: A faixa de concentração das três preparações de solução alcalina está entre 0,07 e 0,08 mol/L. 4.5 Resumo da verificação Através da verificação acima, pode-se confirmar que o método de preparação automática e precisa da solução alcalina pode fazer com que a preparação da solução alcalina CIP cumpra os requisitos de concentração alcalina precisa. Ao mesmo tempo, uma boa preparação de precisão de concentração de solução alcalina CIP on-line fornece um forte suporte para a limpeza quantitativa de água purificada e água para injeção nas duas etapas após o CIP on-line. Ao adotar o método de preparação de solução alcalina precisa acima mencionado, enquanto atende o efeito de limpeza, a quantidade de água purificada e licor-mãe alcalino concentrado necessária para cada etapa de preparação de álcali é reduzida em 34,7% em comparação com antes, e a quantidade de vapor industrial é reduzida em 29% em comparação com antes, Reduzindo assim o custo da matéria-prima e o custo do consumo de energia do processo, o que tem um efeito significativo na melhoria da qualidade e eficiência da empresa.

Part.05

Conclusão:

Este artigo propõe uma solução eficaz para a preparação precisa de solução alcalina por meio de pesquisas inovadoras sobre o processo de controle automatizado da preparação de solução alcalina CIP em empresas biofarmacêuticas. Por meio de verificação e avaliação, o método automatizado de preparação de solução alcalina opera de forma estável e pode alcançar um controle preciso dos parâmetros do processo alvo. Ao mesmo tempo, também fornece uma base de demanda estável para a quantidade de água usada para a preparação de solução alcalina, a quantidade de licor mãe alcalino concentrado, a quantidade de água de injeção para descarga, e a quantidade de vapor industrial.

No futuro, mais pesquisas podem ser conduzidas sobre como obter um controle preciso da quantidade ideal de água usada para limpeza, alcançando o efeito de limpeza, de modo a alcançar o melhor controle de custos e formar o método de limpeza CIP on-line mais econômico e eficaz.