Verfahrenstechnik 1-2/2016

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MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Breites Spektrum Sensorik und Messtechnik für Gefriertrockner Christina Scheer Um eine längere Haltbarkeit pharmazeutischer Produkte sicherzustellen, wird bei der Herstellung Gefriertrocknung eingesetzt. Die dabei verwendete Messtechnik muss zuverlässig arbeiten, genaue Werte liefern und sicher dokumentiert werden. Die Gefriertrocknung ist ein schonendes Verfahren und wird häufig bei hochwertigen Produkten wie z. B. Antibiotika angewendet, die in wässrigem Zustand nicht lange haltbar sind. Andere Trocknungsverfahren kommen für diese Produkte nur selten oder gar nicht zum Einsatz. Die hohen Temperaturen bei der Sprüh- oder Walz entrocknung könnten diese Produkte ir reversibel verändern oder schädigen. Eine Gefriertrocknungsanlage besteht aus zwei Kammern, die miteinander verbunden und durch ein Ventil verschließbar sind. Das zu trocknende Produkt steht auf einer beheiz- und kühlbaren Stellfläche und wird zuerst bei Normaldruck tiefgefroren. In die zweite Kammer ist ein Kondensator eingebaut, der von einem Kältemittel durchströmt wird. Im nächsten Schritt wird das im Gut enthaltene Wasser durch die Erzeugung eines Vakuums sublimiert. Dahinter steht das Prinzip, dass Wasser auch im gefrorenen Zustand einen ausreichend hohen Dampfdruck hat, um direkt vom gefrorenen in den gasförmigen Aggregatzustand überzugehen. Bei dieser Sublimation wird Energie aufgenommen. Weil thermische Energie aus der Umgebungstemperatur bezogen wird, würde die Temperatur in der Trocknungskammer im Laufe des Prozesses sinken. Autorin: Dipl.-Ing. Christina Scheer, Branchenmanagerin Pharma & Food, Jumo GmbH & Co. KG, Fulda Um die Temperatur konstant zu halten, wird der Kammer so viel Wärme zugefügt, wie vom Wasser als Sublimationsenergie aufgenommen wird. Im weiteren Prozess folgt die Sekundärtrocknung, bei der durch weiteres Erwärmen stärker gebundenes Wasser aus dem Produkt entfernt wird. Für die Kühlung wird entweder ein Kälteträger (beispielsweise Silikonöl) eingesetzt, oder es erfolgt die direkte Beaufschlagung mit einem Kältemittel (typisch: Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid). Die Temperaturen des Kondensators liegen typischerweise bei – 60 bis – 80 °C. Für jede Prozessvariable, der das Produkt während der Gefriertrocknung ausgesetzt wird, müssen Grenzwerte spezifiziert sein. Bei der einmaligen oder wiederholten Einwirkung auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Produkts muss für jede Kombination von Prozessparametern vom ungünstigsten Fall ausgegangen werden. Zu den Prozessvariablen gehören Temperatur und Druck, Geschwindigkeit der Temperatur- und Druckänderung und die Verweildauer bei den jeweiligen Extremwerten. Jumo hat Sensoren speziell für die zyklischen Betriebsbedingungen in Gefriertrock nern entwickelt und ist damit seit vielen Jahren in dieser Branche erfolgreich. Temperatur und Druck Die spezielle Konstruktion von Einsteck-Widerstandsthermometern erlaubt den Einsatz in wasserdampfhaltiger, unter Druck stehen der Atmosphäre mit der Schutzart IP69. Die PTFE-Anschlussleitung ist für den Betrieb in feuchter Umgebung im Temperaturbereich von – 190 bis + 260 °C ausgelegt. Der Übergang der Anschlussleitung zum Thermometer ist zugentlastet. Als Messeinsatz ist serienmäßig ein Pt100-Temperatursensor nach DIN EN 60 751, Klasse A in Zweileiterschaltung im Einsatz. Möglich sind auch redundante Ausführungen mit zwei oder drei Messkreisen. Je nach Bedarf ist der Anschluss der Sensoren auch in Drei- und Vierleiterschaltung lieferbar. Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Druckmessumformer zum Einsatz. Für Produktionsanlagen im Bereich der Pharmaproduktion wird der Druckmessumformer Jumo dtrans p31 zur Messung von flüssigen und gasförmigen Medien als Zwei- oder Dreileitervariante eingesetzt. Die Nennmessbereiche erstrecken sich von 0 bis 25 bar Absolutdruck und – 1 bis 0 bar bis max. 0 bis 60 bar Relativdruck. Die Vielzahl an Prozessanschlüssen ermöglicht grundsätzlich die Wahl zwischen einem geschweißten, dichtungslosen System oder einem geschraubten, dichtungsbehafteten System. Grundsätzlich muss der Prozess anschluss totraumfrei und gut zu reinigen sein. Hierfür steht ein modular aufgebauter Prozessanschlussadapter zur Verfügung, der speziell mit Blick auf die Ansprüche hygienischer Prozesssicherheit ausgelegt ist. Hervorzuheben ist die Hochtemperaturmesszelle, die sowohl stetig hohe als auch stark wechselnde Medientemperaturen zwischen – 30 und + 200 °C zulässt. Für Labor-Anlagen ist der Jumo Midas S05 das ideale Produkt. Dieser Druckmessum 30 VERFAHRENSTECHNIK 1-2/<strong>2016</strong>
Grundlagen elektrohydraulischer Antriebe und Steuerungen 01 Der wasserdampfdichte Temperaturfühler zeigt seine Stärken beim Einsatz im Gefriertrockner 02 Druckmessumformer für den Einsatz in Gefriertocknern former ist ebenfalls mit Relativdruck- oder mit Absolutdruckmessbereichen erhältlich. Durch das komplett verschweißte, dichtungslose Messsystem aus hochwertigem Edelstahl kann dieses Gerät mit nahezu allen Medien auch unter rauen Bedingungen eingesetzt werden. Der verwendete Silizium- Sensor ist extrem überlastbar und bewältigt mehrere Millionen von Druckzyklen. Kontrolle und Dokumentation Während der Gefriertrocknung kommt es darauf an, dass die Messgeräte schnell ansprechen und natürlich genau und zuverlässig arbeiten. Die Kontrolle und Dokumentation des Prozessverlaufs kann hier ein Jumo Logoscreen übernehmen. Dieser Bildschirmschreiber stellt die Messwerte während des Prozesses grafisch dar, während sie gleichzeitig fälschungssicher dokumentiert und archiviert werden. Das Gerät erfüllt insbesondere die Anforderungen gemäß FDA 21 CFR Part 11 und ist damit zur Dokumentation von pharmazeutischen Prozessen wie der Gefriertrocknung prädestiniert. Weitere Vorteile des Gerätes sind die Chargenprotokollierung und der Webserver. Im Bildschirmschreiber können bis zu drei Chargenprotokolle gleichzeitig erstellt werden. Die Messdaten, der Beginn, das Ende und die Dauer jeder Charge können zusammen mit einem Chargenzähler und frei definierbaren Texten am Bildschirmschreiber und innerhalb der PC-Auswerte-Software angezeigt werden. Auf Wunsch können die Chargen mit einem Barcode-Leser gestartet und die Chargentexte eingelesen werden. Der Webserver ist serienmäßig im Bildschirmschreiber integriert. Vier verschiedene Darstellungsarten wie Online-Visualisierung, drei frei programmierbare HT- ML-Seiten, aktuelle Chargenprotokolle und eine Vierfach-Ansicht können damit realisiert werden. Der Webserver kann PC-seitig mit dem Internet-Explorer angesprochen werden. Mit der neuen Software-Version 187.04.01 unterstützt der Logoscreen fd insgesamt 54 externe Kanäle (jeweils Analog/Digital), die über Modbus-Schnittstelle (Master/Slave), Profibusschnittstelle und Ethernet (Modbus-TCP-Slave) genutzt werden können. Darüber hinaus ist es jetzt möglich, das Schreiberbild von vertikal auf horizontal umzustellen, je nachdem, wie der Anwender die Ansicht bevorzugt. Der Grundgedanke der Gefriertrocknung ist es, hochsensible Produkte länger haltbar zu machen. Dies wird bei der Prozessführung der Gefriertrocknung über die Faktoren Temperatur, Druck und Zeit erreicht. Sie hängen voneinander ab und bestimmen sich gegenseitig für eine optimale Wirkung. Jumo bietet zur sicheren Steuerung und Überwachung von Gefriertrocknungsprozessen schnell ansprechende, wasserdampfdichte Sensoren und zuverlässige Mess- und Registriertechnik. Fotos: Fotolia, Jumo www.jumo.net ISBN 978-3-7830-0387-1 nur 32,- € Jetzt bestellen! @ E-Mail: vertrieb@vfmz.de Telefax: 06131-992/100 Internet: www.engineering-news.net ✆ Telefon: 06131-992/147
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