Die Produktion im Griff
VEGA-Sensoren bewähren sich in pharmazeutischen Prozessen
Pharmaproduktionen sind vielfältig – von der Massenproduktion über personalisierte Arzneimittel bis hin zu Single-use-Ausrüstungen. Unabhängig von der jeweiligen Aufgabe – die Anforderungen an Flexibilität, aber auch an die Rückverfolgbarkeit steigen. Nur Sensoren, die sich nahtlos in die Produktion einfügen und sich flexibel einsetzen lassen, liefern die hierfür notwendigen Daten. Wie dies in der Praxis funktioniert, zeigen Sensoren von VEGA.
In der Biotechnik- und Pharmaindustrie sind Hygiene, Reproduzierbarkeit und Flexibilität entscheidende Faktoren, um effizient und sicher mit einem hohen Grad an Automatisierung zu produzieren. Dies hat auch Auswirkungen auf die eingesetzte Messtechnik. Diese muss nicht nur genaue und zuverlässige Messwerte liefern, sondern sich vor allem flexibel einsetzen lassen. Sensoren von VEGA erfüllen diese Anforderungen in mehrerer Hinsicht. Sie sind langlebig, extrem robust und passen sich an vielfältige Einbausituationen an, selbst in kleinen Behältern, bei Rührwerken oder Heizschlangen.
Einfache Reinigung – Sichere Prozesse
Für komplexe Anwendungen mit höchsten Anforderungen hinsichtlich Hygiene, Messgenauigkeit und Schnelligkeit kommen Sensoren auf Basis des Baukasten-Systems plics® zum Einsatz. Dies zeichnet sich durch eine vielfältigen Anschlussmöglichkeiten aus. Damit lassen sich die Sensoren einfach in bestehende Anlagen integrieren. Für die hygienische und sterile Wirkstoffproduktion bietet VEGA speziell auf die hohen Anforderungen der Pharmabranche zugeschnittene Werkstoffe nach FDA, EG 1935/2004 und den GB-Standards. Das Hygienedesign erfüllt alle Standards nach EHEDG, 3-A Sanitary. Konstruktiv zeichnen sich die Sensoren durch ihre frontbündigen Prozessanschlüsse und dichten, robusten Gehäuse (IP69K) aus. Selbstverständlich erfüllen diese VEGA-Sensoren mit ihren sicher geschützten Dichtungen, vollmetallischen Gehäusen und medienberührenden Oberflächen mit der geringen Rautiefe von bis zu 0,38 µm alle Anforderungen der Pharmaindustrie. Dies wird kontinuierlich überprüft, indem regelmäßig alle Produktionsprozesse unter die Lupe genommen werden, inklusive einer Einzelstückprüfung, wie es nach den GMP-Vorgaben gefordert ist.
Selbst im laufenden Betrieb können die Sensoren mit nahezu allen Chemikalien bis zu 2 h bei 150°C CIP-/SIP-gereinigt werden. Dies gilt im Übrigen sowohl für Füllstand- als auch für Druck- und Grenzstandsensoren. Dabei spielen die Sensoren selbst eine wichtige Rolle bei der Erfüllung hygienisch anspruchsvoller Prozesse. Sie stellen in vielen Anwendungen sicher, dass Wasser, Laugen, Säuren oder Dampf mit ausreichend Reserve in den Vorratstanks zur Verfügung stehen und damit die CIP-/SIP-Prozesse reibungslos ablaufen.
Komplexe Messaufgaben
Mehrere Anwendungsbeispiele zeigen, wo die VEGA-Sensoren in der Pharma- und Biotechproduktion eingesetzt werden. So übernehmen diese etwa die Füllstand- und Druckmessung bei der Herstellung von Enzymen, Proteinen und Antikörpern. Zur Herstellung von Medikamenten werden oft Zellen oder Mikroorganismen benötigt, die in Bioreaktoren kultiviert werden. Hier ist ein Höchstmaß an Hygiene erforderlich und die Behälter müssen optimal zu reinigen sein. Selbst minimale Verunreinigungen mit anderen Organismen können zu einer Fehlreaktion führen.
Bei den Prozessen handelt es sich meist um sogenannte Fed-Batch-Prozesse, bei denen der Reaktor einmal komplett befüllt und erst nach Ablauf der Reaktions- oder Wachstumszeit wieder entleert wird. Druck und Füllstand im Reaktor müssen während der gesamten Zeit kontinuierlich überwacht werden, um ein hochwertiges Endprodukt zu erhalten. Hier kommt u. a. der Radarsensor VEGAPULS 64 zum Einsatz, der kontinuierlich den Füllstand im Bioreaktor misst. Seine Vorteile liegen unter anderem in der frontbündig gekapselten Antenne, die nicht nur optimal zu reinigen, sondern vor allem unempfindlich gegenüber den extremen Bedingungen der SIP- und CIP-Prozesse ist. Ein weiterer Vorteil, der sich vor allem in der täglichen Praxis auszahlt, besteht darin, dass der Reaktor größtmöglich ausgelastet werden kann. Dies liegt daran, dass die Messung quasi bis an die Oberkante des Behälters möglich ist.
Diese Vorteile spielt der Sensor auch in WFI-Lagertanks aus, wo es besonders auf eine berührungslose Füllstandmessung ankommt. Der Radarsensor misst selbst in kleinen Behältern bis zum oberen Rand. Selbst von wechselnden Medien- und Prozessbedingungen lässt sich der Sensor nicht beeindrucken. Ein geringer Öffnungswinkel und gute Fokussierung des Sensors – aufgrund der 80 GHz-Technologie – ermöglichen eine einfache Ausrichtung des Sensors und sorgten damit quasi für eine Punktlandung.
Auch der Druckmessumformer VEGABAR 83 kommt häufig in Bioreaktoren und den sich anschließenden Rohrleitungen zum Einsatz. Vor allem seine Robustheit zahlt sich hier aus, wozu die verschweißte, 50 μm starke Alloy-Membran mit aseptischem Prozessanschluss beiträgt. Weder die chemischen Reinigungszyklen noch die Thermoschocks nach der Sterilisation können der Membran etwas anhaben. Messbereiche von -1 ... +1.000 bar und Prozesstemperaturen zwischen -40 ... +200°C stellen kein Problem für den Sensor dar.
Eine wichtige Rolle spielt der Sensor ebenfalls bei der Erzeugung von hochreinem Wasser (WFI). Im Dampfabscheider verdampft das Aqua purificata und wird dem Kondensator zugeführt. Das Verdampfen erfolgt durch einen Wärmetauscher, der mit Sattdampf versorgt wird. Der Druck innerhalb des Dampfabscheiders muss konstant gehalten werden, um den höchsten Wirkungsgrad zu erreichen. Der elastomerfreie Druckmessumformer VEGABAR 83 misst den Überdruck in der Dampfphase und seine verwendeten Werkstoffe haben keine Rückwirkung auf das hochreine WFI-Wasser.
Neue Sensoren für die unkomplizierte Prozessüberprüfung
In diesem Prozessteil kommt aber auch der Newcomer unter den VEGA-Sensoren zum Einsatz. Für Standardapplikationen oder für Anwendungen, in denen ein hoher Grad an Automatisierung gefordert ist, entwickelte VEGA eine neue Baureihe an Drucksensoren mit Schaltfunktion (VEGABAR) und Grenzschaltern (VEGAPOINT). Die Sensoren sind sehr kompakt, erfüllen alle Anforderungen an das Hygienic Design nach EHEDG und 3A und entsprechen den Vorgaben der FDA, EG1935/2004 sowie der GB Standards.
| Links | Mitte | Rechts |
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| Druckmessung und Grenzstanderfassung im Dampfabscheider | Füllstand- und Druckmessung im Bio-reaktor bei der Herstellung von Enzymen, Proteinen und Antikörpern | Füllstand- und Grenzstandmessung im Reinigungsmittel-Lagertank der CIP-Anlage |
Die neue Baureihe setzt auf die IO-Link Kommunikation, mit deren Hilfe ein ganz einfacher Austausch von Sensoren möglich ist, da alle Einstellungen im IO-Link-Master gespeichert werden und automatisch in den neuen Sensor geladen werden. Zusätzlich wird neben dem Messwert z. B. Druck und Schaltfunktion auch die Temperatur übertragen. Ein weiterer Aspekt: Je flexibler eine Produktion ist, desto eher kann es zu Kontaminationen kommen. Daher müssen alle Prozesszyklen lückenlos rückverfolgbar sein. Dank IO-Link lassen sich nicht nur die VEGA-Sensoren in die Anlagen, sondern auch die damit erhobenen Daten ganz einfach in vorhandene Geschäfts- und Laborsysteme integrieren.
Das im Dampfabscheider verdampfte Aqua purificata wird im Kondensator zu hochreinem Wasser (WFI) kondensiert. Im Kondensator ist eine Kühlung installiert, welche den Dampf abkühlt und damit zum Kondensieren bringt. Die Speisung der Kühlflüssigkeit wird in der Rohrleitung überwacht. Eine Grenzstanderfassung stellt sicher, dass genügend Kondensat vorhanden ist, damit kein Dampf direkt in den Kreislauf zum WFI-Vorratsbehälter gelangt. Der Druckmessumformer VEGABAR 29 misst den Druck in der Sattdampfleitung.
Ein weiterer Sensor der neuen Serie – der Drucksensor VEGABAR 38 – kommt zudem in Zufuhrleitungen des Heizmediums zum Einsatz. Auch dieser besitzt die robuste, keramische CERTEC®-Messzelle – lange Standzeiten sind somit garantiert. Der Sensor zeichnet sich aber auch durch seine sehr einfache Bedienung dank VDMA-Menüstruktur und integriertem Display aus. Dies ist vor allem hinsichtlich der Flexibilität ein wichtiger Faktor, etwa um unkompliziert Daten aus dem laufenden Prozess zu erhalten.
Und auch der VEGAPOINT 21, ein kapazitiver Grenzschalter, kommt in diesem Prozess zur Anwendung, indem er den Grenzstand im Dampfabscheider erfasst. Dabei handelt es sich ebenfalls um eine neue Produktserie von VEGA, die nicht nur für Aufsehen wegen ihrer sicheren Schaltung bei Wasser und Dampf gesorgt hat. Diese Grenzschalter - genauso wie die oben erwähnte VEGABAR-Reihe- sind mit einer 360°-Statusanzeige ausgestattet. So lässt sich der Zustand des Sensors selbst von Weitem sehr gut erkennen. Dies bringt vor allem in verwinkelten Anlagen große Vorteile mit sich.
Ausblick
Abschließend soll noch ein Beispiel aus einem Trommelcoater erwähnt werden. Über Düsen wird die Farbe oder der Wirkstoff in die Trommel eingesprüht und dort gleichmäßig verteilt. Eine zuverlässige Füllstandmessung ist notwendig, damit genügend Suspension im Vorratsbehälter für die Beschichtung der Tabletten vorhanden ist. Während der VEGAPULS 64 im Vorratsbehälter der Trommel zum Einsatz kommt und dort direkt den Messwert anzeigt und über Bluetooth den Behälterinhalt visualisiert, dient der kapazitive Grenzschalter der neuen Sensorserie VEGAPOINT 21 als Überlauf- und Trockenlaufschutz.
Das Beispiel zeigt deutlich, wie Grenzstand- und Füllstandsensoren von VEGA in pharmazeutischen und biotechnologischen Prozessen reibungslos miteinander arbeiten. Unabhängig davon, ob es sich um komplexe Anforderungen handelt oder um einfache Messaufgaben, der Anwender kann sich auf eine zuverlässige, langlebige und flexible Lösung verlassen.
