Estudio sobre el método de preparación preciso de solución alcalina para la limpieza CIP en línea (fermentación de precisión de alto rendimiento, biología sintética en servicio)

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Para lograr un efecto de limpieza estable para la limpieza en línea de equipos en la industria biofarmacéutica y garantizar que la concentración del agente de limpieza preparado durante la limpieza CIP en línea sea estable y confiable, se realizó un estudio sobre cómo preparar con precisión el agente de limpieza de álcali utilizado para la limpieza CIP en línea de los equipos utilizados en la producción. Se introdujo un método para controlar con precisión la cantidad de álcali real y la concentración de álcali de la diana de limpieza basado en un sistema de control automático.

En la industria biofarmacéutica, el proceso Clean In Place (CIP) es una parte indispensable de todo el proceso de producción del producto y está directamente relacionado con la seguridad, estabilidad y consistencia de la calidad del medicamento. El paso de limpieza de álcali en el proceso de limpieza es un enlace clave en el proceso CIP y juega un papel insustituible en la eliminación efectiva de suciedad y microorganismos en la superficie del producto en contacto con el medio. Por lo tanto, si la concentración de álcali se prepara adecuadamente determina directamente el efecto de la limpieza y desinfección de álcali.

Parte.01

Problemas con la preparación de la solución de álcali de limpieza CIP:

Actualmente, en la industria biofarmacéutica, el proceso de limpieza CIP en línea de los equipos de producción generalmente adopta el típico "método de limpieza de cinco pasos". El proceso de limpieza es: Agua purificada (paso 1) → solución alcalina caliente (Paso 2) → agua purificada (Paso 3) → agua de inyección (Paso 4) → secado de aire comprimido limpio (paso 5) → final [2]. En el proceso de preparación de la solución alcalina, un método principal es agregar licor madre de solución alcalina a una cierta cantidad de agua purificada, use una bomba de salida de agua CIP para circular y mezclar, y continuamente circular y calentar a través de un intercambiador de calor de placas. Al mismo tiempo, el medidor de conductividad en línea detecta su valor de conductividad en tiempo real. Cuando el valor del proceso de temperatura de la solución alcalina y el valor del proceso de conductividad en el tanque de preparación alcanzan el valor establecido objetivo, se completa la preparación de la solución alcalina y no se logra la preparación precisa de la solución alcalina. A través de una encuesta de algunas empresas biofarmacéuticas, se encontró que en el proceso de limpieza CIP en línea anterior de equipos de producción en la empresa, la concentración de la solución alcalina normalmente no se pudo controlar con precisión debido al proceso de preparación de la solución alcalina incompleta y al retraso de los instrumentos de detección. Para lograr el efecto de limpieza, el problema a menudo se resuelve aumentando la concentración de solución alcalina. Sin embargo, esto no solo conducirá a un desperdicio de solución alcalina, pero también aumentar en gran medida la cantidad de agua utilizada para los dos pasos posteriores de agua purificada y agua de inyección de limpieza debido al aumento en la concentración de solución alcalina, lo que aumenta el costo de limpieza. Por lo tanto, es particularmente importante garantizar que la concentración de la solución alcalina del agente de limpieza requerida para la limpieza en línea se controle con precisión al tiempo que se garantiza el efecto de limpieza.

Parte.02

Método de preparación preciso para la solución alcalina de limpieza CIP:

2,1 principio de preparación de álcali Agregue una cierta concentración de licor madre de álcali concentrado a una cierta cantidad de agua purificada, mezcle y caliente de manera circulante, y use un medidor de conductividad en línea para detectar su valor de conductividad. Cuando la conductividad y la temperatura alcanzan los valores establecidos objetivo, se completa la preparación de la solución alcalina.

Indicadores de parámetros de preparación de solución alcalina 2,2 Licor madre alcalino concentrado: Solución de NaOH de cierta concentración. Concentración diana después de la preparación: Este artículo utiliza 0,07 ~ 0,08 mol/L como valor de referencia. Temperatura de la solución alcalina después de la preparación: la temperatura requerida para la verificación de limpieza.

2,3 composición de hardware del módulo de tanque de tubería de proceso de preparación de solución alcalina de la estación CIP El hardware de la preparación de la solución alcalina de la estación CIP consiste principalmente en tanque de preparación de líquido del tanque, bomba de dosificación de álcali, bomba de circulación CIP, intercambiador de Calor, tubería, válvula e instrumento de detección.

Descripción 2,4 de la solución alcalina CIPEn el proceso de preparación Se agrega una cierta cantidad de agua purificada al tanque de preparación de solución alcalina de la estación CIP a través del sistema de distribución de circulación de agua purificada, la bomba de circulación de preparación de álcali se inicia y el paso de intercambio de calor de vapor industrial se abre para hacer circular la solución en el tanque hasta que se alcance la temperatura objetivo. Al mismo tiempo, se agrega una cierta concentración de solución de NaOH a la tubería de circulación de preparación de solución alcalina a través de la bomba dosificadora de adición de álcali para la circulación y la mezcla. Una vez completada la mezcla, la conductividad se prueba en línea. Cuando la conductividad es menor que el valor establecido, se agrega álcali de acuerdo con el tiempo de ajuste de la adición de álcali y Luego se prueba la conductividad. Si todavía es más bajo que el valor establecido, se añade álcali por segunda vez y se prueba la conductividad. Este ciclo se repite. Cuando la conductividad de la solución de álcali alcanza el valor establecido dentro del número especificado de adiciones de álcali, se completa la preparación de la solución de álcali. Cuando los tiempos de adición de álcali alcanzan los tiempos establecidos, la conductividad de la circulación es aún menor que el valor establecido, el proceso de preparación de álcali se detiene, Y se emite un mensaje para indicar que la preparación de la solución alcalina ha fallado.

2,5 La cantidad de solución alcalina CIP a preparar se determina tomando la válvula inferior del tanque de preparación alcalina de la estación CIP como punto de partida, y volver a la parte superior del tanque de preparación de álcali después de llegar al punto de limpieza más lejano de la estación como la cantidad mínima de preparación de álcali. El Diámetro Interno máximo de la tubería se utiliza para el cálculo durante el proceso de cálculo, y la cantidad calculada final más la 15% del volumen del tanque se utiliza como la cantidad de preparación de la solución alcalina. La fórmula de cálculo es la siguiente: V = π×(D/2)2 × L V1 × 0,15 (1) Donde: V es la cantidad objetivo de preparación de solución alcalina; D es el diámetro interior de la tubería; L es la longitud de la tubería; V1 es el volumen del tanque objetivo de limpieza. 2,6 La medición de flujo de la bomba de medición de solución alcalina CIP se basa en el Manual de indicadores técnicos del fabricante de la bomba de medición alcalina de la estación CIP como guía para realizar la verificación de la prueba de flujo real. Consulte el manual del indicador técnico de la bomba de medición y establezca el valor de flujo objetivo en la bomba de Medición de acuerdo con el diagrama de flujo. Abra manualmente la bomba de dosificación de álcali, inyecte el licor madre de álcali concentrado en el recipiente prepreparado a través del tubo de salida de la bomba de dosificación y registre el tiempo de dosificación de álcali. Calcule el caudal de la bomba de dosificación de álcali de acuerdo con el peso del álcali en el recipiente. Repita la operación anterior 3 veces, y tome el valor promedio como el valor de ajuste de flujo real (Q1) de la bomba de dosificación.

Determinación 2,7 del tiempo de dosificación de álcali CIP Use una cierta concentración de licor madre de álcali concentrado para preparar la concentración objetivo de álcali. De acuerdo con el valor de flujo real de corriente determinado de la bomba de dosificación de álcali y el volumen de álcali objetivo que se preparará, la fórmula de cálculo del tiempo de dosificación de álcali es la siguiente: t1 =(V × ρ1/ρ2)/Q1 (2) Donde: T1 es el tiempo de dosificación de álcali; V es la cantidad de preparación de álcali; Ρ1 es la concentración de álcali objetivo; ρ2 es la concentración de licor madre alcalino; Q1 es el caudal de la bomba de dosificación de álcali. 2,8 Determinación del tiempo de circulación completo en la cantidad máxima de preparación de la estación CIP De acuerdo con la cantidad máxima de preparación de álcali del tanque de tubería objetivo que se limpiará según sea necesario, el tiempo de ciclo se calcula de acuerdo con el flujo de paso de circulación de preparación de álcali determinado. La fórmula de cálculo es la siguiente: T2 = Vmax/Q2 (3) En donde: T2 es el tiempo de detección de la circulación; Vmax es la demanda máxima para la preparación de la solución alcalina; q2 es el caudal de la bomba de circulación.

Parte.03

Diseño de control de automatización para una preparación precisa de la solución alcalina CIP

Parámetro 3,1 ajuste para la preparación de la solución alcalina CIP

Parte.04

Verificación de la función de preparación de la solución alcalina CIP

4,1 método de verificación

La estación CIP se utiliza como plataforma de verificación para la función precisa de preparación de la solución alcalina. El equipo terminal en el punto más alejado del objetivo de limpieza se selecciona como el objetivo de limpieza. Se calculan la cantidad de preparación de la solución alcalina Diana, el tiempo de adición de la solución madre alcalina concentrada y el tiempo de detección de la circulación de la solución alcalina. Los parámetros anteriores se ingresan en la ventana automática de configuración de parámetros del programa en el sistema de control, y se inicia el programa de preparación de soluciones alcalinas. Una vez que el programa de preparación se completa normalmente, la solución alcalina se muestrea y se prueba [4]. El proceso de preparación de la solución alcalina anterior se repite tres veces, y la muestra numLos bers son 1 #, 2 y 3 # respectivamente.

4,2 estándar aceptable

La concentración de solución alcalina después de tres preparaciones consecutivas está entre 0,07 y 0,08 mol/l.

Confirmación del parámetro 4,3

1) Parámetros fijos de la estación CIP y el equipo objetivo a limpiar

2) Determinar la cantidad de preparación de solución alcalina objetivo V. El diámetro de la tubería D de la ruta a limpiar es de 0,04 M. Al mapear el diagrama P & ID del proceso, la longitud total de la tubería en esta ruta es L = 60,7 M. La cantidad de preparación de la solución alcalina V se puede calcular mediante la fórmula de la Sección 2,5 anterior: V = 3,14 × (0,04/2)2 × 60,7 × 1 000 800 × 0,15 ~ 196 L3) Determinar el tiempo t1 para añadir solución madre alcalina concentrada. Aquí, 50% SOLUCIÓN DE NaOH se usa como solución madre alcalina concentrada. De lo anterior, sabemos que Q1 = 13,3 g/s, V = 196 L; el peso molecular de NaOH es 40g/mol, por lo que la cantidad de solución alcalina diana con una concentración de 0,1 mol es ρ1 = 0,1 mol× 40g/mol = 4G. El tiempo de adición T1 de solución madre alcalina concentrada se puede calcular mediante la fórmula en la Sección 2,7 anterior: T1 =(196x4/0.5)/13,3 ~ 118 S4) Determinar el tiempo de detección de la circulación de la solución alcalina T2. Se sabe que el volumen máximo del tanque de preparación de solución alcalina de la estación CIP n. ° 1 es Vmax = V = 196 L, Q2 = 2,8 L/s. El tiempo de detección del ciclo T2 se puede obtener mediante la fórmula de la sección 2,8 anterior: T2 = 196/2.8 = 70 s4.4 Resultados de la verificación de la preparación de la solución de álcali Resultados de la prueba de muestra: La concentración molar de la muestra 1 # es 0,07 mol/L, la concentración molar de la muestra 2 # es 0,08 mol/L, y la concentración molar de la muestra 3 # es 0,08 mol/L.

Conclusión de verificación: El rango de concentración de las tres preparaciones de solución alcalina está entre 0,07 y 0,08 mol/L. Resumen de verificación 4,5 A través de la verificación anterior, se puede confirmar que el método de preparación automática y precisa de la solución alcalina puede hacer que la preparación de la solución alcalina CIP cumpla con los requisitos de concentración precisa de álcali. Al mismo tiempo, la buena preparación de precisión de concentración de solución alcalina CIP en línea proporciona un fuerte apoyo para la limpieza cuantitativa de agua Purificada y Agua para inyección en los dos pasos después del CIP en línea. Al adoptar el método de preparación de solución alcalina precisa mencionado anteriormente, al tiempo que cumple con el efecto de limpieza, la cantidad de agua purificada y licor madre de álcali concentrado requerida para cada Paso de preparación de álcali se reduce en 34.7% en comparación con antes, y la cantidad de vapor industrial se reduce en 29% en comparación con antes, Reduciendo así el costo de la materia prima y el costo de consumo de energía del proceso, lo que tiene un efecto significativo en la mejora de la calidad y la eficiencia de la empresa.

Parte.05

Conclusión:

Este artículo propone una solución eficaz para la preparación precisa de soluciones alcalinas a través de investigaciones innovadoras sobre el proceso de control automatizado de la preparación de soluciones alcalinas CIP en empresas biofarmacéuticas. A través de la verificación y la evaluación, el método automatizado de preparación de solución alcalina funciona de manera estable y puede lograr un control preciso de los parámetros del proceso objetivo. Al mismo tiempo, también proporciona una base de demanda estable para la preparación de la cantidad de agua utilizada para la solución alcalina, la cantidad de licor madre de álcali concentrado, la cantidad de agua de inyección para el lavado, Y la cantidad de vapor industrial.

En el futuro, se pueden realizar más investigaciones sobre cómo lograr un control preciso de la cantidad óptima de agua utilizada para la limpieza mientras se logra el efecto de limpieza, para lograr el mejor control de costos y formar el método de limpieza CIP en línea más económico y efectivo.