Ein konsequentes Hygienic-Design-Konzept für Produktionsanlagen in der sterilen Verfahrenstechnik macht die Abläufe sicherer, effizienter und zudem nachhaltiger.

Bild: iStock, Jobalou

Plattenfedermanometern Druck in allen Hygieneprozessen sicher messen

17.09.2021

Minimiertes Risiko, weniger Betriebskosten, mehr Nachhaltigkeit – die Vorteile von Hygienic Design in der sterilen Verfahrenstechnik sind unbestritten und reichen über die produktberührten Anlagenteile hinaus. Was daraus für die notwendige Messtechnik folgt, zeigt das Beispiel einer Serie von hygienegerechten Plattenfedermanometern.

Totraumfreie Prozessumgebungen, Bauteile in fließender Form und hochwertige Oberflächenqualitäten: Hygienic Design ermöglicht eine Reinigung, die keine Ablagerungen zulässt. Es beugt einer Bildung von Mikroben vor, die nachfolgende Batches kontaminieren und im schlimmsten Fall ruinieren könnten.

Zugleich reduziert Hygienic Design aufgrund seines hohen Wirkungsgrads die Dauer des Reinigungsverfahrens sowie den Verbrauch von Reinigungsmitteln, Wasser und Energie. Die Unternehmen senken damit nicht nur die Betriebskosten (OPEX), sie erhöhen darüber hinaus die Nachhaltigkeit ihrer Produktion.

Hygienic Design: ganz oder gar nicht

Eine Anlage ist allerdings nur dann wirklich reinigungsgerecht gestaltet, wenn alle Komponenten ein Hygienic Design aufweisen. Im Fall der Messtechnik sollte sich die Ausführung daher nicht nur auf die medienberührten Teile beschränken, sondern zum Beispiel eine Außenreinigung oder den Einsatz in einer Reinraum-Umgebung mit einbeziehen.

Bei den in erster Linie für Pharma-Applikationen entwickelten Plattenfedermanometern der Reihe PG43SA von Wika ist deshalb das komplette Gerät im Hygienic Design konzipiert. Bei der Entwicklung wurden alle Vorgaben des US-Standards ASME BPE (Bio Processing Equipment) umgesetzt, die auf Plattenfedermanometer anwendbar sind.

Die Druckaufnahme erfolgt, wie in der sterilen Verfahrenstechnik üblich, über eine frontbündige Membran. Die prozessabgewandten Teile der Geräte sind von selbstentleerender Form, damit Reinigungsmittel restlos abfließen. Statt eines Bajonettverschlusses verbindet ein Bördelring die Sichtscheibe mit dem Gehäuse, was zugleich den Zeiger vor Manipulationen schützt.

Die 3A- und EHEDG-zertifizierten PG43SA-Typen eignen sich für CIP/SIP-und Wash-Down-Reinigungsprozesse. Alle sind zudem autoklavierbar, sie können daher bei einer Sterilisation im Autoklaven, zum Beispiel eines Mobiltanks, installiert bleiben.

Erfolgreiche Testreihe

Die regelmäßigen Reinigungsdurchgänge zwischen einzelnen Batches verlangen jeder Art Messinstrument einiges ab. Während des prozessseitigen Dampfsterilisierens (SIP) sind sämtliche Geräte einem hohen Energieeintrag ausgesetzt, der auf Dauer ihre Alterung fördert. Die Hygienic-Design-Plattenfedermanometer von Wika sind entsprechend widerstandsfähig ausgelegt: Nach einer Testreihe gemäß des ASME BPE Appendix J mit 100 SIP-Zyklen bei einer Temperatur von 130 °C über 60 Minuten trat bei keinem Probanden ein Drift auf. Die Geräte müssen daher nicht öfter als üblich kalibriert werden, was die Anlagenverfügbarkeit erhöht.

Bei der Außenreinigung des Equipments können die eingesetzten Chemikalien über das für die Relativdruckmessung notwendige Belüftungsloch in das Manometer gelangen. Dessen Werkstoffe, nahezu ausschließlich hochlegierte Edelstähle und Inconel, halten den typischen Konzentrationen der Reinigungsmittel folgenlos stand. In einigen Fällen jedoch werden extrem aggressive Substanzen versprüht, die in Verbindungen mit hohen Temperaturen das Gehäuseinnere mit der Zeit angreifen und die Lebensdauer des Messgeräts somit verkürzen können.

Um das Manometer in solchen Fällen dauerhaft zu schützen und einen vorzeitigen Gerätewechsel zu vermeiden, gibt es den Typ PG43SA-S jetzt auch in einer Ausführung mit Belüftungsventil. Das Ventil bleibt während der Druckmessung geöffnet und wird vor der Reinigung geschlossen (Schutzart IP68). Die Flügelmutter zur Ventileinstellung und die Ventildichtung sind hygienekonform.

Höhere Prozesssicherheit

Ungeachtet des Designs eignen sich Plattenfedermanometer allein wegen ihres Prinzips der „trockenen“ Messzelle für Pharma- und Food-Applikationen. Die Druckübertragung über das elastische Messglied erfolgt rein mechanisch und ohne eine Flüssigkeit, die im Fehlerfall das Produkt kontaminieren könnte.

Darin besteht der wesentliche Unterschied zu Druckmittlern. Die Plattenfeder ist zudem bis zu fünfmal stärker als die sensitive Membran eines Druckmittlers und somit entsprechend widerstandsfähiger. Plattenfedermanometer, die ohnehin einer Überlast bis zum Fünffachen des Nenndrucks standhalten, erhöhen auch auf diese Weise die Prozesssicherheit.

Für die PG43SA-Serie wurde passend zu der in der sterilen Verfahrenstechnik gängigen Prozessanschlussgröße von 1,5 Zoll eine Plattenfeder mit nur 35 mm Durchmesser entwickelt. Sie hat aufgrund ihrer Wellenkontur und Materialstärke eine Messqualität wie eine typische Prozessgeräte-Feder, die bei einem vergleichbaren Druckbereich mehr als doppelt so groß wäre. Das Messglied ermöglicht somit auch einen platzsparenden Einbau.

Angesichts der zunehmenden Bedeutung der Individualmedizin in der Pharmaindustrie mit kleinen Einheiten spielt Kompaktheit eine zentrale Rolle bei der Instrumentierung. Der dafür konzipierte Typ PG43SA-C verfügt über einen Prozessanschluss, der ins Gehäuse integriert ist. Diese patentierte Lösung ermöglicht den Einsatz des Geräts selbst in sehr engen Umgebungen, wie bei kleinen Mobiltanks.

Einsatz in der Pharmaproduktion

Die Hygienic-Design-Plattenfedermanometer können aufgrund ihrer Features in allen Bereichen einer Pharmaproduktion eingesetzt werden, in Fermentern und Filtrationssystemen, an Rohrleitungen und Transportbehältern sowie unter Reinraum-Bedingungen. Die mechanische Drucküberwachung hat dort – bei aller Digitalisierung – weiterhin ihre Berechtigung. Sie liefert auch beim Herunterfahren des Prozesses oder bei Stromausfall eine zuverlässige Druckinformation. Anwender erfahren auf einen Blick, ob zum Beispiel ein Tank drucklos ist und somit ohne Gefahr geöffnet werden kann.

Die Druckmessung in einem Tank ist vor allem beim Produkttransport in mobilen Einheiten elementar. Sie dient unter anderem dazu, die Dichtheit der Behälter zu kontrollieren. Zugleich müssen potenzielle Gefahren, die von den Messgeräten ausgehen könnten, ausgeschlossen werden.

Auf diese Anforderung hat Wika den Typ PG43SA-D mit integrierter Federbruchüberwachung und -anzeige zugeschnitten, ebenfalls ein patentiertes System. Bei dieser Geräteausführung ist der Raum hinter der Plattenfeder evakuiert. Sollte das Messglied wider Erwarten in Folge extremer Überbelastung oder grober mechanischer Einflüsse beschädigt werden, wird das Vakuum aufgehoben und die Anzeige auf dem Zifferblatt springt unmittelbar auf Rot. Selbst im Fall eines Federbruchs kommt es zu keiner Kontamination: Eine im Messgerät integrierte zweite Barriere hält die hermetische Trennung von Umgebung und Prozess zuverlässig aufrecht und gewährleistet so die Reinheit des Produkts.

Bildergalerie

  • Bei den in erster Linie für Pharma-Applikationen entwickelten Plattenfedermanometern der Reihe PG43SA ist das komplette Gerät im Hygienic Design konzipiert.

    Bild: Wika

  • Um einen vorzeitigen Gerätewechsel zu vermeiden, gibt es den Typ PG43SA-S in einer Ausführung mit Belüftungsventil.

    Bild: Wika

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