Bild: Nikki Bodine

Prozessautomation & Messtechnik Reinstwasser unter der Lupe

04.04.2014

In der pharmazeutischen Industrie ist Reinstwasser die Grundlage fast aller Prozesse. Bei der Herstellung spielt seine Leitfähigkeit eine wichtige Rolle. Ein eigener Messumformer für jede Leitfähigkeitsmessstelle war zur Kontrolle bisher unabdingbar. Mit mehrkanaligen Messgeräten ist es jetzt aber möglich, die Leitfähigkeit an bis zu vier Stellen zugleich zu bestimmen.

Die Erzeugung von Reinstwasser zählt zu den wichtigsten Prozessen in der pharmazeutischen Industrie. Die Umkehrosmose ist das Herstellungsverfahren, das heute am weitesten verbreitet ist. Dabei wird Wasser entgegen seines osmotischen Drucks mit einem entsprechend höheren Druck durch eine semipermeable Membran gepresst und so von den im Wasser enthaltenen Ionen und Mineralstoffen getrennt. Zur Sicherstellung der gleichbleibend hohen Produktqualität ist hierbei eine regelmäßige Prozess- und Qualitätskontrolle notwendig.

Ultra-pure Water, Purified Water oder Water for Injection stellen unterschiedliche Qualitäten von Reinstwasser dar. Sie sind in Normen und Empfehlungen beschrieben, zum Beispiel von ASTM International (ursprünglich American Society for Testing and Materials), in der Pharmacopoea Europaea (Ph. Eur.), der United States Pharmacopeia (USP) und in DIN- oder ISO-Normen. Gemeinsam ist allen Reinstwässern, dass keine Verunreinigung vorliegen darf: Der Leitfähigkeitswert muss unter 1 μS/cm (bei 25 °C) liegen.

Als sicherste und zuverlässigste Methode zur Qualitätskontrolle gilt die Leitfähigkeitsmessung. Hierfür eignet sich die hochwertige Leitfähigkeitsmesszelle Jumo tecLine CR in Edelstahlausführung. Es stehen zwei Varianten – mit den Zellenkonstanten K = 0,01 bzw. 0,1 – zur Verfügung. Die Ausführung mit K = 0,01 deckt einen Messbereich von 0,05 bis 10 μS/cm ab. Sie ist daher sehr gut für den Einsatz im Rein- und Reinstwasserbereich geeignet.

Durch eine Verkürzung der aktiven Messelektroden erlauben die Leitfähigkeitsmesszellen den Einbau auch bei kleineren Rohrdurchmessern beziehungsweise Probevolumina. Die mediumsberührenden Teile sind aus Edelstahl 1.4435 (316L) in elektropolierter Qualität gefertigt. Für sie können Abnahmeprüfzeugnisse nach EN 10204 3.1 sowie Rauigkeitszertifikate (besser 0,8 μm gemäß Ph. Eur. beziehungsweise ASTM International) zur Verfügung gestellt werden. Die verwendeten Dichtungen und Kunststoffe entsprechen den Anforderungen der FDA und sind physiologisch unbedenklich. Die Zellenkonstante kann ausgemessen und mit ASTM-Prüfzeugnis bestätigt werden. Dies ist insbesondere bei Pharmawasser­anlagen von Bedeutung.

Zur Überwachung der Umkehrosmose bzw. für das Reinstwasser-Monitoring war es bisher notwendig, für jeden verwendeten Sensor einen eigenen Mess­umformer zu verwenden. Der Prozess wurde dann über einen Regler gesteuert und die Daten über ein Registriergerät aufgezeichnet. Je nach Größe der Anlage wurden hier unter Umständen auch mehrere Regler benötigt.

Das neue, modular aufgebaute Mehrkanalmessgerät Jumo Aquis Touch S reduziert diesen Aufwand beim Betrieb von Umkehrosmoseanlagen dagegen deutlich. Das Gerät kann nicht nur die verschiedenen Analysenparameter wie Leitfähigkeit und Redoxpotenzial gleichzeitig messen, sondern auch noch weitere Messgrößen wie zum Beispiel Temperatur, Druck und Durchfluss.

Druck, Temperatur und Durchfluss messen

Das Messgerät verfügt über vier autark arbeitende Regelkreise mit einem Regelalgorithmus für P-, PI-. PD- und PID-Regelung. Damit ist es möglich, die vier wichtigsten Messgrößen Leitfähigkeit, Druck, Temperatur und Durchfluss zu messen und zu regeln. Die integrierte Registrierfunktion bietet dem Anwender zusätzlich die Möglichkeit, die geregelten Daten fälschungssicher aufzuzeichnen und über Schnittstelle an ein übergeordnetes System zu übertragen. Hier können maximal zwei Gruppen mit bis zu vier analogen Werten und drei binären Signalen aufgezeichnet werden. Mit Hilfe der Softwarepakete PCC und PCA des Herstellers werden die Daten in eine Datenbank übertragen und können anschließend grafisch oder tabellarisch ausgewertet werden.

Ein Export der Daten in andere Tabellenverarbeitungsprogramme und das Importieren der Auswertungen in eigene Formulare ist ebenfalls möglich. Die Darstellung der Reinstwasserherstellung als Prozessbild im Gerät sorgt dafür, dass der Anwender den Prozess mit den aktuellen Messwerten immer vor Ort angezeigt bekommt. Ist der Aquis Touch S in ein LAN-Netzwerk integriert, kann mittels Webserver-Funktion auch eine Fernkontrolle der Anlage erfolgen. Durch eine abgestufte Nutzerregelung ist das Messgerät in den einzelnen Ebenen vor unsachgemäßer Bedienung geschützt.

Durch den anwenderfreundlichen Touchscreen kann sich der Betreiber schnell durch die einzelnen Darstellungen durchklicken. Gesetzte Signale wie zum Beispiel Kalibriertimer oder Alarme werden ihm deutlich am Bildschirm angezeigt oder auch per E-Mail oder SMS versendet. Der Aufbau des Geräts ermöglicht sowohl die Integration in ein bestehendes System mit zentraler SPS, aber auch die Nutzung als eigenständiges Mess- und Regelgerät zum Beispiel für kleine Insellösungen.

Weniger Aufwand – sicherer Prozess

Durch den Einsatz des Mehrkanalmessgeräts in einer Umkehrosmoseanlage können die Signale von bis zu vier Analysensensoren, wie zum Beispiel dem konduktiven Leitfähigkeitssensor Tecline CR desselben Herstellers in Kombination mit Redoxwert- und Drucksensoren gemessen, angezeigt, registriert und als Prozessparameter geregelt werden. Die Vorteile: Alle Messgrößen sind auf einen Blick überschaubar und die Messwerte können zur Dokumentation manipulationssicher gespeichert werden. Das All-Inclusive-Konzept ermöglicht geringen Bedarf bei Platz, Montage und Verdrahtung.

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