Betrouwbare flowregeling voor bioreactoren

Hoe realiseer je een betrouwbare flowregeling voor je bioreactor?

In bioreactors vinden delicate processen plaats om biologische materialen te vermeerderen. Deze processen werken met stoffen waarvan de waarde soms niet eens in geld is uit te drukken, omdat ze een belangrijke stap kunnen zijn op weg naar een nieuw vaccin of een nieuwe behandeling.

Wij zetten ons in voor onze klanten in de biotechindustrie om bioreactors uit te rusten met betrouwbare en reproduceerbare massflowregelaars.Voor deze blog hebben we Dion Oudejans en Vincent Hengeveld, Product Managers bij Bronkhorst, geïnterviewd over betrouwbare flowregelaars.

Betrouwbaarheid verwijst naar het kenmerk dat men erop kan vertrouwen dat iets of iemand aan de wensen of behoeften voldoet (definitie Oxford Dictionary). Vincent en Dion leggen uit dat ons streven naar betrouwbaarheid op verschillende pijlers berust.

mass flow controller parameter for bioreactor

Waarom noemen we onze flowcontrollers 'betrouwbaar'?

Onze massflow instrumenten maken gebruik van robuuste sensoren en kleppen, hebben stabiele elektronica en firmware, en zijn de beste in hun klasse wat betreft MTBF - Mean Time Between Failure - gegevens (gebaseerd op de IEC 61508 standaard).
Bovendien worden de traceerbaarheid en nauwkeurigheid van het materiaal gewaarborgd door materiaal- en kalibratiecertificaten, wat resulteert in een verbeterde betrouwbaarheid voor het biologische proces.

Kunnen jullie uitleggen wat die verklaring van hoge nauwkeurigheid betekent en waarom dit een belangrijk selectiecriterium is voor onze klanten in de biotechindustrie?

Bronkhorst MTBF Statement

Waarom is een nauwkeurige gasflowregeling nodig?

Optimale nauwkeurigheid en ratio’s zijn nodig om de biologische stof onder de juiste omgevingscondities te laten groeien. Tijdens een bioreactorcampagne groeit de biologische stof in de loop van de tijd en tijdens dit proces is een toenemend flowbereik vereist. Er zijn zowel lage als hoge flowbereiken nodig.

Hoe wordt de gasflow geregeld?

Voor deze toepassingen heeft Bronkhorst massflowcontrollers op basis van betrouwbare en nauwkeurige capillaire bypass technologie en kleptechnologie. Hiermee kan een dynamische flow tot 1: 1000 worden bereikt, wat zorgt voor lage en hoge flow die voor het groei proces nodig zijn.

Massflowregelaars die gebruik maken van capillaire bypass-technologie, hebben binnenin een buisvormige flowsensor die parallel - in bypass - aan het hoofdkanaal is geplaatst. De gasflow wordt nauwkeurig gesplitst richting flowsensor en de hoofdstroom. Deze technologie maakt betrouwbare en nauwkeurige flowmeting en -regeling mogelijk voor alle betreffende gassen.

Video uitleg over het princpe van bypass technology

Flowsensor gebruikt in de capillaire bypass technologie

Slechts een deel van de gasflow gaat door de sensor en wordt opgewarmd door twee verwarmingselementen (RHT1 en RHT2). De gasflow door de flowsensor is een proportionele maat voor de totale flow door het instrument. Door de homogene aard van de temperatuurverdeling in de sensor zijn alleen de flowsnelheid, de dichtheid en de warmtecapaciteit van het gas bepalend voor het uitgangssignaal van de flow (Q, ρ, Cp).

Hierbij kan een nauwkeurige omrekeningsfactor (gebaseerd op ρ en Cp) worden toegepast om de stroomsnelheid van andere gassen dan het kalibratiegas te berekenen.

Betrouwbaarheid in de tijd – het MTBF-cijfer

Mean Time Between Failures (MTBF) wordt gebruikt als maatstaf voor de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van producten. MTBF voorspelt de tijd dat apparatuur in bedrijf is tussen storingen of onderbrekingen in. Er zijn verschillende methoden om de MTBF-waarde te berekenen, waarbij de IEC 61508 op basis van de Exida componentendatabase de industrienorm is. Met MTBF-rating van meer dan 130 jaar voor de belangrijkste productlijnen in de biotechindustrie zijn wij de beste in onze klasse.

Eenvoudige kalibratie ter plaatse

Dankzij de conversiemethode en de gratis softwaretools kun je de instrumenten in het veld gemakkelijk ijken met lucht en stikstof. Op deze manier kun je de hoge nauwkeurigheid van het instrument handhaven, zoals gedocumenteerd in het kalibratiecertificaat dat bij het instrument is geleverd.

bioreactor in gebruik bij vergisting en gisting

Bioreactor in fermentor

Intelligente flowregelaars voor bioreactorprocessen

Vooral voor bioreactorprocessen, wanneer je met waardevolle stoffen werkt, is het zeer nuttig als je de "gezondheid" van je instrumenten kunt controleren om de continuïteit van het proces te waarborgen. Hiervoor zijn verschillende parameters & diagnoses interessant:

het meten van de interne temperatuur van het apparaat en het detecteren van temperatuurschommelingen om de kwaliteit van het product te verbeteren;
een responsalarm om te monitoren of de flowregelaar zijn setpoint binnen de gespecificeerde grenzen bereikt en handhaaft. Het instrument kan hiermee aangeven of de inlaatdruk te laag is, bijvoorbeeld als een gasfles bijna leeg is, of om verstoppingen in het systeem op te sporen.
een inschakelalarm en een herstartfunctie – na een stroomstoring kan het proces doorgaan door rechtstreeks terug te gaan naar het laatste setpoint
meet- en klepstuursignaal – door de waarden van deze parameters in de tijd te vergelijken, kun je detecteren of er iets is veranderd in de opstelling, bijvoorbeeld een variatie in inlaatdruk of verstopping of slijtage van onderdelen in de opstelling. In dat geval wordt onderhoud geadviseerd.

Bekijk onze bioreactor marktpagina voor meer informatie over flow meters en controllers voor bioreactoren en fermentatie.