WFI-Kreislauf: Mit lokalen Regelkreisen aus Ventilen und Sensorik Sicherheit erhöhen und Betriebskosten sparen

Wird zu viel WFI aus dem Kreislauf entnommen, entstehen unnötige Mehrkosten. Für die Regelung der WFI-Entnahme können Membranventile genutzt werden, da sie den hohen gesetzlichen Hygienestandards in der Pharmaindustrie entsprechen – allerdings sind sie relativ ungenau. Zum Ausgleich werden häufig teure, schwere Regelantriebe speziell für diese Aufgabe konzipiert.

Soll

Regelverhalten (Ist)

Die durchgängige Überwachung des WFI-Loops soll die Produktionsprozesse absichern und die Anlagenverfügbarkeit gewährleisten – mit möglichst geringem personellem Aufwand. Gleichzeitig dient sie dazu, den zahlreichen Regelungen und Vorschriften in der Pharmaindustrie zu entsprechen, die eine lückenlose Dokumentation der Messparameter für eine eindeutige Rückverfolgbarkeit fordern.

Zur Kontrolle des WFI-Durchflusses an den Entnahmestellen kommen in herkömmlichen Aufbauten oft Coriolis-Messgeräte zum Einsatz, die in der Regel jedoch teuer in Anschaffung und Betrieb sind. Weil sie die Rohrleitung verringern, steigern sie die Pumpkosten. Größe und Gewicht machen sie darüber hinaus unhandlich in der Montage.

Geschwindigkeit und Temperatur im WFI-Kreislauf sollten stets richtlinienkonform sein, damit sich kein schädlicher Biofilm in den Rohrleitungen absetzt. Er würde das Purified Water und somit die pharmazeutischen Produkte verunreinigen. Deshalb überwachen Durchfluss- und Temperatursensoren den Prozess. In herkömmlichen Anwendungen kommen häufig Ultraschall-Clamp-on-Sensoren zum Einsatz, die allerdings aufwändig kalibriert werden müssen, störanfällig und vergleichsweise ungenau sind.

Temperatur

Geschwindigkeit

Aufbereitung und Lagerung von Water for Injection schlagen erheblich bei den Betriebskosten zu Buche. Daher wird konstant der tägliche WFI-Verbrauch möglichst genau bestimmt. Zudem sind Rückschlüsse auf mögliche Fehler in bestimmten Prozessschritten möglich, falls der Tagesverbrauch etwa ungewöhnlich hoch sein sollte. Die Messung geschieht oft mithilfe von Ultraschall-Clamp-on-Sensoren, die allerdings fehleranfällig sind, so dass eine exakte Tagesmengenbestimmung mit ihnen nur schwer durchführbar ist.

Durchflussmesser, Temperatursensoren, Regelventile und andere Komponenten sind oft an schwer zugänglichen Stellen in einer Anlage bzw. Maschine angebracht. Darüber hinaus sind die Geräte meist groß und schwer. Diese Faktoren erschweren in der Regel sowohl die Montage als auch die spätere Wartung im Produktionsalltag.

Die Bürkert-Regelungslösungen passen jeweils genau zu den jeweiligen Kundenanforderungen. So stellt ein lokaler Regelkreis zur Entnahme von Reinstwasser für den Produktionsprozess im Zusammenspiel mit individuell ausgelegten Komponenten eine äußerst präzise Wasserdosierung sicher. Dank schneller Reaktionszeiten kann das Ventil bei unerwünschten Prozessabweichung sofort schalten. Überdosierungen gehören damit der Vergangenheit an, die Effizienz der Anlage steigt.

Prozesskontrolle

Positionskontrolle des Ventils

Soll-Wert

Für Anwendungen, die eine hochpräzise Steuerung erfordern und bei denen Druckluft nicht verfügbar bzw. unerwünscht ist, bieten elektromotorisch angetriebenen Ventile eine perfekte Lösung. Dank einer höheren Auflösung kann die Regelung damit noch exakter stattfinden als mit pneumatisch betriebenen Ventilen. Durch eine fast stufenlose Betätigung des Ventils lässt sich die durchströmende WFI-Menge sehr fein regeln, was einen „Over-shoot“ beim Betätigen des Regelventils verhindert.

Herkömmliches Ventil        Pneumatisches Membran-Regelventil Typ 2104        Elektromotorisches Membran-Regelventil Typ 3363

Soll

Regelverhalten (Ist)

Feinste Regelung ohne „Overshoot“

Um Druckluft zu erzeugen, ist Strom nötig – und der kostet Geld. Herkömmliche Ventiltechnik erfordert eine ständige Versorgung mit Druckluft, um die Dampfzufuhr über das Prozessventil zu regeln und so die exakte WFI-Steuerung zu gewährleisten. Bürkert dagegen nutzt die Magnetventil-Technologie, bei der nur Druckluft benötigt wird, wenn sich die Ventilstellung ändern soll. Das reduziert den Energieverbrauch und somit die Betriebskosten erheblich.

Druckluftverbrauch Düse-Prallplatte-Prinzip

Druckluftverbrauch Bürkert-Magnetventil-Prinzip

Bewegung

Bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte sind die exakte Regelung des WFI-Kreislaufs und die Dokumentation der entsprechenden Parameter exakt vorgeschrieben. Die Entnahmeprozesse aus dem WFI-Kreislauf können allerdings nur dann präzise gesteuert werden, wenn die Regelventile passend ausgelegt sind. Hier unterstützt Bürkert, damit dank der richtigen Dimensionierung der Hubbereich des Ventils optimal ausgenutzt und eine ausreichende Durchflussreserve sichergestellt wird.

           Ventil ist zu klein ausgelegt                            Ventil ist optimal ausgelegt                             Ventil ist zu groß ausgelegt

Kv-Wert (Kv)

Durchfluss (q)

Hubbereich

Durchfluss-Reserve

Um hygienische, hochpräzise Durchflussmessungen durchführen zu können, haben die Bürkert-Ingenieure FLOWave entwickelt. Dank der innovativen SAW-Technologie lassen sich Volumendurchfluss und Temperatur ganz ohne Sensorelemente im Messrohr ermitteln – unabhängig von der Leitfähigkeit der Medien. Die neue Art der Messung im Rohr ist besonders genau, erleichtert die Integration in den WFI-Loop und minimiert das Kontaminationsrisiko: Wo kein Totraum, da keine Verunreinigung.