バイオプロセシングを過圧事象から守る

バイオプロセスを過圧イベントから保護: バイオリアクターの圧力安全管理は、作業者と作業中の高価値製品を保護します。

過去 30 年ほどにわたって、バイオプロセシングは、米国ボストン地域のライフサイエンス教育機関から生まれた研究ベースの企業の初期の時代から、伝統的な精密化学医薬品メーカーに匹敵する世界的な組織まで、指数関数的な速度で成長しました。 実際、医薬品製造業界の多くの世界的企業は、ファインケミカルとバイオプロセスの両方を実践しています。 バイオプロセシング活動は、研究および製造レベルの両方で、細胞および組織工学、ワクチン開発、農業用種子および植物の処理、栄養補助食品、生化学工学に至るまで、ますます広範囲の市場分野をカバーしています。

研究、開発、生産のいずれであっても、バイオプロセスの中心となるプロセスはバイオリアクターでサポートされます。バイオリアクターは、制御された細胞増殖が行われ、最終製品が保管され、そこから純水などの成分が供給される容器です。 バイオリアクターは、高純度の、多くの場合注射可能な製品を生産するための制御されたプロセスが行われる無菌環境を提供します。 プロセス自体が圧力か熱、または圧力と熱の両方を必要とするかどうかにかかわらず、密閉されたバイオリアクターは純度を維持するために定期的な滅菌が必要になります。 密閉された場合、バイオリアクターは ASME ボイラーおよび圧力容器コード規則に基づく圧力容器となり、設計圧力が 15 psig を超える場合には ASME 認定の圧力解放装置を取り付ける必要があります。

バイオリアクターへのラプチャーディスク圧力リリーフデバイスの主な適用手段は、無菌性と迅速な接続/迅速な切断機能によりバイオリアクターに最適な接続である、いわゆるトライクランプフィッティング内にあります。 「このクイックリリースの衛生的なスタイルの取り付けは、業界の初期からバイオプロセスで人気がありました」と、さまざまなプロセス用途向けの破裂板装置の大手サプライヤーである BS&B Safety Systems の開発ディレクター、Geof Brazier 氏は説明します。 「洗浄や検査の目的で簡単に着脱できるトライクランプフィッティングに取り付けることができる破裂板技術の開発は、バイオプロセシングが研究レベルで尊敬を集めていた1980年代後半にBS&Bが取り組んだ重要な設計課題でした。」

バイオリアクターは、圧力解放の絶対要件を定義する ASME (米国機械学会) の圧力容器コード要件に準拠した、滅菌処理および保管に使用される圧力容器です。 この要件を満たすために、ユーザーはラプチャー ディスクと圧力リリーフ バルブのどちらかを選択できます。 破裂板は、リリーフバルブよりもはるかにクリーンな構造を特徴としており、最小限の設置スペースしか占有しません。一般的に使用される少量のバイオリアクターでは、計装および安全装置の接続のためのスペースが限られていることが課題です。 破裂板の優れた清浄度は、これが無菌性を考慮する場合に最適な技術であることを意味します。 ASME コードでは、圧力リリーフバルブを、バルブがプロセスに直接接触しないように、通常はラプチャーディスク装置の下流で、ラプチャーディスク装置と組み合わせて使用​​することが許可されています。

適切なラプチャーディスクの選択

破裂板は、バイオリアクターなどの容器を過加圧 (または真空) 状態による損傷から保護する非再閉鎖型圧力解放装置です。 さまざまなデザイン、サイズ、形状、設定圧力でご利用いただけます。

破裂板のサイズと圧力設定はさまざまな業界のニーズに応じて異なりますが、ほとんどのバイオプロセス用途では、公称サイズが 1 インチから 4 インチで、30 ～ 60 psig の範囲で圧力を逃がす破裂板が必要です。 トライクランプ継手と互換性のあるラプチャーディスクの寸法は、従来のパイプフランジ配置に適用される寸法と比較して独特です。

専門家は、加工業者が「逆座屈」設計の破裂板を検討するようアドバイスしています。 荷重がドームの凹面側にかかる従来の順作用ディスクとは異なり、逆座屈設計では、ドームが荷重源に向かって反転します。 逆座屈ディスクは通常、薄くて取り扱いが難しい正作動ディスクよりも頑丈であるため、長期にわたる寿命、精度、信頼性が向上します。

逆座屈ラプチャーディスクは、作動時に破片が発生しないように設計されており、下流の圧力リリーフバルブをプロセスから隔離して気密性を確保し、バルブのメンテナンス費用を削減し、多くの場合、低コストのバルブトリムの使用を可能にするために、下流の圧力リリーフバルブと併用することをお勧めします。 。

重要な設計機能

バイオプロセシングが加速している業界のさまざまなユーザーにとって、他の設計機能も重要になる可能性があります。 たとえば、ディスクは、気体媒体と液体媒体の両方に対する過圧状態に対するフェールセーフ応答を提供する必要があります。 バイオプロセスの分野では、CIP/SIP (クリーン/スチーム・イン・プレイス) サービス用に設計されたラプチャー・ディスクがあり、プロセス流体とディスクの間に最小限の「デッド・スペース」を提供し、ラプチャー・ディスクの作動を知らせる衛生警告センサー・オプションを提供します。プロセス設計者にとって重要です。

バイオプロセス用途で使用されるほとんどの破裂板の推奨材料はステンレス鋼ですが、極度の腐食環境ではハステロイやタンタルのオプションも価値があります。

多くのユーザーは、適切なラプチャー ディスクを使用することに加えて、独自のラプチャー ディスク ガスケットに合わせて、右側のバイオリアクターの衛生入口フェルールに逆座屈ディスクを確実に取り付ける業界標準のトリクランプ接続を備えた出口フィッティングを使用することを好みます。方向！ BS&B が開発したこのタイプの接続とガスケットの配置は、破裂板の取り付け方向を間違えないようにするために役立ちます。 「当社の顧客の多くは、その装置が含まれていない破裂板を使用しないでしょう」と Brazier 氏は説明します。 「これらのユーザーは、バイオプロセス企業から装置メーカーまで多岐にわたります。その中には、バイオプロセス産業の主要資源であるプロセス容器に注入するための高純度水の貯蔵システムを製造する企業も含まれます。」

小型化の課題への対応

場合によっては、バイオリアクターおよび関連する貯蔵容器がより小型化されています。 このようなケースに対応するために、BS&B は 1 インチ トライクランプ接続互換性を備えた溶接 3/4 インチ ラプチャー ディスク アセンブリを提供しています。

破裂板の小型化には特有の課題があり、逆座屈技術を利用することで最もよく解決できると Brazier 氏は言います。 「バースト直径が小さくなると、逆座屈ディスクの設計が難しくなります」と彼は説明します。 「多くの意味で、それはラクダに針の穴を通そうとすることに似ています。」

この問題を解決するために、BS&B は、常に予測可能な方法で作動するように破裂板の反転を制御する新しい構造を作成しました。 これには、たとえば、事前に折りたたまれた逆座屈特性と前方膨らみ特性を組み合わせたハイブリッド形状が含まれます。 このタイプの設計では、通常、破裂ディスク構造に脆弱な線が配置され、リバースタイプのディスクが作動するときに特定の開口部の流れ領域を画定します。

詳細については、こちらをご覧くださいwww.bsbsystems.com