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Mass flow control for bioreactors
Biotechnology has led to breakthroughs in many areas of modern industry. From new products and the sophisticated use of raw materials, but also to more efficient and environmentally friendly production of known substances and necessary materials. In addition, consistent quality can be achieved through tightly controlled, repeatable bio-reactor processes.
Besides the pharmaceutical industry, bio processes are being researched to produce fuels in the quest for environmentally friendly fuel alternatives.
With fermentation processes, in which the bio-catalytic action of enzymes is used, pharmaceutical or chemical active ingredients are more efficiently produced under sustainable, high yield conditions.
The progression of laboratory processes to industrial scale operations has to be consistent. Mastery of these large-scale processes must now not only have the desired end product, but also cost-effectiveness. The precise determination of the operational parameters, quantities, dimensions and times is crucial and must be accurately recorded in the laboratory plant with ease. With the proper instrumentation, very small flows and dosing quantities can be precisely monitored and dispensed in R & D laboratories and in pilot prototype construction.
Large scale production plants need to be built with an eye on saving both space and costs, which is why the number of instruments and additional lines should be minimized. Measuring instruments are therefore needed which detect both very small and large quantities in single flow circuits, since these circuits must be designed for the greatest possible range of flow to keep production costs as low as possible.
In flow measurement technology this usable range is often problematic, as many measuring instruments in their lower measuring range have a much worse or even unacceptable performance specifications.
Another crucial point in the field of bio-processing are the materials requirements for all technical components.
The contamination of sensitive bio-reactor environments must be prevented, which is why high grade materials, especially elastomers, must be used in these processes.
In addition, equipment and pipes are often susceptible to backflows of system moisture and should remain functional under these conditions without requiring additional maintenance or cleaning.
And like most modern processes, digitization and connection to data systems require precise multi-parameter data acquisition and fast measurement reaction times to achieve control set points.
Another key factor in cost effective production of bio-process materials is the flexibility of instruments to change as the producer’s product offering changes. Processes need to be adapted to new insights and customer requirements. Of course, existing equipment, including measurement devices, should be able to be used without sending them to the manufacturer for reconfiguration.
For these requirements in bioreactor construction, such as upstream or downstream processes, conventional mass flow meters and controllers are often not suitable or very expensive, as they require many customizations to viably be used in the new process.
Flow measurement and control for the bioprocess industry
TrigasDM is now presenting a special mass flow controller for the bioprocess industry in the German market as Alicat’s sales and service partner. This new instrument delivers exactly what bioengineers and developers need without unnecessary features of typically offered, option laden, standard devices with higher price points.
The Alicat BIO series offers control ranges of 2000:1, which often means fewer MFCs to control all the flow ranges required for particular gases with high and low flow requirements in a system. The accuracy specification of these devices in special flow-sizes has an excellent +/- 0.5% of the measured value or +/- 0.1% of the final value in defined parts of the measuring range. Compared to the previous offerings, this specification is a groundbreaking improvement, since the final value error has so far been additional for all brand-standard products and is also twice as high.
With ultra-fast response times of only 10 ms and optional fast EtherCAT or EtherNet / IP interfaces, the BIO series is ideally suited for Pharma 4.0.
Our mass flow controller is resistant to inline water contamination and is only made of USP Class VI (FDA) corrosion-resistant elastomers, as well as 316L stainless steel, which are on the ASME recommendation list and do not contaminate the bioreactor environments. All units are also certified not to contain any animal components.
An ultra-sharp, modern color display provides an overview of the process status at a glance. In addition, each BIO device has innovative features such as „gas selection“.
This means that any device with CO2, air, O2, N2 or more than 100 other gases can be used without sacrificing precision or requiring recalibration. The conversion and adaptation to new requirements is done simply via the device menu.
The devices also feature innovative process diagnostics of valve drive percentage right on the display panel, and via the digital feed. So for example, if the position of the control valve begins to increase under the same flow conditions, it could indicate blockages in the systems or other potentially process damaging conditions to be investigated. Optionally, IP66 protection is also available.
Alicat underpins its high reliability with a lifetime warranty of the devices.
With the Alicat Bio-Series, TrigasDM is now at the forefront of the bioprocess industry in order to make processes highly repeatable and more precise, i.e. more efficient and cost-effective.
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Massendurchfluss Kontrolle für Bioreaktoren
Die Biotechnologie bringt in vielen Bereichen der modernen Wirtschaft den Durchbruch zu neuen
Werk- und Grundstoffen, aber auch zur effizienteren und umweltfreundlichen Herstellung von
bekannten und benötigten Materialien. Zudem kann durch kontrollierte Prozesse eine gleichbleibende
Qualität erreicht werden.
Im Lebensmittel- und Getränkebereich ist die Biotechnologie kaum noch wegzudenken. Aber auch Biotreibstoffe sind im Zuge des Umstiegs auf umweltfreundlichen Alternativen im Focus. Mit fermentativen Verfahren, bei denen die biokatalytische Wirkung von Enzymen genutzt wird, werden außerdem zunehmend pharmazeutische oder chemische Wirkstoffe unter besonders produktschonenden Bedingungen hergestellt.
Und schließlich ist der Transfer der Laboranlagen in industrielle Maßstäbe zu meistern, die nun nicht nur die gewünschte Funktion, sondern auch noch Wirtschaftlichkeit aufweisen müssen. Die genaue Festlegung der Parameter, Mengen, Dimensionen und Zeiten ist dabei entscheidend und muss bereits in der Laboranlage im kleinen Stil exakt erfasst werden. Daher sind oft sehr kleine Durchflüsse und Dosiermengen schon in den Laboren und im Prototypen-bau exakt zu überwachen.
Andererseits sollen die Anlagen kostengünstig und platzsparend gebaut werden, weshalb die Anzahl der Instrumente und zusätzlichen Leitungen so gering wie möglich gehalten werden soll. Es werden also Messgeräte benötigt, die sowohl sehr kleine, als auch große Mengen in Leitungen erfassen, da diese für die größtmöglichen Durchflüsse ausgelegt sein müssen.
In der Messtechnik ist das oft problematisch, da viele Messgeräte in ihrem unteren Messbereich eine wesentlich schlechtere oder sogar inakzeptable Performance aufweisen.
Ein weiterer entscheidender Punkt ist im Bereich der Bioprozesse die Anforderung an die Materialien aller verwendeten technischen Komponenten. Die Kontamination empfindlicher Bioreaktionsumgebungen muss unbedingt verhindert werden, weshalb viele Metalle und insbesondere auch Kunststoffe zur Verwendung ausscheiden.
Zudem werden Apparaturen und Leitungen oft durch Rückstau und interne Wassereinbrüche belastet und sollten unter diesen Bedingungen dennoch funktionsfähig bleiben, ohne höheren Reinigungs- und Wartungsaufwand zu erfordern.
Und wie alle modernen Verfahren, erfordert auch hier die Digitalisierung und Anbindung an Datensysteme eine exakte Datenerfassung und somit schnelle Reaktionszeiten von Mess- und Regeleinrichtungen. Was aber, wenn der Anlagenbetreiber die Zusammensetzung seiner Medien im Laufe der Zeit verändern will? Prozesse müssen angepasst werden an neue Erkenntnisse und Kundenanforderungen. Natürlich sollen dann vorhandene Apparaturen und auch die Messeinrichtungen weiter genutzt werden, möglichst ohne sie zum Hersteller zur Anpassung einzusenden.
Für diese Anforderungen im Bioreaktorbau, so wie vor- oder nachgelagerte Prozesse sind herkömmliche Massendurchflussmesser und -regler oft nicht geeignet oder sehr teuer, da sie viele Sonderfunktionen erfordern.
Durchflussmessung und -regelung für die Bioprozess-Industrie
TrigasDM präsentiert nun dem deutschen Markt als Vertriebs- und Servicepartner von Alicat einen speziellen Massendurchflussregler für die Bioprozess-Industrie, der genau das liefert, was Bioingenieure und -entwickler benötigen, ohne dass unnötige Features herkömmlicher Standardgeräte den Preis in die Höhe treiben.
Die Alicat BIO-Serie bietet Regelbereiche von 2000:1, wodurch oft mehrere Gasleitungen eingespart werden können. Zudem weist die Genauigkeitsspezifikation dieser Geräte in speziellen Durchflussgrößen hervorragende 0,5% des Messwertes oder 0,1% des Endwertes in definierten Teilen des Messbereichs. Im Vergleich zu den bisherigen Möglichkeiten ist dies eine bahnbrechende Verbesserung, da der Endwertfehler bisher bei allen marküblichen Produkten zusätzlich anfällt und zudem auch doppelt so hoch ist.
Mit ultraschnellen Reaktionszeiten von nur 10 ms und optionalen schnellen EtherCAT- oder EtherNet / IP-Schnittstellen ist die BIOSerie bestens für Pharma 4.0. geeignet.
Sie ist resistent gegen eine Inline-Wasserkontamination und wird nur aus korrosionsbeständigen Elastomeren der USP-Klasse VI (FDA), sowie Edelstahl 316L gefertigt, die auf der ASME Empfehlungsliste stehen und keine Kontamination der Bioreaktionsumgebungen verursachen. Alle Einheiten sind außerdem zertifiziert, keine tierischen Bestandteile zu enthalten.
Ein ultrascharfes, modernes Farbdisplay bietet auf einen Blick einen Überblick über den Prozessstatus. Darüber hinaus verfügt jedes -BIO-Gerät über innovative Funktionen wie die „Gasauswahl“.
Damit kann jedes Gerät mit CO2, Luft, O2, N2 oder mehr als 100 anderen Gasen verwendet werden kann, ohne dass es an Präzision verliert oder einer Neukalibrierung bedarf. Die Umstellung und Anpassung an neue Anforderungen erfolgt einfach im Gerätemenü.
Die Geräte verfügen außerdem über innovative Funktionen zur Prozessdiagnose, wie z. B. die Anzeige der Stellung des Regelventils, die als Indikator für die Auslastung des Reglers ausgewertet werden kann. Sollte das Ventil z. B. ungewöhnlich weit geöffnet sein, könnte dies auf Verstopfungen in den Leitungen oder andere Prozessstörungen hindeuten. Optional ist zusätzlich noch die Schutzart IP66 erhältlich. Die hohe Zuverlässigkeit wird von Alicat mit einer lebenslangen Garantie der Geräte untermauert.
Mit der Alicat Bio-Serie steht TrigasDM nun der Bioprozess-Industrie zur Seite, um Prozesse gleichzeitig sicherer und präziser, also auch effizienter und kostengünstiger zu gestalten.
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Die Biotechnologie bringt in vielen Bereichen der modernen Wirtschaft den Durchbruch zu neuen Werk- und Grundstoffen, aber auch zur effizienteren und umweltfreundlichen Herstellung von bekannten und benötigten Materialien. Zudem kann durch kontrollierte Prozesse eine gleichbleibende Qualität erreicht werden. Im Lebensmittel- und Getränkebereich ist die Biotechnologie kaum noch wegzudenken. Aber auch Biotreibstoffe sind im Zuge des Umstiegs auf umweltfreundlichen Alternativen im Focus. Mit fermentativen Verfahren, bei denen die biokatalytische Wirkung von Enzymen genutzt wird, werden außerdem zunehmend pharmazeutische oder chemische Wirkstoffe unter besonders produktschonenden Bedingungen hergestellt. Und schließlich ist der Transfer der Laboranlagen in industrielle Maßstäbe zu meistern, die nun nicht nur die gewünschte Funktion, sondern auch noch Wirtschaftlichkeit aufweisen müssen. Die genaue Festlegung der Parameter, Mengen, Dimensionen und Zeiten ist dabei entscheidend und muss bereits in der Laboranlage im kleinen Stil exakt erfasst werden. Daher sind oft sehr kleine Durchflüsse und Dosiermengen schon in den Laboren und im Prototypen-bau exakt zu überwachen.
Andererseits sollen die Anlagen kostengünstig und
platzsparend gebaut werden, weshalb die Anzahl der
Instrumente und zusätzlichen Leitungen so gering wie
möglich gehalten werden soll. Es werden also
Messgeräte benötigt, die sowohl sehr kleine, als auch
große Mengen in Leitungen erfassen, da diese für die
größtmöglichen Durchflüsse ausgelegt sein müssen.
In der Messtechnik ist das oft problematisch, da viele
Messgeräte in ihrem unteren Messbereich eine
wesentlich schlechtere oder sogar inakzeptable
Performance aufweisen.
Ein weiterer entscheidender Punkt ist im Bereich der
Bioprozesse die Anforderung an die Materialien aller
verwendeten technischen Komponenten. Die
Kontamination empfindlicher
Bioreaktionsumgebungen muss unbedingt verhindert werden, weshalb viele Metalle und insbesondere
auch Kunststoffe zur Verwendung ausscheiden.
Zudem werden Apparaturen und Leitungen oft durch Rückstau und interne Wassereinbrüche belastet
und sollten unter diesen Bedingungen dennoch funktionsfähig bleiben, ohne höheren Reinigungs- und
Wartungsaufwand zu erfordern.
Und wie alle modernen Verfahren, erfordert auch hier die Digitalisierung und Anbindung an
Datensysteme eine exakte Datenerfassung und somit schnelle Reaktionszeiten von Mess- und
Regeleinrichtungen.
Was aber, wenn der Anlagenbetreiber die Zusammensetzung seiner Medien im Laufe der Zeit
verändern will? Prozesse müssen angepasst werden an neue Erkenntnisse und Kundenanforderungen.
Natürlich sollen dann vorhandene Apparaturen und auch die Messeinrichtungen weiter genutzt
werden, möglichst ohne sie zum Hersteller zur Anpassung einzusenden.
Für diese Anforderungen im Bioreaktorbau, so wie vor- oder nachgelagerte Prozesse sind
herkömmliche Massendurchflussmesser und -regler oft nicht geeignet oder sehr teuer, da sie viele
Sonderfunktionen erfordern.
Durchflussmessung und -regelung für die Bioprozess-Industrie
TrigasDM präsentiert nun dem deutschen Markt als Vertriebs- und Servicepartner von Alicat einen
speziellen Massendurchflussregler für die Bioprozess-Industrie, der genau das liefert, was
Bioingenieure und -entwickler benötigen, ohne dass unnötige Features herkömmlicher Standardgeräte
den Preis in die Höhe treiben.
Die Alicat BIO-Serie bietet Regelbereiche von 2000:1, wodurch oft mehrere Gasleitungen eingespart
werden können. Zudem weist die Genauigkeitsspezifikation dieser Geräte in speziellen
Durchflussgrößen hervorragende 0,5% des Messwertes oder 0,1% des Endwertes in definierten
Teilen des Messbereichs. Im Vergleich zu den bisherigen
Möglichkeiten ist dies eine bahnbrechende Verbesserung, da der
Endwertfehler bisher bei allen marküblichen Produkten zusätzlich
anfällt und zudem auch doppelt so hoch ist.
Mit ultraschnellen Reaktionszeiten von nur 10 ms und optionalen
schnellen EtherCAT- oder EtherNet / IP-Schnittstellen ist die
BIOSerie bestens für Pharma 4.0. geeignet.
Sie ist resistent gegen eine Inline-Wasserkontamination und wird nur aus korrosionsbeständigen Elastomeren der USP-Klasse VI (FDA), sowie Edelstahl 316L gefertigt, die auf der ASME Empfehlungsliste stehen und keine Kontamination der Bioreaktionsumgebungen verursachen. Alle Einheiten sind außerdem zertifiziert, keine tierischen Bestandteile zu enthalten. Ein ultrascharfes, modernes Farbdisplay bietet auf einen Blick einen Überblick über den Prozessstatus. Darüber hinaus verfügt jedes -BIO-Gerät über innovative Funktionen wie die „Gasauswahl“. Damit kann jedes Gerät mit CO2, Luft, O2, N2 oder mehr als 100 anderen Gasen verwendet werden kann, ohne dass es an Präzision verliert oder einer Neukalibrierung bedarf. Die Umstellung und Anpassung an neue Anforderungen erfolgt einfach im Gerätemenü. Die Geräte verfügen außerdem über innovative Funktionen zur Prozessdiagnose, wie z. B. die Anzeige der Stellung des Regelventils, die als Indikator für die Auslastung des Reglers ausgewertet werden kann. Sollte das Ventil z. B. ungewöhnlich weit geöffnet sein, könnte dies auf Verstopfungen in den Leitungen oder andere Prozessstörungen hindeuten. Optional ist zusätzlich noch die Schutzart IP66 erhältlich. Die hohe Zuverlässigkeit wird von Alicat mit einer lebenslangen Garantie der Geräte untermauert. Mit der Alicat Bio-Serie steht TrigasDM nun der Bioprozess-Industrie zur Seite, um Prozesse gleichzeitig sicherer und präziser, also auch effizienter und kostengünstiger zu gestalten.
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