Донная магнитная мешалка для реактора и емкости

Основные элементы системы:

• электродвигатель;
• редуктор или прямой привод;
• наружный магнитный ротор;
• герметичная разделительная часть;
• внутренний магнитный ротор;
• рабочее колесо или импеллер;
• опорный узел;
• датчик скорости по конфигурации;
• система управления.

Наружный магнитный ротор вращается от двигателя.

Магнитное поле приводит в движение внутренний ротор и соединенный с ним импеллер.

Между наружной и внутренней частью сохраняется герметичный барьер, поэтому механическое соединение через стенку сосуда отсутствует.

Конструкции магнитных мешалок различаются.

В одних моделях внутренний ротор опирается на подшипниковый узел, контактирующий с продуктом.

В других используется приподнятый или левитирующий импеллер.

Поэтому характеристики одной модели нельзя автоматически переносить на все магнитные мешалки.

Как формируется поток

Импеллер может создавать:

• осевой поток вдоль вертикальной оси;
• радиальный поток к стенкам;
• комбинированную циркуляцию;
• мягкое поддерживающее перемешивание;
• более интенсивное растворение компонентов.

Геометрия рабочего органа влияет на расход жидкости, локальную сдвиговую нагрузку, время смешения и потребляемую мощность.

Для продукта важно движение по всему рабочему объему, включая зону днища и стенок.

Главная область применения — процессы, где продуктовый контур должен оставаться герметичным и пригодным для воспроизводимой санитарной обработки.

Фармацевтические реакторы

В фармацевтических реакторах магнитная мешалка может использоваться при приготовлении:

• инъекционных и инфузионных растворов;
• питательных сред;
• буферных растворов;
• биопрепаратов;
• промежуточных фармацевтических продуктов;
• растворов с повышенными требованиями к чистоте.

Для таких установок одновременно проектируются перемешивание, температурный контур, пробоотбор, клапанная обвязка, CIP/SIP и автоматизация.

Биореакторы

В биореакторах мешалка распределяет клетки, питательные компоненты, температуру и подаваемые газы по рабочему объему.

Подбор выполняется с учетом чувствительности культуры к сдвиговому воздействию, требований к кислородному переносу и режима культивирования.

Магнитный привод особенно интересен для закрытых биотехнологических процессов, однако его применение должно подтверждаться расчетом перемешивания и аэрации.

Сам факт герметичной передачи момента не гарантирует нужное время смешения или перенос кислорода.

Стерильные емкости хранения

В накопительной емкости мешалка может:

• поддерживать однородность продукта;
• предотвращать оседание;
• выравнивать температуру;
• сохранять суспензию;
• обеспечивать равномерную подачу на следующую стадию.

В подобных задачах часто требуется мягкое перемешивание на низкой скорости.

Для чувствительных биологических продуктов чрезмерное механическое воздействие может быть нежелательно.

Приготовление сред и буферов

При растворении порошков магнитная мешалка должна создавать циркуляцию, достаточную для смачивания и распределения компонентов.

Для большого количества сухого сырья или труднорастворимых веществ может потребоваться более мощный рабочий орган, специальный узел загрузки либо дополнительный рециркуляционный контур.

Магнитный привод подходит не для каждой задачи.

Выбор между ним и верхнеприводной мешалкой выполняется по совокупности параметров процесса.


Когда магнитный привод предпочтителен

• требуется закрытый продуктовый контур;
• критично уменьшение числа динамических уплотнений;
• выполняется стерильный или асептический процесс;
• продукт имеет низкую или умеренную вязкость;
• нужна работа при небольшом остаточном объеме;
• важна полная дренируемость;
• перемешивание должно быть мягким;
• аппарат включен в автоматизированный CIP/SIP-контур.

Когда разумнее верхний привод

• продукт имеет высокую вязкость;
• требуется большой крутящий момент;
• необходимо несколько рабочих органов на валу;
• в процессе меняется реология продукта;
• нужно интенсивное диспергирование;
• аппарат имеет большую высоту заполнения;
• требуется якорная, рамная или скребковая система.

Полный выбор перемешивающего устройства выполняется по характеристикам продукта и технологической операции, а не только по требованиям к герметичности.

Магнитная муфта устраняет проходной вращающийся вал, но санитарность всей системы зависит от конструкции аппарата.

При проектировании оцениваются:

• форма днища;
• положение импеллера;
• доступ моющей среды;
• дренируемость;
• зазоры;
• опорный узел;
• материалы втулок и подшипников;
• шероховатость поверхности;
• сварные соединения;
• отсутствие непромываемых полостей;
• возможность осмотра и обслуживания.

Продуктоконтактные детали должны быть совместимы с рабочей средой, моющими растворами и температурой стерилизации.

Для фармацевтического оборудования обычно рассматривается AISI 316L, а конкретные требования к поверхности, уплотнениям и материалам фиксируются в техническом задании.

Мойка на месте

Во время CIP моющая среда должна охватывать:

• поверхность импеллера;
• зону под рабочим органом;
• опорный узел;
• днище;
• патрубки;
• сливной клапан.

Некоторые конструкции допускают медленное вращение рабочего органа во время мойки, что помогает удалять остатки из зон сопряжения. Такая возможность зависит от модели и должна быть подтверждена производителем.

Для реактора или емкости магнитная мешалка проектируется совместно с CIP/SIP-системой.

Отдельно определяются параметры мойки, расход, температура, концентрация раствора, продолжительность цикла и критерии финального ополаскивания.

Стерилизация на месте

При SIP проверяются:

• температурная стойкость компонентов;
• удаление воздуха;
• прогрев узла;
• отвод конденсата;
• контролируемое охлаждение;
• сохранение работоспособности магнитов;
• допустимое число циклов.

Для подачи стерилизующего пара в технологический контур может использоваться генератор чистого пара.

Магнитная мешалка не делает емкость стерильной автоматически.

Стерильность формируется конструкцией всего аппарата, санитарной обвязкой, подтвержденным режимом SIP и правильной эксплуатацией.

Магнитные мешалки часто выбирают для жидких и умеренно вязких сред.

Предельная вязкость не должна задаваться одной универсальной цифрой, поскольку возможности зависят от:

• объема сосуда;
• диаметра импеллера;
• мощности двигателя;
• магнитного момента;
• геометрии емкости;
• высоты заполнения;
• плотности продукта;
• наличия твердых частиц;
• требуемого времени смешения.

Крутящий момент

При росте вязкости повышается сопротивление вращению. Если требуемый момент превысит возможности магнитной муфты, внутренний и внешний роторы могут потерять синхронность.

Поэтому подбор выполняется с запасом по наиболее тяжелому режиму процесса.

Критичным может быть холодный запуск, когда продукт имеет максимальную вязкость.

Система, стабильно работающая с нагретой жидкостью, может оказаться недостаточной при запуске после длительной остановки.

Минимальный рабочий объем

Донное расположение рабочего органа часто помогает перемешивать небольшое количество продукта, однако минимальный объем зависит от:

• полного погружения импеллера;
• отсутствия захвата воздуха;
• положения датчиков;
• формы днища;
• допустимой скорости.

Заявленный номинальный объем емкости не показывает ее реальный рабочий диапазон.

Твердые компоненты

Магнитная мешалка может применяться для растворения порошков и поддержания мелких частиц во взвешенном состоянии. При большом количестве твердой фазы следует проверить:

• оседание на днище;
• риск попадания частиц в опорный узел;
• абразивность;
• возможность образования плотного слоя;
• доступность поверхности для CIP.

Аэрация и пена

В биореакторе форма потока влияет на распределение пузырьков и кислородный перенос.

Для аэрируемого процесса магнитную мешалку рассматривают вместе с барботером, газовым расходом и требуемым режимом растворенного кислорода.

Для корректного подбора производителю нужно передать реальные данные о процессе.

Параметры продукта

• наименование и назначение;
• плотность;
• минимальная и максимальная вязкость;
• содержание твердых частиц;
• размер частиц;
• абразивность;
• склонность к пенообразованию;
• чувствительность к сдвигу;
• рабочая температура;
• химическая совместимость.

Параметры емкости

• геометрический объем;
• минимальный, рабочий и максимальный объем;
• диаметр;
• высота заполнения;
• форма днища;
• рабочее давление;
• вакуум;
• материал;
• наличие рубашки;
• место установки привода;
• доступ для обслуживания.

Требования к процессу

• растворение;
• поддержание однородности;
• предотвращение оседания;
• смешивание жидкостей;
• выравнивание температуры;
• распределение газа;
• требуемое время смешения;
• диапазон скорости;
• непрерывная или периодическая работа.

Санитарные требования

• CIP;
• SIP;
• температура стерилизации;
• применяемые моющие растворы;
• шероховатость поверхности;
• требования к дренируемости;
• материалы продуктоконтактных элементов;
• необходимость подтверждения очистки;
• требования к документации.

Автоматизация

Система управления может контролировать:

• запуск и остановку;
• скорость вращения;
• направление вращения;
• ток двигателя;
• перегрузку;
• потерю синхронизации;
• продолжительность работы;
• блокировку по уровню;
• работу в составе рецепта;
• режим CIP/SIP.

Для интеграции с реактором управление мешалкой может выполняться через Smartlab-316 с регистрацией параметров, событий и аварий.

Что проверить до заказа

1. Соответствует ли магнитная муфта требуемому моменту.
2. Работает ли мешалка во всем диапазоне загрузки.
3. Подходит ли рабочий орган под задачу.
4. Доступны ли поверхности для CIP.
5. Дренируется ли зона импеллера.
6. Допускают ли материалы предусмотренный SIP.
7. Есть ли доступ к приводу для обслуживания.
8. Учтены ли холодный запуск и максимальная вязкость.
9. Определены ли измеримые критерии заводских испытаний.

Оснастка реактора, патрубки, клапаны, датчики и пробоотборные узлы также должны согласовываться с расположением мешалки и санитарным контуром.

Донная магнитная мешалка подходит для реакторов и емкостей, где важны герметичность, санитарное исполнение и работа в закрытом продуктовом контуре.

Магнитная передача момента позволяет убрать проходной вращающийся вал и динамическое уплотнение из типовой конструкции.

Это снижает количество потенциальных зон контакта продукта с внешней средой и упрощает применение оборудования в фармацевтических, биотехнологических и стерильных процессах.

Основные области применения:

• фармацевтические реакторы;
• биореакторы;
• стерильные накопительные емкости;
• емкости питательных сред;
• буферные емкости;
• установки приготовления растворов;
• системы хранения биологических продуктов.

Выбор выполняется по вязкости, объему, требуемому крутящему моменту, минимальной загрузке, геометрии сосуда и санитарным требованиям.

Для высоковязких продуктов, интенсивного диспергирования или многоуровневого перемешивания может потребоваться верхнеприводное устройство другой конструкции.

Надежная система проектируется как единый комплекс: емкость, магнитная мешалка, перемешивающие устройства, санитарная обвязка, CIP/SIP, температурный контур, датчики и автоматизация.

Такой подход позволяет обеспечить требуемый режим перемешивания и подготовить оборудование к воспроизводимой эксплуатации в составе производственного участка.