Kas yra didelio grynumo rutulinis vožtuvas? Didelio grynumo rutulinis vožtuvas yra srauto reguliavimo įtaisas, atitinkantis pramonės standartus dėl medžiagų ir konstrukcijos grynumo. Didelio grynumo procese naudojami vožtuvai dviejose pagrindinėse taikymo srityse:
Jie naudojami „pagalbinėse sistemose“, tokiose kaip valymo garai valymui ir temperatūros kontrolei. Farmacijos pramonėje rutuliniai vožtuvai niekada nenaudojami tose srityse ar procesuose, kurie gali tiesiogiai liestis su galutiniu produktu.
Koks yra didelio grynumo vožtuvų pramonės standartas? Farmacijos pramonė vožtuvų pasirinkimo kriterijus gauna iš dviejų šaltinių:
ASME/BPE-1997 yra nuolat kintantis norminis dokumentas, apimantis įrangos projektavimą ir naudojimą farmacijos pramonėje. Šis standartas skirtas biofarmacijos pramonėje naudojamų indų, vamzdynų ir susijusių priedų, tokių kaip siurbliai, vožtuvai ir jungiamosios detalės, projektavimui, medžiagoms, konstrukcijai, tikrinimui ir bandymams. Iš esmės dokumente teigiama: „...visi komponentai, kurie gamybos, proceso kūrimo ar gamybos mastelio didinimo metu liečiasi su produktu, žaliava ar tarpiniu produkto produktu... ir yra svarbi produkto gamybos dalis, pvz., injekcinis vanduo (WFI), švarus garas, ultrafiltracija, tarpinių produktų saugojimas ir centrifugos.“
Šiandien pramonė remiasi ASME/BPE-1997 standartu, nustatydama rutulinių vožtuvų konstrukcijas, skirtas naudoti be sąlyčio su gaminiu. Pagrindinės specifikacijoje aptariamos sritys yra šios:
Biofarmacijos procesų sistemose dažniausiai naudojami vožtuvai yra rutuliniai vožtuvai, diafragminiai vožtuvai ir atbuliniai vožtuvai. Šiame inžineriniame dokumente bus aptariami tik rutuliniai vožtuvai.
Patvirtinimas yra reguliavimo procesas, skirtas užtikrinti perdirbto produkto ar formuluotės atkuriamumą. Programa nurodo matuoti ir stebėti mechaninius proceso komponentus, formuluotės laiką, temperatūrą, slėgį ir kitas sąlygas. Kai įrodoma, kad sistema ir tos sistemos produktai yra pakartojami, visi komponentai ir sąlygos laikomi patvirtintais. Galutiniame „pakete“ (proceso sistemose ir procedūrose) negalima keisti be pakartotinio patvirtinimo.
Taip pat kyla problemų dėl medžiagų patikros. MTR (medžiagų bandymo ataskaita) – tai liejinių gamintojo pareiškimas, kuriame dokumentuojama liejinio sudėtis ir patvirtinama, kad jis gautas iš konkretaus liejimo proceso etapo. Toks atsekamumo lygis yra pageidautinas visuose svarbiuose santechnikos komponentų įrenginiuose daugelyje pramonės šakų. Visiems farmacijos reikmėms tiekiamiems vožtuvams turi būti pritvirtintas MTR.
Lizdų medžiagų gamintojai pateikia sudėties ataskaitas, kad užtikrintų liukų atitiktį FDA gairėms (FDA/USP VI klasė). Priimtinos liukų medžiagos yra PTFE, RTFE, Kel-F ir TFM.
Itin didelis grynumas (UHP) – tai terminas, skirtas pabrėžti itin didelio grynumo poreikį. Šis terminas plačiai vartojamas puslaidininkių rinkoje, kur reikalingas absoliutus minimalus dalelių skaičius sraute. Vožtuvai, vamzdynai, filtrai ir daugelis jų konstrukcijoje naudojamų medžiagų paprastai atitinka šį UHP lygį, kai yra paruošiami, supakuojami ir tvarkomi tam tikromis sąlygomis.
Puslaidininkių pramonė vožtuvų projektavimo specifikacijas gauna iš „SemaSpec“ grupės tvarkomos informacijos rinkinio. Mikroschemų plokštelių gamybai reikia itin griežtai laikytis standartų, kad būtų pašalinta arba sumažinta dalelių, dujų išsiskyrimo ir drėgmės tarša.
„SemaSpec“ standarte išsamiai aprašomas dalelių susidarymo šaltinis, dalelių dydis, dujų šaltinis (per minkštą vožtuvo mazgą), helio nuotėkio bandymas ir drėgmė vožtuvo ribose ir už jų ribų.
Rutuliniai vožtuvai yra gerai patikrinti net ir sunkiausiose situacijose. Kai kurie pagrindiniai šios konstrukcijos privalumai:
Mechaninis poliravimas – poliruoti paviršiai, suvirinimo siūlės ir naudojami paviršiai, žiūrint pro didinamąjį stiklą, turi skirtingas paviršiaus savybes. Mechaninis poliravimas sumažina visus paviršiaus iškilimus, įdubimus ir nelygumus iki vienodo šiurkštumo.
Mechaninis poliravimas atliekamas besisukančia įranga, naudojant aliuminio oksido abrazyvus. Dideliems paviršiaus plotams, pavyzdžiui, reaktoriams ir indams, mechaninis poliravimas gali būti atliekamas rankiniais įrankiais, o vamzdžiams ar vamzdinėms dalims – automatiniais slankikliais. Nuosekliai, smulkesnėmis sekomis, tepami šlifavimo sruogeliai, kol pasiekiamas norimas paviršius arba paviršiaus šiurkštumas.
Elektropoliravimas – tai mikroskopinių nelygumų šalinimas nuo metalinių paviršių elektrocheminiais metodais. Dėl to paviršius tampa lygus arba lygus, o žiūrint pro didinamąjį stiklą, atrodo beveik be bruožų.
Nerūdijantis plienas yra natūraliai atsparus korozijai dėl didelio chromo kiekio (paprastai 16 % ar daugiau nerūdijančiame pliene). Elektropoliravimas sustiprina šį natūralų atsparumą, nes proceso metu ištirpsta daugiau geležies (Fe) nei chromo (Cr). Dėl to nerūdijančio plieno paviršiuje lieka didesnis chromo kiekis (pasyvavimas).
Bet kokios poliravimo procedūros rezultatas yra „lygus“ paviršius, apibrėžiamas kaip vidutinis šiurkštumas (Ra). Pagal ASME/BPE: „Visi poliravimo lygiai turi būti išreikšti Ra, mikrocoliais (m-in) arba mikrometrais (mm)“.
Paviršiaus lygumas paprastai matuojamas profilometru – automatiniu prietaisu su slankiojančia rankena. Sluoksnis stumiamas per metalinį paviršių, kad būtų išmatuoti smailių aukščiai ir įdubimų gyliai. Vidutiniai smailių aukščiai ir įdubimų gyliai išreiškiami kaip šiurkštumo vidurkiai, išreikšti milijoninėmis colio dalimis arba mikrocoliais, paprastai vadinami Ra.
Poliruoto ir poliruoto paviršiaus santykis, abrazyvinių grūdelių skaičius ir paviršiaus šiurkštumas (prieš ir po elektropoliravimo) parodytas toliau pateiktoje lentelėje. (ASME/BPE išvestį žr. šio dokumento SF-6 lentelėje)
Mikrometrai yra įprastas Europos standartas, o metrinė sistema atitinka mikrocolius. Vienas mikrocolis yra lygus maždaug 40 mikrometrų. Pavyzdys: Apdaila, nurodyta kaip 0,4 mikrono Ra, yra lygi 16 mikrocolių Ra.
Dėl rutulinių vožtuvų konstrukcijos lankstumo jie lengvai prieinami su įvairiomis sėdynės, sandarinimo ir korpuso medžiagomis. Todėl rutuliniai vožtuvai gaminami šiems skysčiams:
Biofarmacijos pramonė, kai tik įmanoma, renkasi montuoti „sandarias sistemas“. Pailginto vamzdžio išorinio skersmens (ETO) jungtys yra suvirinamos linijoje, siekiant pašalinti užterštumą už vožtuvo / vamzdžio ribos ir padidinti vamzdynų sistemos standumą. „Tri-Clamp“ (higieniniai spaustukai) suteikia sistemai lankstumo ir gali būti montuojami be litavimo. Naudojant „Tri-Clamp“ antgalius, vamzdynų sistemas galima lengviau išardyti ir perkonfigūruoti.
Didelio grynumo sistemoms, tokioms kaip maisto / gėrimų pramonė, taip pat galima įsigyti „Cherry-Burrell“ jungiamųjų detalių, kurių prekių ženklai yra „I-Line“, „S-Line“ arba „Q-Line“.
Pailginto vamzdžio išorinio skersmens (ETO) galai leidžia vožtuvą suvirinti į vamzdynų sistemą. ETO galų dydis atitinka vamzdžio sistemos skersmenį ir sienelės storį. Pailgintas vamzdis tinka orbitinėms suvirinimo galvutėms ir užtikrina pakankamą ilgį, kad vožtuvo korpuso sandariklis nebūtų pažeistas dėl suvirinimo karščio.
Rutuliniai vožtuvai yra plačiai naudojami procesų taikymuose dėl savo universalumo. Diafragminiai vožtuvai turi ribotą temperatūros ir slėgio eksploatavimo laiką ir neatitinka visų pramoninių vožtuvų standartų. Rutuliniai vožtuvai gali būti naudojami:
Be to, rutulinio vožtuvo centrinė dalis yra nuimama, kad būtų galima pasiekti vidinę suvirinimo siūlę, kurią vėliau galima išvalyti ir (arba) poliruoti.
Drenažas yra svarbus norint išlaikyti biologinio apdorojimo sistemas švarias ir sterilias. Likęs skystis po išleidimo tampa bakterijų ar kitų mikroorganizmų kolonizacijos vieta, sukurdamas nepriimtiną biologinę naštą sistemoje. Vietos, kuriose kaupiasi skystis, taip pat gali tapti korozijos inicijavimo vietomis, papildomai užteršdamos sistemą. ASME/BPE standarto projektavimo dalis reikalauja, kad sistema būtų suprojektuota taip, kad būtų kuo labiau sumažintas susilaikymas, t. y. skysčio kiekis, likęs sistemoje po išleidimo.
Negyva ertmė vamzdynų sistemoje apibrėžiama kaip griovelis, trišakis arba pagrindinio vamzdžio tęsinys, viršijantis vamzdžio skersmenį (L), nurodytą pagrindinio vamzdžio ID (D). Negyva ertmė yra nepageidautina, nes ji sukuria gaudyklės zoną, kurios gali būti neįmanoma pasiekti valymo ar dezinfekavimo procedūrų metu, todėl produktas gali būti užterštas. Bioprocesorinių vamzdynų sistemose 2:1 L/D santykis gali būti pasiektas naudojant daugumą vožtuvų ir vamzdynų konfigūracijų.
Priešgaisrinės sklendės skirtos užkirsti kelią degių skysčių plitimui kilus gaisrui gamybos linijoje. Konstrukcijoje naudojamas metalinis galinis dangtelis ir antistatinė medžiaga, siekiant išvengti užsidegimo. Biofarmacijos ir kosmetikos pramonė paprastai teikia pirmenybę priešgaisrinėms sklendėms alkoholio tiekimo sistemose.
FDA-USP23, VI klasės patvirtintos rutulinių vožtuvų lizdų medžiagos: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK ir TFM.
TFM yra chemiškai modifikuotas PTFE, jungiantis tradicinį PTFE ir lydalo būdu apdorojamą PFA. TFM klasifikuojamas kaip PTFE pagal ASTM D 4894 ir ISO WDT 539-1.5 projektus. Palyginti su tradiciniu PTFE, TFM pasižymi šiomis geresnėmis savybėmis:
Ertmės užpildytos vožtuvų sėdynės yra skirtos neleisti kauptis medžiagoms, kurios, įstrigusios tarp rutulio ir korpuso ertmės, galėtų sukietėti arba kitaip trukdyti sklandžiam vožtuvo uždarymo elemento veikimui. Didelio grynumo rutuliniams vožtuvams, naudojamiems garo tiekimo srityje, neturėtų būti naudojama ši pasirenkama sėdynių konstrukcija, nes garai gali patekti po sėdynės paviršiumi ir tapti bakterijų dauginimosi vieta. Dėl šio didesnio sėdynės ploto ertmės užpildytas sėdynes sunku tinkamai dezinfekuoti neišmontavus.
Rutuliniai vožtuvai priklauso bendrajai „sukamųjų vožtuvų“ kategorijai. Automatiniam veikimui yra dviejų tipų pavaros: pneumatinės ir elektrinės. Pneumatinėse pavarose naudojamas stūmoklis arba diafragma, prijungta prie besisukančio mechanizmo, pvz., krumpliastiebio ir krumpliaračio mechanizmo, kad būtų užtikrintas sukimo momentas. Elektrinės pavaros iš esmės yra reduktorius varikliai ir yra įvairių įtampų ir variantų, kad tiktų rutuliniams vožtuvams. Daugiau informacijos šia tema rasite šio vadovo skyriuje „Kaip pasirinkti rutulinio vožtuvo pavarą“.
Didelio grynumo rutuliniai vožtuvai gali būti valomi ir pakuojami pagal BPE arba puslaidininkių (SemaSpec) reikalavimus.
Bazinis valymas atliekamas ultragarsine valymo sistema, kurioje naudojamas patvirtintas šarminis reagentas šaltam valymui ir riebalų šalinimui, o formulė nepalieka likučių.
Slėgio veikiamos dalys žymimos šilumos numeriu ir prie jų pridedamas atitinkamas analizės sertifikatas. Kiekvienam dydžiui ir šilumos numeriui įrašoma gamyklinio bandymo ataskaita (MTR). Šie dokumentai apima:
Kartais procesų inžinieriams procesų valdymo sistemoms reikia rinktis tarp pneumatinių arba elektrinių vožtuvų. Abu pavarų tipai turi privalumų, todėl norint priimti geriausią sprendimą, vertinga turėti turimus duomenis.
Pirmoji užduotis renkantis pavaros tipą (pneumatinę ar elektrinę) yra nustatyti efektyviausią pavaros maitinimo šaltinį. Svarbiausi aspektai, į kuriuos reikia atsižvelgti, yra šie:
Praktiškiausiems pneumatiniams pavaros mechanizmams reikalingas 40–120 psi (3–8 barų) oro slėgis. Paprastai jie yra pritaikyti 60–80 psi (4–6 barų) tiekimo slėgiui. Didesnį oro slėgį dažnai sunku garantuoti, o mažesniam oro slėgiui reikia labai didelio skersmens stūmoklių arba diafragmų, kad būtų sukurtas reikiamas sukimo momentas.
Elektrinės pavaros paprastai naudojamos su 110 V kintamosios srovės maitinimu, tačiau gali būti naudojamos su įvairiais kintamosios ir nuolatinės srovės varikliais, tiek vienfaziais, tiek trifaziais.
Temperatūros diapazonas. Tiek pneumatinės, tiek elektrinės pavaros gali būti naudojamos plačiame temperatūros diapazone. Standartinis pneumatinių pavarų temperatūros diapazonas yra nuo -4 iki 1740F (nuo -20 iki 800C), tačiau jį galima išplėsti iki -40 iki 2500F (nuo -40 iki 1210C) naudojant papildomus sandariklius, guolius ir tepalus. Jei naudojami valdymo priedai (ribiniai jungikliai, solenoidiniai vožtuvai ir kt.), jų temperatūra gali skirtis nuo pavaros temperatūros, ir į tai reikėtų atsižvelgti visose srityse. Esant žemai temperatūrai, reikėtų atsižvelgti į oro tiekimo kokybę, atsižvelgiant į rasos tašką. Rasos taškas yra temperatūra, kurioje ore susidaro kondensatas. Kondensatas gali užšalti ir užblokuoti oro tiekimo liniją, neleisdamas pavarai veikti.
Elektrinių pavarų darbinė temperatūra yra nuo -40 iki 1500F (nuo -40 iki 650C). Naudojant lauke, elektrinę pavarą reikia izoliuoti nuo aplinkos, kad į jos vidines dalis nepatektų drėgmė. Jei iš maitinimo laido susidaro kondensatas, jis vis tiek gali susidaryti viduje, nes prieš montavimą galėjo susikaupti lietaus vanduo. Be to, kadangi variklis šildo pavaros korpuso vidų, kai ji veikia, ir vėsina jį, kai ji neveikia, temperatūros svyravimai gali sukelti aplinkos „kvėpavimą“ ir kondensaciją. Todėl visos lauko sąlygomis naudojamos elektrinės pavaros turėtų būti su šildytuvu.
Kartais sunku pateisinti elektrinių pavarų naudojimą pavojingoje aplinkoje, tačiau jei suslėgto oro arba pneumatinės pavaros negali užtikrinti reikiamų veikimo charakteristikų, galima naudoti elektrines pavaras su atitinkamai klasifikuotais korpusais.
Nacionalinė elektros įrangos gamintojų asociacija (NEMA) nustatė elektrinių pavarų (ir kitos elektros įrangos), skirtų naudoti pavojingose ​​zonose, konstrukcijos ir montavimo gaires. NEMA VII gairės yra šios:
VII Pavojinga vieta, I klasė (sprogios dujos arba garai). Atitinka Nacionalinį elektros kodeksą, taikomą naudojimui; atitinka „Underwriters' Laboratories, Inc.“ specifikacijas, skirtas naudoti su benzinu, heksanu, petroleteriu, benzenu, butanu, propanu, acetonu, benzeno atmosferomis, lako tirpiklio garais ir gamtinėmis dujomis.
Beveik visi elektrinių pavarų gamintojai gali rinktis savo standartinės gaminių linijos versiją, atitinkančią NEMA VII reikalavimus.
Kita vertus, pneumatinės pavaros yra iš esmės atsparios sprogimui. Kai elektriniai valdikliai naudojami su pneumatinėmis pavaromis pavojingose ​​zonose, jos dažnai yra ekonomiškesnės nei elektrinės pavaros. Solenoidiniu būdu valdomas pilotinis vožtuvas gali būti montuojamas nepavojingoje zonoje ir prijungtas prie pavaros vamzdžiais. Ribiniai jungikliai – padėties indikacijai – gali būti montuojami NEMA VII korpusuose. Dėl būdingo pneumatinių pavarų saugumo pavojingose ​​zonose jos yra praktiškas pasirinkimas šiose srityse.
Spyruoklinis grąžinimas. Kitas saugos priedas, plačiai naudojamas vožtuvų pavarose procesų pramonėje, yra spyruoklinio grąžinimo (apsauga nuo gedimų) parinktis. Nutrūkus elektros tiekimui ar signalui, spyruoklinio grąžinimo pavara perkelia vožtuvą į iš anksto nustatytą saugią padėtį. Tai praktiškas ir nebrangus pneumatinių pavarų pasirinkimas ir viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl pneumatinės pavaros yra plačiai naudojamos visoje pramonėje.
Jei dėl pavaros dydžio ar svorio negalima naudoti spyruoklės arba jei sumontuotas dvigubo veikimo įtaisas, galima įrengti akumuliatorinį baką oro slėgiui kaupti.