Sauber rein und raus

Wechselarmatur zur pH-Messung im Hygieneprozess

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12.03.2014 Dass Sensoren korrekt messen, wird in prozesstechnischen Anlagen als selbstverständlich vorausgesetzt. Im Bereich der Life-Science- und Lebensmittelindustrie kommt hinzu, dass das installierte Messequipment den hygienischen Anforderungen der jeweiligen Industrie gerecht werden muss.

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Entscheider-Facts Für Betreiber und Ausrüster

  • Wechselarmaturen für pH-Sensoren vereinfachen deren Kalibrierung und stellen damit sicher, dass korrekte Messwerte zur Verfügung stehen. Allerdings sind die Anforderungen in hygienischen Prozessen hoch.
  • Die neue Wechselarmatur Cleanfit CPA875 ist so konstruiert, dass keine Ansatzstellen für Verschmutzungen vorliegen und Fehlbediendungen vermieden werden.
  • Der Einsatzbereich der Wechselarmatur reicht von der manuell bedienten über die pneumatisch bediente bis hin zur vollautomatisierten Messstelle mit Einbindung in Leitsysteme.

Die einfachste Art der Installation einer pH-Wert-Messung in diesen Industrien ist der Einsatz einer entsprechenden Sonde unter Verwendung einer hygienischen Fest-Einbau-Armatur. In vielen Fällen müssen Sensoren zyklisch gereinigt werden, um jederzeit korrekte Messwerte sicher zu stellen. An diesen Stellen empfiehlt sich der Einsatz von Prozess-Wechselarmaturen. Mit diesen können Sensoren im laufenden Prozess gereinigt und kalibriert werden.

Aus hygienischer Sicht der Betreiber steht die Befürchtung im Raum, daß durch das Verfahren der Armatur eine Verunreinigung erfolgen könnte. Für sterile Prozesse geeignete Wechsel-Armaturen müssen daher so konstruiert sein, dass:

  • Fehlbedienungen vermieden werden,
  • sie kontaminationsfrei verfahren,
  • sie keine Ansatzstellen für Verschmutzungen bieten,
  • kein Eintrag von Fremdmedium während der Servicezeit erfolgt, und die
  • Reinigung und Sterilisierung sicher gewährleistet sind.

Die Armatur Cleanfit CPA875 wurde genau für diese Anforderungen entwickelt. Die Einrichtung erfüllt eine Reihe von Anforderungen, darunter beispielsweise das Verhindern des Verfahrens der Armatur in die Messposition ohne eingebauten Sensor. Auch der Ausbau des Sensors in Messposition wird konstruktiv verhindert.

Eine besondere Problemstellung ist beispielsweise das Verhalten der Armatur bei einem Druckluftausfall während des laufenden Prozesses. Steht der Produktionsprozess unter Überdruck, werden die heute üblichen Armaturen ungewollt in eine Zwischenposition verfahren. Dadurch kann es zu Kontaminationen kommen. Diese Gefährdung wird bei der neuen Wechselarmatur durch eine automatische Endlagensicherung verhindert.

Ein weiterer Aspekt sind unterschiedliche Eintauchtiefen, wie sie für Messungen in Rohrleitungen oder Behältern häufig gefordert sind. So können Medien in Behältern mit Kühl- oder Heizmantel unterschiedliche Messwerte in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des Sensors aufweisen. Die Wechselarmatur ist daher mit zwei unterschiedlichen Eintauchtiefen (36 und 78 mm) verfügbar. Beide Versionen können sowohl manuell als auch automatisiert, pneumatisch bedient werden.

Konstruktion vermeidet Kontaminationen
Ziel der Sensorreinigung in der Servicekammer ist es, eine korrekte Messung sicherzustellen. Außerdem darf das Produkt nicht durch den Reinigungsprozess kontaminiert werden. Dementsprechend darf die Servicekammer vor dem Wiedereinfahren des Sensors in den Prozess keine Verunreinigungen aufweisen. Diese wurde deshalb so gestaltet, dass flüssige Medien frei und restlos abfließen können. Die Anordnung des Zu- und des Ablaufes sowie die Strömungsführung zusammen mit einer Oberflächenrauhigkeit von <0,78/ 0,38 µm führen dazu, dass auch feste Anhaftungen abgelöst und entfernt werden. Eine dritte Rastposition der Sensorführung macht die zusätzliche Reinigung der Dichtfläche der Prozessdichtung möglich.

Der Erfolg dieser konstruktiven Lösung wird durch das EHEDG-Zertifikat für die Reinigbarkeit der Spülkammer belegt werden. Reinigbarkeit im Sinne der EHEDG bedeutet an dieser Stelle, dass die Servicekammer nach Verunreinigung mit Geobacillus stearothermophilus und anschließender Reinigung keine Rückstände aufweist. Die Reinigung erfolgt dabei nach folgender Prozedur: Kaltwasser (max. 20 °C) für mindestens eine Minute, anschließend mit 63 °C warmer, 1%iger Reinigungslösung und abschließender Spülung mit Kaltwasser (max. 20 °C) für mindestens eine Minute. Eine anschließende Sterilisierung garantiert die Kontaminationsfreiheit.

Eine Besonderheit der neuen Wechselarmatur im Vergleich zu bisherigen Armaturen ist die spaltfreie Prozessdichtung. Dieses Prinzip wird bereits seit Jahren im Rohrleitungsbau für hygienische Prozesse verwendet. Hierbei wird eine spezielle Formdichtung von beiden Seiten so gefasst, dass, anders als bei O-Ringen, keine Spalten entstehen können.

Um höchsten hygienischen Anforderungen gerecht zu werden, wurde ein bewährtes Prinzip aus dem Bereich hochsteriler Anwendungen für die Doppelservicekammer-Ausführungen übernommen. Die Konstruktion dieser Version mit dynamischen Dichtungen nach dem Spritzenprinzip hat zur Folge, dass in keiner Situation beim Verfahren der Armatur in Messposition unsterile Bereiche in bereits sterile Bereiche verfahren und damit zur Kontamination führen. Auch bei dieser Version soll ein EHEDG-Zertifikat die Bakteriendichtheit und damit die Prozesssicherheit der Konstruktion belegen. Entsprechende Tests wurden bereits durchgeführt.

Die neue Wechselarmatur mit Doppelservicekammersystem bietet die Möglichkeit einer Trennung zwischen Servicekammer und Prozess über mehrere Dichtungen hinweg. Die Frontkammer wird hierbei als Sperre verwendet. Wenn sie kontinuierlich gespült wird (beispielsweise mit WFI, AIS), ist sichergestellt, dass selbst bei einer Verletzung der Prozessdichtungen kein Reinigungsmedium in den Prozess gelangen kann.

 

ZUR TECHNIK
Wechselarmatur

Dort, wo Sensoren zyklisch gereinigt werden müssen, empfiehlt sich der Einsatz von Prozess-Wechselarmaturen. Die Armatur Cleanfit CPA875 zeichnet sich durch Merkmale wie Einfahr- und Endlagensicherung, zertifizierte Reinigbarkeit und Bakteriendichtheit sowie eine Oberflächenrauigkeit von Ra<0,76 bzw. 0,38 µm aus. Die Armatur verfügt über eine spaltfreie Prozessdichtung und eine selbstentleerend konstruierte Servicekammer. Die Version mit Doppelservicekammersystem arbeitet nach dem Spritzenprinzip. Die verwendeten mediumberührenden Materialien entsprechen den Anforderungen der FDA, USP Class VI <87> und <88> sowie EUVO 1935/ 2004.

 

Interview mit Dr. Einar Möller und Dr. Hermann Straub, Endress+Hauser

„Höhere Sicherheit für den Prozess und höhere Produktqualität“

P+F: Eine nach EHEDHG zertifizierte Reinigbarkeit einer Wechselarmatur ist ein Novum. Wie werden die Messaufgaben, in denen diese künftig eingesetzt werden kann, bislang gelöst?
Möller: Entweder gar nicht, über nur sterilisierbare Wechsel-Armaturen oder über Festeinbau-Armaturen.

P+F: Welches sind die typischen Nachteile solcher Lösungen?
Straub: Gar nicht zu messen ist immer die schlechteste Option, da keinerlei Informationen über den Prozess vorliegen. Bei Festeinbau-Armaturen ist kein Sensorwechsel oder Service des Sensors während des laufenden Betriebes möglich. Im schlechtesten Fall gibt es dann falsche Messwerte, die letztendlich bis zum Ausschuß der Produktion führen können. Bei bisherigen Lösungen ist zwar die Sterilisierbarkeit entsprechend EHEDG-zertifiziert, es wird aber keine komplette Entfernung von abgetötetem Material garantiert und damit besteht immer das Risiko der Wiederverkeimung durch verstecktes keimfähiges Material.

P+F: Einfache Stutzenarmaturen sind in der Anschaffung deutlich günstiger als Wechselarmaturen. Wie rechnet sich die Wechselarmatur im Betrieb?
Möller: Mit Wechselarmaturen sind automatisierte Reinigungsschritte während des laufenden Prozesses oder am Ende möglich. Damit ist auch ein Tausch des Sensors im laufenden Betrieb möglich. Dadurch kann eine erhöhte Sicherheit für den Prozess und und auch eine höhere Qualität des Endproduktes erreicht werden.

P+F: Welche Rolle spielt die Möglichkeit, Wechselarmaturen automatisieren zu können?
Straub: Hier sprechen Sie ein sehr aktuelles Thema an. Wir registrieren verstärktes Interesse an der Teil- und Vollautomatisierung von Messstellen besonders hinsichtlich automatisierter Reinigung. Typische Anwendungen sind beispielsweise die Milchannahmen von Molkereien, Überwachungen vor dem Abfüllen von Getränken, die Herstellung von Pufferlösungen im Pharmabereich sowie langlaufende Fermentationsprozesse.

P+F: Wie werden automatisierte Wechselarmaturen in die Automatisierungsstruktur eingebunden?
Straub: Im Normalfall über Systeme wie TopCal und TopClean mit deren Anbindung an das PLS als Trigger und Verbindung zum Prozess.

 

 

 

Heftausgabe: März 2014
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Dr. Einar Möller, Endress+Hauser

Über den Autor

Dr. Einar Möller, Endress+Hauser

Dr. Einar Möller, Fachverantwortlicher Analysenmesstechnik

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