شیر توپی با خلوص بالا چیست؟ شیر توپی با خلوص بالا یک دستگاه کنترل جریان است که استانداردهای صنعتی را برای خلوص مواد و طراحی مطابقت دارد. شیرها در فرآیند خلوص بالا در دو زمینه اصلی استفاده می شوند:
اینها در «سیستم‌های پشتیبانی» مانند پردازش بخار تمیزکننده برای تمیز کردن و کنترل دما استفاده می‌شوند. در صنعت داروسازی، شیرهای توپی هرگز در برنامه‌ها یا فرآیندهایی که ممکن است در تماس مستقیم با محصول نهایی باشند استفاده نمی‌شوند.
استاندارد صنعتی برای شیرهای با خلوص بالا چیست؟ صنعت داروسازی معیارهای انتخاب دریچه را از دو منبع استخراج می کند:
ASME/BPE-1997 یک سند هنجاری در حال تکامل است که طراحی و استفاده از تجهیزات در صنعت داروسازی را پوشش می‌دهد. این استاندارد برای طراحی، مواد، ساخت، بازرسی و آزمایش رگ‌ها، لوله‌کشی و لوازم جانبی مرتبط مانند پمپ‌ها، دریچه‌ها و اتصالات مورد استفاده در صنعت بیودارویی در نظر گرفته شده است. تولید، توسعه فرآیند یا افزایش مقیاس ... و بخش مهمی از تولید محصول هستند، مانند آب برای تزریق (WFI)، بخار تمیز، اولترافیلتراسیون، ذخیره سازی محصول میانی و سانتریفیوژها.
امروزه، صنعت به ASME/BPE-1997 برای تعیین طرح‌های شیر توپی برای کاربردهای تماس غیرمحصولی متکی است. حوزه‌های کلیدی تحت پوشش مشخصات عبارتند از:
شیرهایی که معمولاً در سیستم‌های فرآیند بیودارویی استفاده می‌شوند شامل دریچه‌های توپی، شیرهای دیافراگمی، و شیرهای چک می‌شوند. این سند مهندسی به بحث در مورد شیرهای توپی محدود می‌شود.
اعتبار سنجی یک فرآیند نظارتی است که برای اطمینان از تکرارپذیری یک محصول یا فرمول فرآوری شده طراحی شده است. این برنامه اندازه گیری و نظارت بر اجزای فرآیند مکانیکی، زمان فرمولاسیون، دما، فشار و سایر شرایط را نشان می دهد. هنگامی که یک سیستم و محصولات آن سیستم ثابت شد که قابل تکرار هستند، همه اجزا و شرایط معتبر تلقی می شوند. هیچ تغییری در "بسته بندی" نهایی و روش های تایید مجدد (سیستم های فرآیند) امکان پذیر نیست.
همچنین مسائل مربوط به تأیید مواد وجود دارد. MTR (گزارش آزمایش مواد) بیانیه‌ای از یک سازنده ریخته‌گری است که ترکیب ریخته‌گری را مستند می‌کند و تأیید می‌کند که از یک دوره خاص در فرآیند ریخته‌گری به دست آمده است. این سطح از قابلیت ردیابی در تمام تاسیسات مهم قطعات لوله‌کشی در بسیاری از صنایع مطلوب است. همه شیرهای عرضه شده برای برنامه‌های کاربردی MTR باید به آنها متصل شوند.
سازندگان مواد صندلی گزارش ترکیب را برای اطمینان از مطابقت صندلی با دستورالعمل های FDA ارائه می دهند. (FDA/USP کلاس VI) مواد قابل قبول صندلی شامل PTFE، RTFE، Kel-F و TFM هستند.
خلوص فوق العاده بالا (UHP) اصطلاحی است که برای تأکید بر نیاز به خلوص بسیار بالا در نظر گرفته شده است. این اصطلاحی است که به طور گسترده در بازار نیمه هادی ها استفاده می شود که در آن حداقل مطلق ذرات در جریان جریان مورد نیاز است. دریچه ها، لوله ها، فیلترها و بسیاری از مواد مورد استفاده در ساخت آنها معمولاً هنگام تهیه، بسته بندی و استفاده در شرایط خاص با این سطح UHP مطابقت دارند.
صنعت نیمه هادی مشخصات طراحی سوپاپ را از مجموعه ای از اطلاعات مدیریت شده توسط گروه SemaSpec استخراج می کند. تولید ویفرهای ریزتراشه نیازمند رعایت بسیار دقیق استانداردها برای حذف یا به حداقل رساندن آلودگی ناشی از ذرات، خروج گاز و رطوبت است.
استاندارد SemaSpec منبع تولید ذرات، اندازه ذرات، منبع گاز (از طریق مونتاژ شیر نرم)، آزمایش نشت هلیوم و رطوبت داخل و خارج از مرز شیر را شرح می دهد.
شیرهای توپی در سخت ترین کاربردها به خوبی ثابت شده اند. برخی از مزایای کلیدی این طراحی عبارتند از:
پولیش مکانیکی - سطوح صیقلی، جوش ها و سطوح مورد استفاده در زیر ذره بین دارای ویژگی های سطحی متفاوتی هستند. پرداخت مکانیکی تمام برجستگی ها، گودال ها و واریانس های سطح را به زبری یکنواخت کاهش می دهد.
پرداخت مکانیکی بر روی تجهیزات دوار با استفاده از ساینده‌های آلومینا انجام می‌شود. پولیش مکانیکی را می‌توان با ابزارهای دستی برای سطوح بزرگ، مانند راکتورها و مخازن در محل، یا با متقابل‌های خودکار برای لوله‌ها یا قطعات لوله‌ای انجام داد. یک سری از پولیش‌های شن در توالی‌های ریزتر اعمال می‌شود تا زمانی که سطح مورد نظر یا زبری سطح حاصل شود.
الکترو پولیش حذف بی نظمی های میکروسکوپی از سطوح فلزی با روش های الکتروشیمیایی است که منجر به صافی یا صافی کلی سطح می شود که وقتی زیر ذره بین مشاهده می شود تقریباً بی خاصیت به نظر می رسد.
فولاد زنگ نزن به دلیل محتوای کروم بالا (معمولاً 16٪ یا بیشتر در فولاد ضد زنگ) به طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم است. الکتروپولیش این مقاومت طبیعی را افزایش می دهد زیرا در این فرآیند آهن (Fe) بیشتری نسبت به کروم (Cr) حل می شود. این باعث می شود سطوح بالاتری از کروم روی سطح فولاد ضد زنگ باقی بماند. (غیرفعال شدن)
نتیجه هر روش پرداخت، ایجاد یک سطح "صاف" است که به عنوان زبری متوسط ​​(Ra) تعریف می شود. طبق ASME/BPE.تمام پولیش ها باید بر حسب Ra، میکرو اینچ (m-in) یا میکرومتر (mm) بیان شوند.
صافی سطح به طور کلی با یک پروفیلومتر اندازه گیری می شود، یک ابزار خودکار با بازوی رفت و برگشتی به سبک قلم. قلم از سطح فلز عبور می کند تا ارتفاع قله و عمق دره را اندازه گیری کند. سپس میانگین ارتفاع قله و عمق دره به صورت میانگین زبری بیان می شود که به صورت یک میلیونم اینچ یا میکروم اینچ بیان می شود.
رابطه بین سطح صیقلی و صیقلی، تعداد دانه‌های ساینده و زبری سطح (قبل و بعد از پرداخت الکتریکی) در جدول زیر نشان داده شده است.
میکرومترها یک استاندارد رایج اروپایی هستند و سیستم متریک معادل میکرو اینچ است. یک میکرو اینچ برابر با حدود 40 میکرومتر است. مثال: یک پرداخت مشخص شده به عنوان 0.4 میکرون Ra برابر با 16 میکرو اینچ Ra است.
با توجه به انعطاف ذاتی طراحی شیر توپی، به راحتی در انواع مواد نشیمنگاهی، آب بندی و بدنه موجود است. بنابراین، شیرهای توپی برای رسیدگی به سیالات زیر تولید می شوند:
صنعت بیوداروسازی ترجیح می‌دهد تا حد امکان «سیستم‌های مهر و موم شده» را نصب کند. اتصالات با قطر بیرونی لوله توسعه یافته (ETO) برای از بین بردن آلودگی خارج از مرز دریچه/لوله و افزودن سختی به سیستم لوله‌کشی به صورت خطی جوش داده می‌شوند. سیستم های پینگ را می توان راحت تر از هم جدا کرد و دوباره پیکربندی کرد.
اتصالات Cherry-Burrell با نام‌های تجاری «I-Line»، «S-Line» یا «Q-Line» نیز برای سیستم‌های با خلوص بالا مانند صنایع غذایی/نوشیدنی در دسترس هستند.
انتهای لوله توسعه یافته قطر بیرونی (ETO) امکان جوشکاری درون خطی شیر را در سیستم لوله‌کشی فراهم می‌کند. انتهای ETO برای مطابقت با قطر سیستم لوله (لوله) و ضخامت دیواره اندازه‌گیری می‌شود. طول لوله توسعه‌یافته سرهای جوش مداری را در خود جای می‌دهد و طول کافی برای جلوگیری از آسیب رساندن به مهر و موم بدنه شیر به دلیل گرمای جوشکاری فراهم می‌کند.
شیرهای توپی به دلیل تطبیق پذیری ذاتی خود به طور گسترده در کاربردهای فرآیندی مورد استفاده قرار می گیرند. شیرهای دیافراگمی دارای خدمات دما و فشار محدودی هستند و تمام استانداردهای شیرهای صنعتی را رعایت نمی کنند. شیرهای توپی را می توان برای موارد زیر استفاده کرد:
علاوه بر این، بخش مرکزی شیر توپی قابل جابجایی است تا امکان دسترسی به مهره جوش داخلی را فراهم کند، که سپس می توان آن را تمیز و/یا جلا داد.
زهکشی برای نگهداری سیستم های پردازش زیستی در شرایط تمیز و استریل مهم است. مایع باقیمانده پس از تخلیه به محل استعمار باکتری ها یا سایر میکروارگانیسم ها تبدیل می شود و بار زیستی غیرقابل قبولی را در سیستم ایجاد می کند. مکان هایی که مایع تجمع می یابد نیز می توانند به محل شروع خوردگی تبدیل شوند و آلودگی اضافی را به طراحی استاندارد PE یا PE نیاز دارند. که پس از اتمام تخلیه در سیستم باقی می ماند.
فضای مرده در یک سیستم لوله کشی به عنوان یک شیار، سه راهی یا امتداد از مسیر لوله اصلی تعریف می شود که از مقدار قطر لوله (L) تعریف شده در شناسه لوله اصلی (D) فراتر می رود. فضای مرده نامطلوب است زیرا یک منطقه گیر افتادن را فراهم می کند که ممکن است از طریق روش های تمیز کردن یا ضدعفونی قابل دسترسی نباشد و در نتیجه باعث آلودگی محصول می شود. تنظیمات لوله کشی
دمپرهای آتش برای جلوگیری از انتشار مایعات قابل اشتعال در صورت آتش سوزی خط فرآیند طراحی شده اند. این طرح از یک صندلی عقب فلزی و ضد الکل برای جلوگیری از اشتعال استفاده می کند. صنایع بیودارویی و آرایشی عموماً دمپرهای آتش را در سیستم های تحویل الکل ترجیح می دهند.
مواد صندلی توپی مورد تایید FDA-USP23، کلاس VI عبارتند از: PTFE، RTFE، Kel-F، PEEK و TFM.
TFM یک PTFE اصلاح شده شیمیایی است که شکاف بین PTFE سنتی و PFA قابل پردازش با ذوب را پر می کند.
صندلی‌های پرشده با حفره برای جلوگیری از تجمع موادی طراحی شده‌اند که وقتی بین توپ و حفره بدن محبوس می‌شوند، می‌توانند سفت شوند یا مانع از عملکرد نرم عضو بسته‌کننده دریچه شوند. شیرهای توپی با خلوص بالا که در سرویس بخار استفاده می‌شوند، نباید از این آرایش صندلی اختیاری استفاده کنند، زیرا بخار می‌تواند راه خود را در زیر سطح نشیمنگاه پیدا کند. ضدعفونی مناسب بدون برچیدن مشکل است.
شیرهای توپی به دسته کلی "شیرهای چرخشی" تعلق دارند. برای عملکرد خودکار، دو نوع محرک موجود است: پنوماتیک و الکتریکی. محرک‌های پنوماتیکی از یک پیستون یا دیافراگم متصل به مکانیزم چرخشی مانند چینش قفسه و پینیون برای ارائه گشتاور خروجی چرخشی استفاده می‌کنند. برای محرک‌های موتوری، محرک‌های برقی با ولتاژ بیشتر و اصولاً گزینه‌های متفاوتی هستند. اطلاعات مربوط به این موضوع را در بخش بعدی این کتابچه راهنما مشاهده کنید.
شیرهای توپی با خلوص بالا را می توان تمیز کرد و مطابق با نیازهای BPE یا نیمه هادی (SemaSpec) بسته بندی کرد.
تمیز کردن اولیه با استفاده از یک سیستم تمیز کننده اولتراسونیک انجام می شود که از یک معرف قلیایی تایید شده برای تمیز کردن سرد و چربی زدایی با فرمول بدون باقی مانده استفاده می کند.
قطعات حاوی فشار با یک عدد حرارت مشخص شده و با گواهی آنالیز مناسب همراه هستند. گزارش تست آسیاب (MTR) برای هر اندازه و شماره حرارت ثبت می شود. این اسناد عبارتند از:
گاهی اوقات مهندسان فرآیند نیاز به انتخاب بین شیرهای پنوماتیک یا الکتریکی برای سیستم های کنترل فرآیند دارند.
اولین وظیفه در انتخاب نوع محرک (پنوماتیک یا الکتریکی) تعیین کارآمدترین منبع تغذیه برای محرک است. نکات اصلی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از:
عملی‌ترین محرک‌های پنوماتیکی از منبع فشار هوای 40 تا 120 psi (3 تا 8 بار) استفاده می‌کنند. معمولاً، اندازه آنها برای فشارهای 60 تا 80 psi (4 تا 6 بار) است. تضمین فشار هوای بالاتر اغلب دشوار است، در حالی که فشار هوای پایین‌تر به پیستون‌هایی با قطر بسیار بزرگ یا دیافراگم‌های مورد نیاز برای تولید دیافراگم‌های مورد نیاز نیاز دارد.
عملگرهای الکتریکی معمولاً با برق 110 VAC استفاده می شوند، اما می توانند با انواع موتورهای AC و DC، تک فاز و سه فاز، استفاده شوند.
محدوده دما. هم محرک‌های پنوماتیکی و هم الکتریکی را می‌توان در محدوده دمایی وسیعی مورد استفاده قرار داد. محدوده دمای استاندارد برای محرک‌های بادی 4- تا 1740 فارنهایت (20- تا 800 درجه سانتیگراد) است، اما می‌توان آن را تا -40 تا 2500 درجه فارنهایت (40- تا 1210 درجه سانتیگراد) با مهر و موم‌های اختیاری، سوئیچ‌ها، سوئیچ‌ها، سوئیچ‌های کنترلی و غیره افزایش داد. درجه حرارت آنها ممکن است متفاوت از محرک باشد، و این باید در همه کاربردها در نظر گرفته شود. در کاربردهای دمای پایین، کیفیت تامین هوا در رابطه با نقطه شبنم باید در نظر گرفته شود. نقطه شبنم دمایی است که در آن تراکم در هوا رخ می دهد. تراکم می تواند منجمد شود و خط تامین هوا را مسدود کند و از کارکرد محرک جلوگیری کند.
محرک های الکتریکی دارای محدوده دمایی 40- تا 1500 فارنهایت (40- تا 650 درجه سانتیگراد) هستند. هنگامی که در خارج از منزل استفاده می شود، محرک الکتریکی باید از محیط جدا شود تا از ورود رطوبت به داخل کار جلوگیری شود. اگر میعانات از مجرای برق گرفته شود، ممکن است چگالش همچنان در داخل محفظه ایجاد شود، زیرا ممکن است قبل از نصب موتور در داخل محفظه گرما ایجاد شده باشد. در حال کار است و در صورت کار نکردن آن را خنک می کند، نوسانات دما می تواند باعث "تنفس" و متراکم شدن محیط شود. بنابراین، تمام محرک های الکتریکی برای استفاده در فضای باز باید مجهز به بخاری باشند.
گاهی اوقات توجیه استفاده از محرک های الکتریکی در محیط های خطرناک دشوار است، اما اگر هوای فشرده یا محرک های پنوماتیکی نتوانند ویژگی های عملیاتی مورد نیاز را فراهم کنند، می توان از محرک های الکتریکی با محفظه های طبقه بندی شده مناسب استفاده کرد.
انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) دستورالعمل هایی را برای ساخت و نصب محرک های الکتریکی (و سایر تجهیزات الکتریکی) برای استفاده در مناطق خطرناک ایجاد کرده است. دستورالعمل های NEMA VII به شرح زیر است:
VII مکان خطرناک کلاس I (گاز یا بخار انفجاری) مطابق با کد ملی برق برای کاربردها.برای استفاده با بنزین، هگزان، نفتا، بنزن، بوتان، پروپان، استون، اتمسفرهای بنزن، بخارات حلال لاک و گاز طبیعی، با مشخصات شرکت Underwriters' Laboratories، Inc. مطابقت دارد.
تقریباً همه تولیدکنندگان محرک الکتریکی، گزینه ای از یک نسخه سازگار با NEMA VII از خط تولید استاندارد خود دارند.
از طرف دیگر، محرک‌های پنوماتیکی ذاتاً ضد انفجار هستند. هنگامی که کنترل‌های الکتریکی با محرک‌های پنوماتیکی در مناطق خطرناک استفاده می‌شوند، اغلب مقرون به صرفه‌تر از محرک‌های الکتریکی هستند. ایمنی واقعی محرک های پنوماتیکی در مناطق خطرناک آنها را به یک انتخاب عملی در این کاربردها تبدیل می کند.
بازگشت فنر. یکی دیگر از لوازم جانبی ایمنی که به طور گسترده در محرک‌های سوپاپ در صنعت فرآیند استفاده می‌شود، گزینه بازگشت فنر (ایمن از کار افتادن) است. در صورت قطع برق یا سیگنال، محرک برگشت فنری، شیر را به یک موقعیت ایمن از پیش تعیین‌شده هدایت می‌کند. این یک گزینه کاربردی و ارزان برای محرک‌های پنوماتیکی است و دلیل بزرگی برای استفاده گسترده از Pneu در صنعت است.
اگر به دلیل اندازه یا وزن محرک نمی توان از فنر استفاده کرد، یا اگر یک واحد عملکرد دوگانه نصب شده باشد، می توان یک مخزن انباشته برای ذخیره فشار هوا نصب کرد.