Hvað er kúluloki með mikilli hreinleika? Kúlulokinn með mikilli hreinleika er flæðisstýribúnaður sem uppfyllir iðnaðarstaðla um efnis- og hönnunarhreinleika. Lokar í háhreinleikaferlinu eru notaðir á tveimur meginsviðum:
Þetta er notað í „stuðningskerfum“ eins og vinnslu á gufu til þrifa og hitastýringar. Í lyfjaiðnaðinum eru kúlulokar aldrei notaðir í forritum eða ferlum sem geta komist í beina snertingu við lokaafurðina.
Hver er iðnaðarstaðallinn fyrir loka með mikla hreinleika? Lyfjaiðnaðurinn fær viðmið um val á loka úr tveimur áttum:
ASME/BPE-1997 er síbreytilegt staðalskjal sem nær yfir hönnun og notkun búnaðar í lyfjaiðnaðinum. Þessi staðall er ætlaður fyrir hönnun, efni, smíði, skoðun og prófanir á ílátum, pípum og tengdum fylgihlutum eins og dælum, lokum og tengibúnaði sem notaður er í líftækni- og lyfjaiðnaðinum. Í meginatriðum segir skjalið: „...allir íhlutir sem komast í snertingu við vöru, hráefni eða milliefni við framleiðslu, þróun ferla eða uppskalningu ... og eru mikilvægur þáttur í framleiðslu vörunnar, svo sem innspýtingarvatn (WFI), hreinan gufu, örsíun, geymslu milliefna og skilvindur.“
Í dag treystir iðnaðurinn á ASME/BPE-1997 til að ákvarða hönnun kúluloka fyrir notkun sem ekki kemst í snertingu við vörur. Lykilatriðin sem forskriftin nær yfir eru:
Lokar sem almennt eru notaðir í líftæknilegum ferlakerfum eru meðal annars kúlulokar, þindlokar og bakstreymislokar. Þessi verkfræðiskjal takmarkast við umfjöllun um kúluloka.
Staðfesting er reglugerðarferli sem er hannað til að tryggja endurtekningarhæfni unninnar vöru eða efnablöndu. Forritið gefur til kynna að mæla og fylgjast með vélrænum ferlisþáttum, efnablöndunartíma, hitastigi, þrýstingi og öðrum skilyrðum. Þegar sýnt hefur verið fram á að kerfi og afurðir þess kerfis séu endurtekningarhæfar, teljast allir íhlutir og skilyrði staðfest. Engar breytingar má gera á lokaútgáfu „pakkans“ (ferliskerfum og verklagsreglum) án endurstaðfestingar.
Einnig eru vandamál tengd efnisprófun. MTR (Material Test Report) er yfirlýsing frá framleiðanda steypu sem skráir samsetningu steypunnar og staðfestir að hún komi úr tiltekinni lotu í steypuferlinu. Þetta rekjanleikastig er æskilegt í öllum mikilvægum uppsetningum pípulagna í mörgum atvinnugreinum. Allir lokar sem eru afhentir fyrir lyfjafyrirtæki verða að hafa MTR festan.
Framleiðendur sætisefna veita skýrslur um samsetningu sæta til að tryggja að sætin séu í samræmi við leiðbeiningar FDA. (FDA/USP flokkur VI). Viðurkennd sætisefni eru meðal annars PTFE, RTFE, Kel-F og TFM.
Ofurhár hreinleiki (e. Ultra High Purity, UHP) er hugtak sem ætlað er að leggja áherslu á þörfina fyrir afar mikla hreinleika. Þetta er hugtak sem er mikið notað á hálfleiðaramarkaði þar sem krafist er lágmarksfjölda agna í flæðisstraumnum. Lokar, pípur, síur og mörg efni sem notuð eru í smíði þeirra uppfylla venjulega þetta UHP-stig þegar þau eru undirbúin, pökkuð og meðhöndluð við ákveðnar aðstæður.
Hálfleiðaraiðnaðurinn sækir hönnunarforskriftir fyrir loka úr samantekt upplýsinga sem SemaSpec hópurinn hefur umsjón með. Framleiðsla á örflöguplötum krefst afar strangrar fylgni við staðla til að útrýma eða lágmarka mengun frá ögnum, útgasi og raka.
SemaSpec staðallinn lýsir upptök agnamyndunar, agnastærð, gasuppsprettu (með mjúkum lokasamstæðu), lekaprófunum á helíum og raka innan og utan lokamarka.
Kúlulokar hafa reynst vel í erfiðustu aðstæðum. Sumir af helstu kostum þessarar hönnunar eru meðal annars:
Vélræn fæging – Fægðir fletir, suður og fletir í notkun hafa mismunandi yfirborðseiginleika þegar þeir eru skoðaðir undir stækkunargleri. Vélræn fæging minnkar allar yfirborðshryggir, gryfjur og frávik í einsleita hrjúfleika.
Vélræn fæging er framkvæmd á snúningsbúnaði með því að nota áloxíðslípiefni. Vélræna fægingu er hægt að framkvæma með handverkfærum fyrir stór yfirborð, svo sem hvarfakannanir og ílát á sínum stað, eða með sjálfvirkum fram- og afturhreyflum fyrir rör eða rörlaga hluti. Röð af fínni fægingum er borin á í röð þar til æskilegri áferð eða yfirborðsgrófleika er náð.
Rafpólun er fjarlæging á smásæjum óreglum af málmyfirborðum með rafefnafræðilegum aðferðum. Það leiðir til almennrar flatneskju eða sléttleika yfirborðsins sem, þegar það er skoðað undir stækkunargleri, virðist næstum sviplaus.
Ryðfrítt stál er náttúrulega ónæmt fyrir tæringu vegna mikils króminnihalds (venjulega 16% eða meira í ryðfríu stáli). Rafpólun eykur þessa náttúrulegu mótstöðu vegna þess að ferlið leysir upp meira járn (Fe) en króm (Cr). Þetta skilur eftir meira magn af krómi á yfirborði ryðfría stálsins. (óvirkjun)
Niðurstaða allrar fægingaraðferðar er sköpun „slétts“ yfirborðs sem skilgreint er sem meðalgrófleiki (Ra). Samkvæmt ASME/BPE: „Öll fægingarefni skulu gefin upp í Ra, míkrótommum (m-in) eða míkrómetrum (mm).“
Sléttleiki yfirborðs er almennt mæld með prófílmæli, sjálfvirku tæki með stíll-stíl fram og til baka armi. Stíllinn er færður í gegnum málmyfirborðið til að mæla hæð tinda og dýpt dala. Meðalhæð tinda og dýpt dala er síðan gefin upp sem meðaltal grófleika, gefin upp í milljónustu tommu eða míkrótommum, almennt kallað Ra.
Sambandið milli slípaðs og slípaðs yfirborðs, fjölda slípikorna og yfirborðsgrófleika (fyrir og eftir rafpólun) er sýnt í töflunni hér að neðan. (Fyrir ASME/BPE útleiðslu, sjá töflu SF-6 í þessu skjali)
Míkrómetrar eru algengur evrópskur staðall og metrakerfið jafngildir míkrótommum. Ein míkrótomma er jöfn um 40 míkrómetrum. Dæmi: Áferð sem er tilgreind sem 0,4 míkron Ra er jöfn 16 míkrótommum Ra.
Vegna sveigjanleika kúluloka er hægt að fá þá í ýmsum efnum fyrir sæti, þétti og hús. Þess vegna eru kúlulokar framleiddir til að meðhöndla eftirfarandi vökva:
Líftækniiðnaðurinn kýs að setja upp „lokuð kerfi“ þegar mögulegt er. Tengingar með útvíkkaðri rörytu (ETO) eru soðnar í línu til að útrýma mengun utan lokans/pípumarkanna og auka stífleika pípulagnanna. Þríklemmuendanir (hreinlætisklemmutengingar) auka sveigjanleika kerfisins og hægt er að setja þær upp án lóðunar. Með því að nota þríklemmuenda er auðveldara að taka í sundur og endurskipuleggja pípulagnir.
Cherry-Burrell tengihlutir undir vörumerkjunum „I-Line“, „S-Line“ eða „Q-Line“ eru einnig fáanlegir fyrir kerfi með mikla hreinleika, svo sem í matvæla-/drykkjariðnaðinum.
Endar með útvíkkaðri rörlengd (ETO) gera kleift að suða lokanum í pípukerfið. ETO-endarnir eru stærðaðir til að passa við þvermál og veggþykkt pípukerfisins. Lengda rörlengdin rúmar sveigjanlegar suðuhausar og veitir næga lengd til að koma í veg fyrir skemmdir á þétti lokahússins vegna suðuhita.
Kúlulokar eru mikið notaðir í ferlum vegna fjölhæfni þeirra. Þindarlokar hafa takmarkaða hitastigs- og þrýstingsþjónustu og uppfylla ekki alla staðla fyrir iðnaðarloka. Kúlulokar geta verið notaðir til:
Að auki er miðhluti kúlulokans færanlegur til að leyfa aðgang að innri suðuperlunni, sem síðan er hægt að þrífa og/eða pússa.
Frárennsli er mikilvægt til að halda lífvinnslukerfum hreinum og dauðhreinsuðum. Vökvinn sem eftir er eftir frárennsli verður að nýlendusvæði fyrir bakteríur eða aðrar örverur, sem skapar óásættanlega líffræðilega byrði á kerfinu. Staðir þar sem vökvi safnast fyrir geta einnig orðið tæringarstaðir, sem bætir við frekari mengun í kerfinu. Hönnunarhluti ASME/BPE staðalsins krefst hönnunar til að lágmarka töf, eða magn vökva sem eftir er í kerfinu eftir að frárennsli er lokið.
Dauðrými í pípulagnakerfi er skilgreint sem gróp, T-laga rör eða framlenging frá aðalpípu sem fer yfir þvermál pípunnar (L) sem skilgreint er í aðalpípuauðkenni (D). Dauðrými er óæskilegt þar sem það myndar lokunarsvæði sem hugsanlega er ekki aðgengilegt með hreinsun eða sótthreinsun, sem leiðir til mengunar vörunnar. Fyrir lífvinnslupípulagnakerfi er hægt að ná 2:1 L/D hlutfalli með flestum loka- og pípulagnasamsetningum.
Brunalokar eru hannaðir til að koma í veg fyrir útbreiðslu eldfimra vökva ef upp kemur eldur í vinnslulínu. Hönnunin notar málmbak og antistatísk efni til að koma í veg fyrir íkveikju. Líftækni- og snyrtivöruiðnaðurinn kýs almennt brunaloka í áfengisdreifikerfum.
FDA-USP23, samþykkt flokks VI sætisefni fyrir kúluloka eru meðal annars: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK og TFM.
TFM er efnafræðilega breytt PTFE sem brúar bilið á milli hefðbundins PTFE og bráðnunarhæfs PFA. TFM er flokkað sem PTFE samkvæmt ASTM D 4894 og ISO Draft WDT 539-1.5. Í samanburði við hefðbundið PTFE hefur TFM eftirfarandi bætta eiginleika:
Holrýmisfylltar sætir eru hannaðir til að koma í veg fyrir uppsöfnun efna sem gætu storknað eða á annan hátt hindrað eðlilega virkni lokunarhluta lokans þegar þau festast á milli kúlunnar og holrýmisins. Háhreinir kúlulokar sem notaðir eru í gufuþjónustu ættu ekki að nota þessa valfrjálsu sætisuppsetningu, þar sem gufa getur fundið leið sína undir sætisyfirborðið og orðið svæði fyrir bakteríuvöxt. Vegna þessa stærra sætisflatarmáls er erfitt að sótthreinsa holrýmisfyllingarsæti án þess að taka þau í sundur.
Kúlulokar tilheyra almennum flokki „snúningsloka“. Fyrir sjálfvirka notkun eru tvær gerðir af stýribúnaði í boði: loftknúnir og rafmagns. Loftknúnir stýribúnaðir nota stimpil eða himnu sem er tengd við snúningskerfi eins og tannhjól og tannhjól til að veita snúningsúttak. Rafknúnir stýribúnaðir eru í grundvallaratriðum gírmótorar og eru fáanlegir í ýmsum spennum og valkostum sem henta kúlulokum. Nánari upplýsingar um þetta efni er að finna í „Hvernig á að velja kúlulokastýribúnað“ síðar í þessari handbók.
Hægt er að þrífa og pakka hágæða kúlulokum samkvæmt kröfum BPE eða hálfleiðara (SemaSpec).
Grunnhreinsun er framkvæmd með ómskoðunarhreinsikerfi sem notar viðurkennt basískt hvarfefni fyrir kalda hreinsun og fituhreinsun, með formúlu sem skilur ekki eftir leifar.
Þrýstihlutar eru merktir með hitanúmeri og þeim fylgir viðeigandi greiningarvottorð. Prófunarskýrsla úr myllu (MTR) er skráð fyrir hverja stærð og hitanúmer. Þessi skjöl innihalda:
Stundum þurfa verkfræðingar að velja á milli loft- eða rafmagnsloka fyrir stýrikerfi fyrir ferli. Báðar gerðir stýrivéla hafa kosti og það er mikilvægt að hafa gögnin tiltæk til að taka bestu ákvörðunina.
Fyrsta verkefnið við val á gerð stýribúnaðar (loftknúinn eða rafknúinn) er að ákvarða skilvirkustu aflgjafann fyrir stýribúnaðinn. Helstu atriðin sem þarf að hafa í huga eru:
Hagnýtustu loftþrýstingsstýringarnar nota loftþrýsting frá 40 til 120 psi (3 til 8 bör). Venjulega eru þær stærðaðar fyrir þrýsting frá 60 til 80 psi (4 til 6 bör). Hærri loftþrýstingur er oft erfitt að tryggja, en lægri loftþrýstingur krefst mjög stórra stimpla eða himna til að mynda nauðsynlegt tog.
Rafknúnir stýrivélar eru venjulega notaðir með 110 VAC afli, en hægt er að nota þá með ýmsum riðstraums- og jafnstraumsmótorum, bæði einfasa og þriggja fasa.
Hitasvið. Bæði loft- og rafknúnir stýringar geta verið notaðir yfir breitt hitastigssvið. Staðlað hitastigssvið fyrir loftknúna stýringar er -4 til 1740F (-20 til 800C), en hægt er að víkka það út í -40 til 2500F (-40 til 1210C) með valfrjálsum þéttingum, legum og smurolíu. Ef stjórntæki (takmörkunarrofar, segullokar o.s.frv.) eru notuð, geta þau verið hitastigsmetin á annan hátt en stýringarinn, og það ætti að hafa í huga í öllum notkunum. Í lághita notkun ætti að taka tillit til loftgæða í tengslum við döggpunkt. Döggpunktur er hitastigið þar sem þétting á sér stað í loftinu. Þétting getur fryst og lokað loftleiðslunni, sem kemur í veg fyrir að stýringarinn virki.
Rafmagnsstýringar eru með hitastig á bilinu -40 til 1500F (-40 til 650C). Þegar rafmagnsstýringar eru notaðar utandyra ætti að einangra þær frá umhverfinu til að koma í veg fyrir að raki komist inn í þær. Ef raki kemst úr rafmagnsleiðslunni getur raki samt myndast inni í þeim, sem gæti hafa safnað regnvatni fyrir uppsetningu. Einnig, þar sem mótorinn hitar innra byrði stýringarhússins þegar hann er í gangi og kælir það þegar hann er ekki í gangi, geta hitasveiflur valdið því að umhverfið „andar“ og þéttist. Þess vegna ættu allir rafmagnsstýringar til notkunar utandyra að vera búnir hitara.
Stundum er erfitt að réttlæta notkun rafknúinna stýribúnaða í hættulegu umhverfi, en ef þrýstilofts- eða loftknúnir stýribúnaðarar geta ekki veitt tilskilda eiginleika, er hægt að nota rafknúna stýribúnaða með viðeigandi flokkuðum hlífum.
Landsamtök raftækjaframleiðenda (NEMA) hafa sett leiðbeiningar um smíði og uppsetningu rafknúinna stýribúnaða (og annars rafbúnaðar) til notkunar á hættulegum svæðum. NEMA VII leiðbeiningarnar eru eftirfarandi:
VII Hættuleg staðsetning, flokkur I (sprengifimt gas eða gufa) Uppfyllir kröfur bandarískra rafmagnsreglugerða um notkun; uppfyllir forskriftir Underwriters' Laboratories, Inc. til notkunar með bensíni, hexani, nafta, benseni, bútani, própani, asetoni, bensenlofti, gufum af lakkleyfum og jarðgasi.
Næstum allir framleiðendur rafmagnsstýringa bjóða upp á NEMA VII-samhæfða útgáfu af staðalvörulínu sinni.
Hins vegar eru loftþrýstistýringar í eðli sínu sprengiheldar. Þegar rafmagnsstýringar eru notaðar með loftþrýstistýringum á hættulegum svæðum eru þær oft hagkvæmari en rafknúnir stýringar. Hægt er að setja upp rafsegulstýrðan stýriloka á hættulausu svæði og tengja hann við stýringuna. Takmörkunarrofa - til að gefa til kynna stöðu - er hægt að setja upp í NEMA VII girðingum. Meðfædd öryggi loftþrýstistýringa á hættulegum svæðum gerir þá að hagnýtum valkosti í þessum forritum.
Fjaðursnúningur. Annar öryggisbúnaður sem er mikið notaður í lokastýringum í vinnsluiðnaði er fjaðursnúningur (bilunaröryggi). Ef rafmagns- eða merkjabilun verður, knýr fjaðursnúningurinn lokanum í fyrirfram ákveðna örugga stöðu. Þetta er hagnýtur og ódýr kostur fyrir loftknúna stýringar og ein af stóru ástæðunum fyrir því að loftknúnir stýringar eru mikið notaðir í allri iðnaðinum.
Ef ekki er hægt að nota fjöður vegna stærðar eða þyngdar stýribúnaðarins, eða ef tvívirk eining hefur verið sett upp, er hægt að setja upp söfnunartank til að geyma loftþrýsting.