Van bi có độ tinh khiết cao là gì? Van bi có độ tinh khiết cao là một thiết bị kiểm soát dòng chảy đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp về độ tinh khiết của vật liệu và thiết kế. Van trong quy trình có độ tinh khiết cao được sử dụng trong hai lĩnh vực ứng dụng chính:
Chúng được sử dụng trong “các hệ thống hỗ trợ” chẳng hạn như xử lý hơi nước tẩy rửa để làm sạch và kiểm soát nhiệt độ. Trong ngành dược phẩm, van bi không bao giờ được sử dụng trong các ứng dụng hoặc quy trình có thể tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm cuối cùng.
Tiêu chuẩn công nghiệp cho van có độ tinh khiết cao là gì? Ngành dược phẩm lấy tiêu chí lựa chọn van từ hai nguồn:
ASME/BPE-1997 là một tài liệu quy chuẩn đang phát triển về thiết kế và sử dụng thiết bị trong ngành dược phẩm. Tiêu chuẩn này dành cho thiết kế, vật liệu, xây dựng, kiểm tra và thử nghiệm bình, đường ống và các phụ kiện liên quan như máy bơm, van và phụ kiện được sử dụng trong ngành dược phẩm sinh học. Về cơ bản, tài liệu nêu rõ: “…tất cả các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm, nguyên liệu thô hoặc sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, phát triển quy trình hoặc mở rộng quy mô… và là một phần quan trọng của quá trình sản xuất sản phẩm, chẳng hạn như nước để tiêm (WF I), Hơi sạch, siêu lọc, kho chứa sản phẩm trung gian và máy ly tâm.”
Ngày nay, ngành công nghiệp dựa vào ASME/BPE-1997 để xác định thiết kế van bi cho các ứng dụng không tiếp xúc với sản phẩm. Các lĩnh vực chính được đề cập trong thông số kỹ thuật là:
Các van thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý dược phẩm sinh học bao gồm van bi, van màng và van kiểm tra. Tài liệu kỹ thuật này sẽ giới hạn trong phần thảo luận về van bi.
Xác thực là một quy trình quản lý được thiết kế để đảm bảo khả năng tái sản xuất của một sản phẩm hoặc công thức đã xử lý. Chương trình chỉ ra việc đo lường và giám sát các thành phần quy trình cơ học, thời gian tạo công thức, nhiệt độ, áp suất và các điều kiện khác. Sau khi một hệ thống và các sản phẩm của hệ thống đó được chứng minh là có thể lặp lại, tất cả các thành phần và điều kiện được coi là đã xác thực. Không có thay đổi nào được thực hiện đối với “gói” cuối cùng (các hệ thống và quy trình xử lý) mà không cần xác nhận lại.
Ngoài ra còn có các vấn đề liên quan đến xác minh vật liệu. MTR (Báo cáo thử nghiệm vật liệu) là một tuyên bố từ nhà sản xuất đúc tài liệu về thành phần của vật đúc và xác minh rằng nó đến từ một lần chạy cụ thể trong quy trình đúc. Mức độ truy xuất nguồn gốc này là mong muốn trong tất cả các cài đặt thành phần hệ thống ống nước quan trọng trong nhiều ngành. Tất cả các van được cung cấp cho các ứng dụng dược phẩm phải có MTR đi kèm.
Các nhà sản xuất vật liệu làm ghế cung cấp các báo cáo về thành phần để đảm bảo ghế tuân thủ các nguyên tắc của FDA. (FDA/USP Class VI) Các vật liệu làm ghế được chấp nhận bao gồm PTFE, RTFE, Kel-F và TFM.
Độ tinh khiết cực cao (UHP) là một thuật ngữ nhằm nhấn mạnh nhu cầu về độ tinh khiết cực cao. Đây là thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong thị trường bán dẫn nơi yêu cầu số lượng hạt tối thiểu tuyệt đối trong dòng chảy. Van, đường ống, bộ lọc và nhiều vật liệu được sử dụng trong cấu trúc của chúng thường đáp ứng mức UHP này khi được chuẩn bị, đóng gói và xử lý trong các điều kiện cụ thể.
Ngành công nghiệp bán dẫn lấy các thông số kỹ thuật thiết kế van từ tập hợp thông tin do nhóm SemaSpec quản lý. Việc sản xuất các tấm vi mạch đòi hỏi phải tuân thủ cực kỳ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn để loại bỏ hoặc giảm thiểu ô nhiễm từ các hạt, thoát khí và độ ẩm.
Tiêu chuẩn SemaSpec nêu chi tiết nguồn tạo hạt, kích thước hạt, nguồn khí (thông qua cụm van mềm), kiểm tra rò rỉ heli và độ ẩm bên trong và bên ngoài ranh giới van.
Van bi đã được chứng minh rõ ràng trong các ứng dụng khó khăn nhất. Một số lợi ích chính của thiết kế này bao gồm:
Đánh bóng cơ học – Các bề mặt được đánh bóng, mối hàn và bề mặt đang sử dụng có các đặc điểm bề mặt khác nhau khi xem dưới kính lúp. Đánh bóng cơ học làm giảm tất cả các đường vân, vết rỗ và sự khác biệt trên bề mặt thành một độ nhám đồng nhất.
Đánh bóng cơ học được thực hiện trên thiết bị quay bằng cách sử dụng chất mài mòn alumina. Có thể thực hiện đánh bóng cơ học bằng dụng cụ cầm tay cho các diện tích bề mặt lớn, chẳng hạn như lò phản ứng và bình chứa tại chỗ, hoặc bằng bộ chuyển động tịnh tiến tự động cho đường ống hoặc các bộ phận dạng ống. Một loạt các chất đánh bóng bằng hạt mài được áp dụng theo trình tự mịn hơn liên tiếp cho đến khi đạt được độ hoàn thiện hoặc độ nhám bề mặt mong muốn.
Electropolishing là loại bỏ các bất thường vi mô khỏi bề mặt kim loại bằng phương pháp điện hóa. Nó dẫn đến độ phẳng hoặc độ nhẵn chung của bề mặt mà khi nhìn dưới kính lúp sẽ gần như không có gì đặc biệt.
Thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn tự nhiên nhờ hàm lượng crom cao (thường là 16% trở lên trong thép không gỉ). Đánh bóng bằng điện giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn tự nhiên này vì quá trình hòa tan nhiều sắt (Fe) hơn crom (Cr). Điều này để lại hàm lượng crom cao hơn trên bề mặt thép không gỉ. (Thụ động hóa)
Kết quả của bất kỳ quy trình đánh bóng nào là tạo ra một bề mặt “nhẵn” được định nghĩa là độ nhám trung bình (Ra). Theo ASME/BPE;“Tất cả các chất đánh bóng phải được biểu thị bằng Ra, microinches (m-in) hoặc micromet (mm).”
Độ nhẵn bề mặt thường được đo bằng một máy đo biên dạng, một dụng cụ tự động có cánh tay xoay kiểu bút stylus. Bút stylus được đưa qua bề mặt kim loại để đo chiều cao đỉnh và độ sâu đáy. Chiều cao đỉnh trung bình và độ sâu đáy sau đó được biểu thị bằng độ nhám trung bình, được biểu thị bằng phần triệu inch hoặc microinch, thường được gọi là Ra.
Mối quan hệ giữa bề mặt được đánh bóng và được đánh bóng, số lượng hạt mài mòn và độ nhám bề mặt (trước và sau khi đánh bóng bằng điện) được trình bày trong bảng bên dưới. (Đối với dẫn xuất ASME/BPE, xem Bảng SF-6 trong tài liệu này)
Panme là tiêu chuẩn chung của Châu Âu và hệ mét tương đương với microinch. Một microinch tương đương với khoảng 40 micromet. Ví dụ: Lớp hoàn thiện được chỉ định là 0,4 micron Ra tương đương với 16 micro inch Ra.
Do tính linh hoạt vốn có của thiết kế van bi, nó có sẵn trong nhiều loại vật liệu ghế, phớt và thân. Do đó, van bi được sản xuất để xử lý các chất lỏng sau:
Ngành dược phẩm sinh học ưu tiên lắp đặt “các hệ thống kín” bất cứ khi nào có thể. Các đầu nối Đường kính ngoài của Ống mở rộng (ETO) được hàn thẳng hàng để loại bỏ nhiễm bẩn bên ngoài ranh giới van/ống và tăng độ cứng cho hệ thống đường ống. Các đầu Tri-Clamp (kết nối kẹp vệ sinh) tăng tính linh hoạt cho hệ thống và có thể được lắp đặt mà không cần hàn. Sử dụng các đầu Tri-Clamp, hệ thống đường ống có thể được tháo rời và cấu hình lại dễ dàng hơn.
Phụ kiện Cherry-Burrell dưới tên thương hiệu “I-Line”, “S-Line” hoặc “Q-Line” cũng có sẵn cho các hệ thống có độ tinh khiết cao như ngành công nghiệp thực phẩm/đồ uống.
Các đầu Đường kính ngoài của ống mở rộng (ETO) cho phép hàn thẳng van vào hệ thống đường ống. Các đầu ETO có kích thước phù hợp với đường kính và độ dày của thành ống (ống) của hệ thống. Chiều dài ống mở rộng phù hợp với các đầu mối hàn quỹ đạo và cung cấp đủ chiều dài để tránh hư hỏng vòng đệm thân van do nhiệt hàn.
Van bi được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quy trình vì tính linh hoạt vốn có của chúng. Van màng có dịch vụ hạn chế về nhiệt độ và áp suất và không đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn cho van công nghiệp. Van bi có thể được sử dụng cho:
Ngoài ra, phần trung tâm của van bi có thể tháo rời để cho phép tiếp cận đường hàn bên trong, sau đó có thể làm sạch và/hoặc đánh bóng.
Thoát nước rất quan trọng để giữ cho các hệ thống xử lý sinh học trong điều kiện sạch sẽ và vô trùng. Chất lỏng còn lại sau khi thoát nước trở thành nơi cư trú của vi khuẩn hoặc các vi sinh vật khác, tạo ra một lượng sinh vật tạp nhiễm không thể chấp nhận được trên hệ thống. Các khu vực tích tụ chất lỏng cũng có thể trở thành nơi bắt đầu ăn mòn, làm tăng thêm sự nhiễm bẩn cho hệ thống. Phần thiết kế của tiêu chuẩn ASME/BPE yêu cầu thiết kế để giảm thiểu sự tích tụ hoặc lượng chất lỏng còn lại trong hệ thống sau khi thoát nước xong.
Không gian chết trong hệ thống đường ống được định nghĩa là rãnh, chữ T hoặc phần mở rộng từ đường ống chính vượt quá lượng đường kính ống (L) được xác định trong ID đường ống chính (D). Không gian chết là điều không mong muốn vì nó tạo ra khu vực bẫy mà có thể không tiếp cận được thông qua quy trình làm sạch hoặc vệ sinh, dẫn đến ô nhiễm sản phẩm. Đối với hệ thống đường ống xử lý sinh học, tỷ lệ L/D 2:1 có thể đạt được với hầu hết các cấu hình van và đường ống.
Bộ giảm chấn lửa được thiết kế để ngăn chặn sự lan rộng của chất lỏng dễ cháy trong trường hợp có cháy dây chuyền sản xuất. Thiết kế này sử dụng ghế sau bằng kim loại và chống tĩnh điện để ngăn chặn sự bắt lửa. Các ngành công nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm thường thích sử dụng bộ giảm chấn lửa trong các hệ thống phân phối rượu.
FDA-USP23, Vật liệu mặt ngồi van bi được FDA phê chuẩn bao gồm: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK và TFM.
TFM là một PTFE đã được biến đổi về mặt hóa học giúp thu hẹp khoảng cách giữa PTFE truyền thống và PFA có thể xử lý nóng chảy. TFM được phân loại là PTFE theo tiêu chuẩn ASTM D 4894 và ISO Draft WDT 539-1.5. So với PTFE truyền thống, TFM có các đặc tính nâng cao sau:
Ghế có đầy khoang được thiết kế để ngăn chặn sự tích tụ của các vật liệu, khi bị mắc kẹt giữa quả cầu và khoang cơ thể, có thể đông đặc lại hoặc cản trở hoạt động trơn tru của bộ phận đóng van. Van bi có độ tinh khiết cao được sử dụng trong dịch vụ hơi nước không nên sử dụng cách bố trí ghế tùy chọn này, vì hơi nước có thể tìm đường dưới bề mặt đế và trở thành khu vực cho vi khuẩn phát triển. Do diện tích chỗ ngồi lớn hơn này, nên khó vệ sinh đúng cách mà không cần tháo dỡ.
Van bi thuộc danh mục chung của "van quay". Để vận hành tự động, có hai loại bộ truyền động: khí nén và điện. Bộ truyền động khí nén sử dụng pít-tông hoặc màng ngăn được kết nối với cơ cấu quay như giá đỡ và bố trí bánh răng để cung cấp mô-men xoắn đầu ra quay. Bộ truyền động điện về cơ bản là động cơ bánh răng và có nhiều loại điện áp và tùy chọn khác nhau để phù hợp với van bi. Để biết thêm thông tin về chủ đề này, hãy xem “Cách chọn Bộ truyền động van bi” ở phần sau của hướng dẫn này.
Van bi có độ tinh khiết cao có thể được làm sạch và đóng gói theo yêu cầu của BPE hoặc Chất bán dẫn (SemaSpec).
Làm sạch cơ bản được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống làm sạch siêu âm sử dụng thuốc thử kiềm đã được phê duyệt để làm sạch và tẩy dầu mỡ lạnh, với công thức không có cặn.
Các bộ phận chịu áp suất được đánh dấu bằng số nhiệt và kèm theo chứng chỉ phân tích thích hợp. Báo cáo Thử nghiệm Nhà máy (MTR) được ghi lại cho từng kích thước và số nhiệt. Các tài liệu này bao gồm:
Đôi khi, các kỹ sư quy trình cần chọn giữa van khí nén hoặc van điện cho hệ thống điều khiển quy trình. Cả hai loại thiết bị truyền động đều có ưu điểm và rất có giá trị khi có sẵn dữ liệu để đưa ra lựa chọn tốt nhất.
Nhiệm vụ đầu tiên trong việc chọn loại thiết bị truyền động (khí nén hoặc điện) là xác định nguồn năng lượng hiệu quả nhất cho thiết bị truyền động. Những điểm chính cần xem xét là:
Các thiết bị truyền động khí nén thực tế nhất sử dụng nguồn cung cấp áp suất không khí từ 40 đến 120 psi (3 đến 8 bar). Thông thường, chúng có kích thước phù hợp với áp suất cung cấp từ 60 đến 80 psi (4 đến 6 bar). Áp suất không khí cao hơn thường khó đảm bảo, trong khi áp suất không khí thấp hơn yêu cầu pít-tông hoặc màng ngăn có đường kính rất lớn để tạo ra mô-men xoắn cần thiết.
Bộ truyền động điện thường được sử dụng với nguồn điện 110 VAC, nhưng có thể được sử dụng với nhiều loại động cơ AC và DC, cả một pha và ba pha.
phạm vi nhiệt độ. Cả bộ truyền động khí nén và điện đều có thể được sử dụng trong một dải nhiệt độ rộng. Phạm vi nhiệt độ tiêu chuẩn cho bộ truyền động khí nén là -4 đến 1740F (-20 đến 800C), nhưng có thể mở rộng đến -40 đến 2500F (-40 đến 1210C) với các vòng đệm, vòng bi và mỡ bôi trơn tùy chọn. Nếu sử dụng các phụ kiện điều khiển (công tắc giới hạn, van điện từ, v.v.), chúng có thể được định mức nhiệt độ khác với thiết bị truyền động, và điều này phải được được tính đến trong tất cả các ứng dụng. Trong các ứng dụng nhiệt độ thấp, chất lượng cung cấp không khí liên quan đến điểm sương nên được xem xét. Điểm sương là nhiệt độ tại đó xảy ra sự ngưng tụ trong không khí. Sự ngưng tụ có thể đóng băng và chặn đường cung cấp không khí, ngăn không cho bộ truyền động hoạt động.
Bộ truyền động điện có dải nhiệt độ từ -40 đến 1500F (-40 đến 650C). Khi sử dụng ngoài trời, bộ truyền động điện phải được cách ly với môi trường để tránh hơi ẩm xâm nhập vào hoạt động bên trong. Nếu nước ngưng tụ được rút ra từ ống dẫn điện, hơi nước ngưng tụ vẫn có thể hình thành bên trong, có thể đã tích tụ nước mưa trước khi lắp đặt. Ngoài ra, do động cơ làm nóng bên trong vỏ bộ truyền động khi chạy và làm mát nó khi không chạy, nên dao động nhiệt độ có thể gây ra môi trường để “thở” và ngưng tụ. Do đó, tất cả các thiết bị truyền động điện để sử dụng ngoài trời nên được trang bị lò sưởi.
Đôi khi rất khó để biện minh cho việc sử dụng bộ truyền động điện trong môi trường nguy hiểm, nhưng nếu khí nén hoặc bộ truyền động khí nén không thể cung cấp các đặc tính vận hành cần thiết, thì có thể sử dụng bộ truyền động điện có vỏ được phân loại phù hợp.
Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia (NEMA) đã thiết lập các hướng dẫn về xây dựng và lắp đặt bộ truyền động điện (và các thiết bị điện khác) để sử dụng trong các khu vực nguy hiểm. Các hướng dẫn của NEMA VII như sau:
VII Vị trí Nguy hiểm Loại I (Khí hoặc hơi dễ nổ) Đáp ứng Bộ luật Điện Quốc gia cho các ứng dụng;đáp ứng các thông số kỹ thuật của Underwriters' Laboratories, Inc. để sử dụng với xăng, hexan, naphtha, benzen, butan, propan, axeton, Khí quyển benzen, hơi dung môi sơn mài và khí tự nhiên.
Hầu như tất cả các nhà sản xuất thiết bị truyền động điện đều có tùy chọn phiên bản tuân thủ NEMA VII cho dòng sản phẩm tiêu chuẩn của họ.
Mặt khác, bộ truyền động khí nén vốn có khả năng chống cháy nổ. Khi điều khiển điện được sử dụng với bộ truyền động khí nén trong khu vực nguy hiểm, chúng thường tiết kiệm chi phí hơn so với bộ truyền động điện. Van điều khiển vận hành bằng điện từ có thể được lắp đặt ở khu vực không nguy hiểm và được dẫn đến bộ truyền động. Công tắc giới hạn – để chỉ báo vị trí – có thể được lắp đặt trong các vỏ NEMA VII. Sự an toàn vốn có của bộ truyền động khí nén trong khu vực nguy hiểm khiến chúng trở thành lựa chọn thiết thực trong các ứng dụng này.
Lò xo quay trở lại. Một phụ kiện an toàn khác được sử dụng rộng rãi trong các bộ truyền động van trong ngành công nghiệp chế biến là tùy chọn lò xo quay trở lại (an toàn không an toàn).
Nếu không thể sử dụng lò xo do kích thước hoặc trọng lượng của bộ truyền động, hoặc nếu đã lắp đặt bộ phận tác động kép, thì có thể lắp đặt bình tích áp để lưu trữ áp suất không khí.