論攪拌式不鏽鋼生物(wù)反應器之罐體設計

作爲生物(wù)反應器的(de)顔值擔當，罐體是我們對(duì)于生物(wù)反應器的(de)第一印象。

罐體的(de)優良中差也(yě)有相應的(de)判斷依據，合格的(de)生物(wù)反應器罐體會遵循《GB150.1~150.4-2021壓力容器》國家強制标準，但是卓越的(de)生物(wù)反應器罐體則會更嚴格的(de)遵循《ASME BPE》進行設計和(hé)制造。我們的(de)目标從來(lái)都不是及格，而是優秀與卓越，所以我們會從《ASME BPE》和(hé)生物(wù)工藝的(de)角度探討(tǎo)生物(wù)反應器罐體的(de)設計和(hé)制造。

首先讓我們來(lái)認識下(xià)ASME BPE

ASME是美(měi)國機械工程師協會的(de)縮寫簡稱。區(qū)别于《GB150壓力容器》，ASME BPE并不是強制的(de)标準。它是由材料和(hé)設備制造商及供應商、工程設計和(hé)安裝公司、咨詢公司、檢驗機構和(hé)設備使用(yòng)者所組成的(de)跨領域的(de)專家共同發起制訂并定期修訂。

ASME BPE标準是全球範圍内唯一的(de)生物(wù)醫藥生産設備标準。ASME BPE滿足了(le)生物(wù)加工、制藥和(hé)其他(tā)應用(yòng)行業的(de)需求。這(zhè)些行業都有嚴格的(de)衛生要求，涵蓋了(le)材料、制造、加工、檢查、測試和(hé)認證。該國際标準已經被30個(gè)國家認可(kě)。

生物(wù)反應器罐體設計要素

生物(wù)反應器的(de)罐體是細胞生長(cháng)的(de)場(chǎng)地所在，所以相比于普通(tōng)的(de)配料罐，生物(wù)反應器罐體在潔淨衛生、材質抛光(guāng)、無死角等方面無疑有著(zhe)更高(gāo)的(de)要求。下(xià)面我們就看下(xià)在ASME BPE中合格的(de)生物(wù)反應器罐體應該具備哪些特征。

第一特征：合理(lǐ)的(de)接口

生物(wù)反應器有著(zhe)諸多(duō)的(de)功能接口，如頂部的(de)清洗口、側面的(de)電極口和(hé)底部的(de)出料口等。無論在什(shén)麽位置，除了(le)保證工藝需求外，還(hái)需要具備易清潔、不殘留、能滅菌等特性。

Ø 頂部接口

對(duì)于非流通(tōng)接口，爲了(le)保證清洗和(hé)滅菌的(de)效果，應該實現盡可(kě)能小的(de)L/d比，ASME BPE建議(yì)不超過2，而且爲了(le)保證清洗和(hé)滅菌效果，盡可(kě)能的(de)不用(yòng)1”以内的(de)接口。

在實際操作中，我們通(tōng)常會用(yòng)NA接口代替傳統的(de)Tri-clamp接口

而與之相關的(de)測試，主要是噴淋裝置覆蓋測試，即我們通(tōng)常所說的(de)核黃(huáng)素清洗測試，關于這(zhè)個(gè)測試，ASME BPE也(yě)有比較詳細的(de)描述，這(zhè)裏我們就不展開。

Ø 側面接口

在ASME BPE-2019中，以下(xià)三種方式是可(kě)以被接受的(de)

從這(zhè)三種結構上我們可(kě)以看出ASME BPE的(de)理(lǐ)念，坡度保證排水(shuǐ)，更短的(de)盲端避免死角，所以對(duì)于pH DO電極接口，我們通(tōng)常采用(yòng)a方式（INGOLD），取樣閥和(hé)溫度傳感器接口通(tōng)常采用(yòng)c方式（NA接口），通(tōng)常不采用(yòng)b，雖然b也(yě)被接受，原因各位看官可(kě)自行腦(nǎo)補

在我們收集的(de)反饋中，側面電極接口的(de)不正确設計和(hé)連接是導緻污染的(de)重要原因之一。

Ø 底部接口

ASME BPE對(duì)于底部接口隻有一種推薦方式

NA接口，并且保證在焊接和(hé)安裝過程中，不存在死角，保證罐體能夠完全自排淨，所以在我們驗收方案中，會有一項專項測試——排空性測試

第二特征：設置合理(lǐ)的(de)清洗球

有些工程師反饋清洗球洗不幹淨，他(tā)們更加信任傳統的(de)清洗方式，即把罐蓋提升後，通(tōng)過軟管或者刷子等工具進行人(rén)工清洗。這(zhè)種擔心不是沒有道理(lǐ)的(de)，因爲有些設備上确實隻是設置了(le)清洗球，但是并未根據罐體内部接口進行科學的(de)設計，更加沒有進行清洗球覆蓋性測試。在ASME BPE看來(lái)，清洗球的(de)數量和(hé)位置應保證能夠消除内部零件的(de)陰影(yǐng)，例如攪拌器軸、導流管和(hé)擋闆等。所以在優質的(de)系統上罐體會設置兩個(gè)甚至兩個(gè)以上的(de)清洗球，以此來(lái)保證清潔效果，甚至可(kě)能會根據需要選擇洗罐器來(lái)替代清洗球來(lái)保證效果。

合理(lǐ)的(de)在線清洗裝置的(de)設置是系統潔淨的(de)保障。

第三特征：材質和(hé)抛光(guāng)

對(duì)于生物(wù)反應器的(de)罐體來(lái)說，從結構上大(dà)緻可(kě)分(fēn)爲内筒、夾套和(hé)保溫層三部分(fēn)，其中内筒因爲直接接觸物(wù)料所以要求更高(gāo)，ASME BPE也(yě)主要針對(duì)這(zhè)塊進行描述。

材質層面基本上現在均采用(yòng)奧氏體不鏽鋼SS316L材質，對(duì)應德标1.4404

表面抛光(guāng)主要指的(de)是内表面的(de)抛光(guāng)，機械抛光(guāng)和(hé)電解抛光(guāng)對(duì)應的(de)表面粗糙度Ra值見上述表格。我們常用(yòng)的(de)等級主要是SF1和(hé)SF4，也(yě)就是我們常說的(de)機械抛光(guāng)和(hé)電解抛光(guāng)。這(zhè)兩個(gè)的(de)區(qū)别有很多(duō)專業的(de)文章(zhāng)進行了(le)非常詳盡的(de)分(fēn)析和(hé)對(duì)比。這(zhè)裏我們就不展開，如果通(tōng)俗點描述機抛更經濟，電抛更精細、無磨痕，這(zhè)就意味著(zhe)不殘液應清潔。從這(zhè)點看生物(wù)反應器罐體内表面應該把電解抛光(guāng)作爲第一選擇。

第四特征：擋闆

這(zhè)個(gè)是容易被忽略的(de)污染點！！！

我們列舉幾個(gè)常見的(de)易造成污染問題：

Ø 螺紋連接

這(zhè)個(gè)問題非常普遍。

因爲我們通(tōng)常會要求擋闆做(zuò)成可(kě)拆卸，即通(tōng)過螺絲将擋闆固定在支撐物(wù)上，但是螺紋在潔淨行業是被禁止使用(yòng)的(de)，因爲暴露在衛生環境下(xià)的(de)螺紋是無法被清潔的(de)。

所以我們推薦采用(yòng)焊接作爲第一連接方式。如果考慮到工藝的(de)多(duō)樣性一定要采用(yòng)可(kě)拆卸的(de)，也(yě)應該避免螺紋暴露在培養液中，如采用(yòng)衛生螺母，并合理(lǐ)選擇O型圈。

Ø 坡度排水(shuǐ)

罐體内部最容易産生積水(shuǐ)和(hé)微生物(wù)膜的(de)就是擋闆！

所以在ASME BPE裏面對(duì)擋闆的(de)坡度和(hé)清洗陰影(yǐng)面進行了(le)比較詳細的(de)闡述，

再列舉兩種比較受認可(kě)的(de)案例：

總而言之，擋闆設計要能保證排水(shuǐ)，不能有清洗陰影(yǐng)面，不能暴露螺紋。參照(zhào)這(zhè)三條标準，各位看官可(kě)以看下(xià)自家有沒有踩雷。

第五特征：視鏡

又一個(gè)容易被忽視的(de)地方。但是在應用(yòng)中，确實也(yě)出現了(le)不少因爲視鏡設計或安裝缺陷導緻生産失敗的(de)案例。對(duì)于視鏡我們來(lái)看下(xià)ASME BPE是怎麽要求的(de)？

從這(zhè)個(gè)ASME BPE推薦方式的(de)圖片我們可(kě)以發現幾點

一、死角要短，L/d原則要遵守

二、O型圈要選擇好，大(dà)小長(cháng)短剛剛好，否則有死角，有積液，會污染

三、壓力溫度要能夠滿足工藝要求

四、材質、抛光(guāng)與罐體要求一緻。