Ekonomiczna i niezawodna metoda przewidywania naprężeń mechanicznych w pompach jednorazowych i standardowych
5 sierpnia 2015
Badania naprężeń ścinających w systemie emulsji olejowo-wodnej skutkują rozpadem kropli w czasie eksperymentu. Aby zliczyć wielkość kropli w procesach pompowania, w protokole tym z powodzeniem wykazano przydatność endoskopii inline.
Ogólnym celem tej procedury jest wykazanie przydatności techniki endoskopii inline do pomiaru wielkości kropli w procesach pompowania. Osiąga się to za pomocą zestawu pomp rurowych, składającego się ze zbiornika magazynowego, obwodu pompy i sprzętu do techniki endoskopii na linii produkcyjnej. Do naczynia magazynowego dodaje się wodę w celu zmieszania ze środkiem powierzchniowo czynnym, po czym olej jest dodawany przez port strzykawki i rozprowadzany przez pompę.
Oprogramowanie do rozpoznawania obrazu jest następnie używane do pomiaru wielkości kropli przez godzinę. Ostatecznie średnia kwaśna średnica kropli służy do oszacowania naprężeń mechanicznych pomp jednorazowego i standardowego. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak czujniki FPR, jest to, że technika endoskopii śródlądowej umożliwia wiarygodne i dokładne pomiary wielkości kropli i dyspersji cieczy cieczy przy standardowych odchyleniach poniżej 10%W przypadku tego protokołu należy upewnić się, że naczynie magazynujące jest wyposażone w wirnik do rozpuszczania środka powierzchniowo czynnego.
Pierwszym przygotowaniem jest ustawienie zbiornika magazynowego, przymocowanie zaworu pokrętła ręcznego i węża pętli pompy do naczynia magazynowego. Naczynie magazynowe musi być wyposażone w port strzykawkowy, pompę, która jest przedmiotem zainteresowania, zacisk przepływomierza i jednorazowy czujnik ciśnienia. Następnie podłącz głowicę pompy do silnika i przygotuj sondę endoskopową.
Następnie zamontuj płaszczyznę odbicia, taką jak rodowane lustro do końcówki sondy, wyreguluj odległość między lustrem a soczewką do 150 mikronów. Następnie wyreguluj na 100 mikronów, aby ustawić ostrość obiektywu. Ogólnie rzecz biorąc, szybka kamera CCD powinna być już podłączona do sond endoskopowych soat vf.
Następnie podłącz sondę do stroboskopu za pomocą światłowodowego. Następnie podłącz kamerę do komputera za pomocą Ethernet. Na koniec połącz kamerę ze stroboskopem za pomocą skrzynki spustowej.
Kolejnym przygotowaniem jest przygotowanie otwartego oprogramowania, oprogramowania sopa, które zawiera oprogramowanie do akwizycji i rozpoznawania obrazów, a także analizator wyników. Następnie wybierz oprogramowanie do akwizycji obrazu, tak aby sterować krzywką w menu głównym. Stamtąd kliknij przycisk bezpośrednie urządzenie w lewym górnym rogu, aby wykryć kamerę.
Teraz w ustawieniach katalogu wybierz lokalizację na komputerze, w której obrazy zostaną zapisane i aktywuj polecenie. Utwórz podfoldery wyzwalacza. Następnie wprowadź parametry procesu w sekcji zatytułowanej Tryb wyzwalania.
Przygotuj się na pięć litrów wody dejonizowanej do naczynia magazynowego i włącz pompę, aby odpowietrzyć pompę i pętlę pompy. Następnie wyłącz pompę i włącz wirnik. Następnie przygotuj środek powierzchniowo czynny Triton X 100 i dodaj go 10-mililitrową pipetą pod ciągłym mieszaniem.
Po 10 minutach środek powierzchniowo czynny zostanie całkowicie rozpuszczony. Teraz wyłącz wirnik i włącz pompę. Ustaw sondę endoskopową tak, aby soczewka znajdowała się bezpośrednio pod rurką wlotową.
Najważniejszym krokiem jest ustawienie sondy. W przypadku tych badań musi być umieszczony bezpośrednio pod rurą wlotową, aby nie wykrywał każdej kropli więcej niż raz. Ponadto sonda musi być bardzo stabilna, aby obrazy nie były rozmazane.
Włącz pompę i ustaw natężenie przepływu na 3,4 litra na minutę, a spadek ciśnienia na 0,03, 0,3 lub 0,61 bara, zmieniając zawór pokrętła. W międzyczasie odważ wymaganą ilość oleju bezpośrednio do strzykawki. Następnie uruchom oprogramowanie do akwizycji.
Więc poklep kontrolę krzywki, przykręć strzykawkę do portu strzykawki i rozpocznij test. Dodając olej, pracująca pompa rozprowadza krople emulsji. W czasie doświadczalnym wynoszącym jedną godzinę przed wykonaniem kolejnego testu, naczynie magazynowe i zintegrowana pętla pompy muszą zostać oczyszczone.
Aby rozpocząć analizę danych, otwórz dozownik do soat z menu głównego oprogramowania. W obszarze Katalog główny usługi Batch wybierz lokalizację na komputerze, w której są zapisywane pliki. Następnie załaduj serię obrazów.
Wybierz ścieżkę serii obrazów w kolumnie i kliknij dodaj podfoldery serii obrazów. Aby określić rozpoznawanie kropli, załaduj parametry procesu dostarczone przez soat LTD, wybierz ustawienia wyszukiwania kolumn dla plików PSS lub przeciągnij matę. Następnie kliknij ustaw ustawienia wyszukiwania.
Aby załadować parametry procesu, wybierz wzorzec wyszukiwania kolumn dla plików gwiaździstych PSP lub FCO i kliknij ustaw wzorzec wyszukiwania. Teraz rozpocznij rozpoznawanie obrazu, klikając przycisk rozpocznij partię. Następnie otwórz analizator wyników z menu głównego.
To narzędzie wyraża rozmiary kropli za pomocą różnych pomiarów, takich jak średnia średnica, załaduj zapisane pliki za pomocą polecenia all star dot CSV w jednym folderze i kliknij załaduj foldery. Aby wyświetlić wyniki, wybierz odpowiednią wartość z menu rozwijanego, a aby obliczyć średnice, wprowadź wartość skalowania 0,6591 mikrona na piksel, która jest podawana przez producenta w zależności od konfiguracji optycznej. Endoskopia inline została wykorzystana do określenia wielkości kropli systemu emulsji w różnych pompach w porównaniu z innymi powszechnie stosowanymi pompami.
W pompach mag love oczekuje się mniejszych naprężeń mechanicznych ze względu na technologię lewitacji napędu magnetycznego. Badania przeprowadzono przy użyciu zestawu pompy rurowej, która składa się ze zbiornika magazynowego, obwodu pompy i sprzętu do techniki endoskopii inline. Badane pompy wielofunkcyjne obejmowały czystą lewą 200 mu i czystą lewą 600 mu warunki pracy, które zostały znormalizowane.
Następnie wyznaczono średnią średnicę kropel emulsji. Pompa o czystym lewym ciśnieniu 200 mu powodowała wzorowy postęp średnich średnic soder, podobnie jak pompa perystaltyczna. Te średnie średnice kwaśnych zostały obliczone w ciągu ostatnich 10 minut godziny dla ponad 300 kropel na punkt pomiarowy.
Gdy średnica kropli osiągnęła stan ustalony przy różnych spadkach ciśnienia, można było dokonać porównania średnich średnic kwaśnych obliczonych przy użyciu rękawic magnetycznych, pomp odśrodkowych w ich odpowiednikach. Seria pomp odśrodkowych Mag Left uzyskała do 59% większe zmierzone średnie średnice kwaśne. Wyniki te wskazują na mniejszą szybkość rozpadu kropli, a tym samym mniejsze naprężenia mechaniczne wynikające z zastosowania pomp odśrodkowych z lewym magazynkiem, szczególnie w sytuacjach niskiego ciśnienia.
Ten film ułatwia zrozumienie, w jaki sposób oszacować naprężenia mechaniczne w dłoniach przy użyciu techniki endoskopowej.
Przegląd
Niniejsze badanie demonstruje zastosowanie endoskopii in-line do pomiaru wielkości kropel w emulsjach olejowo-wodnych podczas procesów pompowania. Protokół opisuje konfigurację oraz metodologię dokładnego pomiaru wielkości kropel z wykorzystaniem oprogramowania do rozpoznawania obrazów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biofizyka
- Dynamika płynów
Wprowadzenie
- Rozpad kropli w emulsjach zależy od naprężeń ścinających podczas pompowania.
- Tradycyjne metody pomiaru wielkości kropli mogą charakteryzować się niską dokładnością.
- Endoskopia w układzie przepływowym (inline) oferuje nowatorskie podejście do pomiarów w czasie rzeczywistym.
- Zrozumienie wielkości kropli może pomóc w ocenie naprężeń mechanicznych w pompach.
Cel badania
- Aby ocenić skuteczność endoskopii przepływowej w pomiarze wielkości kropel.
- Aby porównać wydajność różnych typów pomp w procesie emulgowania oleju i wody.
- Aby ocenić naprężenia mechaniczne związane z różnymi metodami pompowania.
Zastosowane metody
- Konfiguracja systemu pompy z rurociągiem, zbiornikiem magazynowym i endoskopią wewnątrz linii.
- Wykorzystanie oprogramowania do rozpoznawania obrazu w celu analizy wielkości kropel w czasie.
- Standaryzacja warunków pracy dla analizy porównawczej.
- Pomiar wielkości kropel przy użyciu wskaźnika średniej średnicy Sautera.
Główne wyniki
- Endoskopia w linii zapewniła wiarygodne pomiary wielkości kropel.
- Różne pompy generowały zmienne średnie średnice kropel, co wskazuje na różnice w szybkościach rozpadu kropel.
- Pompy maglev wykazywały niższe naprężenia mechaniczne w porównaniu z pompami odśrodkowymi.
- Wyniki sugerują, że endoskopia w linii jest lepszą metodą niż tradycyjne metody pomiarowe.
Wnioski
- Endoskopia in-line jest skutecznym narzędziem do pomiaru wielkości kropli w emulsjach.
- Technika ta pozwala na dokładną ocenę naprężeń mechanicznych w pompach.
- Dalsze badania mogłyby pogłębić zrozumienie dynamiki płynów w emulsjach.
Często zadawane pytania
Zastosowanie w przemyśle
Naprężenia mechaniczne podczas sterylnego transferu płynów mogą obniżyć jakość i wydajność produktu w bioprocesowaniu. Pomiar wielkości kropel oparty na endoskopii in-line umożliwia predykcyjną ocenę ścinania indukowanego przez pompę, wspierając ograniczanie ryzyka na etapie wyboru sprzętu. Możliwość ta zwiększa odporność procesu i dostarcza informacji niezbędnych do wczesnego podejmowania decyzji projektowych dla platform pomp jednorazowych oraz standardowych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia ilościową ocenę naprężeń mechanicznych, wspierając ograniczanie ryzyka w etapach przenoszenia cieczy.
- Ułatwia walidację funkcjonalną technologii pomp dla wrażliwych systemów biologicznych.
- Zwiększa pewność prognostyczną w projektowaniu procesów poprzez powiązanie wielkości kropli z ekspozycją na siły ścinające.
Przesiewy i opracowanie analizy
- Zapewnia standaryzowane, powtarzalne pomiary wielkości kropli do oceny wydajności pomp.
- Umożliwia szybką analizę różnych typów pomp pod kątem kompatybilności z analizami wrażliwymi na naprężenia ścinające.
- Dostarcza wyników ilościowych (średnia średnica Sautera) do porównań krzyżowych i wyboru platformy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje wybór pompy do wymagań procesu translacyjnego poprzez ilościowe określenie wpływu naprężeń mechanicznych.
- Zapewnia ciągłość przejścia od etapu odkrycia do skalowania procesu, informując o wyborze urządzeń zachowujących integralność produktu.
- Zmniejsza ryzyko awarii procesu na późniejszym etapie z powodu nieprzewidzianych efektów ścinania.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje etap rozwoju procesu z wyborem sprzętu, łącząc wczesne odkrycia z procesami wytwarzania przedklinicznego.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie stresu mechanicznego w celu weryfikacji hipotez dotyczących strat produktu indukowanych procesem.
- Przesiewanie: Standaryzacja pomiaru wielkości kropli w celu zapewnienia powtarzalności oceny pompy.
- Analityka: Dostarczanie wyników statystycznych (średnica średnia, odchylenie standardowe) dla rzetelnego porównania warunków pracy pompy.
- Badania translacyjne: Wsparcie dostosowania technologii pomp do wymagań procesów downstream.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Zapewnienie skalowalnej i przenośnej platformy pomiarowej do ciągłej kwalifikacji sprzętu.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w wyborze pompy i projektowaniu procesu.
- Wartość operacyjna: Dostarcza zestandaryzowane, powtarzalne i ilościowe dane dotyczące wielkości kropli.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie świadomych decyzji dotyczących wdrożenia sprzętu i zmian procesowych.
- Wpływ na portfolio: Zmniejsza ryzyko utraty produktu i wspiera dostosowane do ryzyka rozwijanie platform bioprocesowych.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w konfiguracji endoskopii in-line oraz w obsłudze oprogramowania do analizy obrazu.
- Wymaga kompatybilnej aparatury, w tym kamer wysokich prędkości oraz stroboskopów.
- Wymaga standaryzacji protokołów pomiarowych i analizy danych pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych typów pomp i układów emulsyjnych po przeprowadzeniu odpowiedniej kalibracji.
- Dokładność pomiaru zależy od pozycjonowania sondy i stabilności układu optycznego.
