Pharmawasser in Waschanlage und Sterilisator: Durchfluss von gereinigtem und vollentsalztem Wasser von außen überwachen

Eine Waschanlage für Pharma-Teile und ein Sterilisator hängen am Wasser. Kommt am Zulauf zu wenig an oder steht ein interner Kreis still, stimmt der Waschgang nicht mehr, und eine Leitung, die geschlossen bleiben soll, möchte niemand für einen Sensor auftrennen. Dieser Beitrag richtet sich an Entwicklungsingenieure bei Herstellern von Waschanlagen, Sterilisatoren und Analysegeräten für die Pharmaindustrie sowie an Prozessingenieure bei Tabletten- und Medizinprodukteherstellern. Er folgt dem Wasser durch die Maschine: vom großen Zulauf über die internen Leitungen und kleine Durchflüsse im Analysegerät bis zum Sterilisator, seinen Temperaturen und dem Wasserstand in der Waschanlage. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen; eine laufende Messstelle ist nicht darunter. Füllstand in Tank und Behälter sowie das Dosieren in der Maschine behandeln eigene Beiträge dieser Reihe.

Wichtige Punkte im Überblick

Für den Wasserzulauf einer Waschanlage an einer Leitung DN80 mit wenigen bis rund 50 m³/h kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-R in Frage.
Wechseln im selben Rohr Wasser und Reinigungslösungen, gehört dieser Wechsel in den Test vor dem festen Einbau, denn erst die Messung am eigenen Rohr zeigt, wie sich der Wert beim Umschalten verhält.
Ein magnetisch-induktives Verfahren braucht Leitfähigkeit und passt deshalb nicht zu vollentsalztem Wasser, das ein Tablettenhersteller überwachen will.
Ein angeklemmter Sensor sitzt auf der Rohroberfläche, deshalb hängt die Auswahl an der höchsten Rohroberflächentemperatur über den ganzen Zyklus, auch während Sterilisation und Abkühlung.
Den Wasserstand der Waschanlage erfasst ein Radar-Füllstandssensor über der Oberfläche, ohne Einbau zwischen den Mischflügeln.

Zulauf und interne Kreise: wo eine Pharma-Waschanlage Durchfluss braucht

Waschanlagen für die Pharmaindustrie arbeiten mit Wasser in mehreren Qualitäten. Bei einem Waschanlagenhersteller geht es um den Wasserzulauf an einer Leitung DN80. Der Durchfluss reicht von wenigen bis rund 50 m³/h, und durch dieselbe Leitung kommt warmes und kaltes enthärtetes Wasser, teils gemischt mit Reinigern, Säuren und alkalischen Reinigungsmitteln. Für diese Stelle kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-R in Frage.

Die Modellreihe FD-R deckt Rohre von DN40 bis DN200 ab, bei Medientemperaturen von -20 bis +120 °C. Der Sensor wird außen auf das Rohr gesetzt, die Leitung bleibt zu, und kein Teil des Sensors ragt in das Wasser. Weil im selben Rohr Wasser und Reinigungslösungen wechseln, gehört dieser Wechsel in den Test vor dem festen Einbau: Erst die Messung am eigenen Rohr zeigt, wie sich der Wert beim Umschalten verhält.

Haupt- und Innenzulauf: zwei Leitungsgrößen an derselben Waschanlage

Neben dem großen Zulauf hat dieselbe Waschanlage weitere Leitungen. Für den Hauptzulauf kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H in Frage, und zwar für den Maschinentyp, nicht nur für eine einzelne Anlage. Für die interne Wasserleitung stehen die Modellreihen FD-H und FD-R zur Wahl, außerdem der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-Q. Eingebaut ist an diesen Stellen noch nichts.

Die drei Modellreihen unterscheiden sich vor allem in Rohrgröße und Temperatur. Die Modellreihe FD-H arbeitet hybrid: mit Laufzeitdifferenz, solange das Wasser blasenfrei ist, und mit Puls-Doppler, wenn Blasen oder Partikel mitlaufen. Der Katalog nennt eine Messgenauigkeit von ±3,0 % vom Anzeigewert zwischen 10 und 100 % des Messbereichs; das Standardmodell ist bis 85 °C Rohroberflächentemperatur ausgelegt, das Schlauchmodell bis 100 °C. Die Modellreihe FD-Q reicht von 1/4 bis 2 Zoll und nennt Wasser einschließlich deionisiertem Wasser (DI), Öle und Chemikalien als Medien, bei 0 bis 85 °C. Für Leitungen ab DN40 bleibt die Modellreihe FD-R.

Vom Analysegerät bis zum Tablettenwerk: Milliliter pro Minute und vollentsalztes Wasser

Nicht jede Pharmaleitung ist groß. An einer Dekontaminationsmaschine fließt nie mehr als 1 l/min Wasser; eine verwandte Aufgabe ist ein kleines Gerät, das Bakterien in Reinwasser nachweist und ein flexibles 1/4-Zoll-Rohr hat. In einem Test an einem 6-mm-Rohr mit deionisiertem Wasser zeigte ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X stabile Werte bis hinunter zu etwa 6 ml/min.

Die Modellreihe FD-X ist für solche Mengen gebaut. Ihr kleinster Momentandurchfluss liegt laut Katalog bei 0,1 ml/min, sie misst an Metallrohren sowie an weichen und harten Kunststoffrohren und arbeitet bei Rohroberflächentemperaturen von 0 bis 100 °C. Voraussetzung ist, dass die Flüssigkeit Ultraschall durchlässt und keine großen Lufteinschlüsse mitführt.

Ein Tablettenhersteller will vollentsalztes Wasser überwachen; dafür kommen zwei Ausführungen der Modellreihe FD-H in Frage. Ein magnetisch-induktives Verfahren braucht Leitfähigkeit, und genau die fehlt vollentsalztem Wasser weitgehend; der Katalog der Modellreihe FD-Q nennt deionisiertes Wasser (DI) dagegen ausdrücklich als Medium. Zu den Aufgaben in diesem Umfeld gehört auch der Zulauf von Produktionswasser mit Frostschutzzusatz an einem Edelstahlrohr DN20 bei einem Medizinproduktehersteller.

Sterilisationsanlage: Reinwasser, Luft in der Leitung, Druck und Temperatur

An einer Sterilisationsanlage für die Pharmaindustrie sollen mehrere Größen gleichzeitig überwacht werden. Das Reinwasser fließt durch eine einzelne Edelstahlleitung von gut 30 mm Außendurchmesser, hinzu kommen Luft in einer Leitung von eineinhalb Zoll sowie Druck und Temperatur. Für das Reinwasser an dieser Leitung kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H in Frage, dessen Standardmodell Rohre von 13 bis 44 mm abdeckt.

Das Standardmodell der Modellreihe FD-H hat einen integrierten Temperatursensor, sodass am Wasserrohr neben dem Durchfluss auch ein Temperaturwert anfällt. Ein Sondermaschinenbauer für die Pharmaindustrie braucht genau diese Kombination, Durchfluss und Temperatur von Wasser, mit einem Durchflusssensor der Modellreihe FD-H und abgesetzter Anzeige. Die Anzeige sitzt dann dort, wo jemand an der Maschine hinschaut, und nicht am Rohr.

Soll an der Luftleitung ein angeklemmter Sensor geprüft werden, wäre die Bauart dafür der Anklemmbare Durchflusssensor für Druckluft und Gase der Modellreihe FD-G; laut Unterlagen ist er für Stahl- und Edelstahlrohr vorgesehen, nicht für Kupfer. Für den Druck ist noch kein Gerät festgelegt. Wie viel Druckluft die Anlage selbst verbraucht, ist eine Frage der Maschine und Thema des Beitrags zum Maschinen- und Anlagenbau.

Über 140 °C: wenn die Sterilisation das Temperaturfenster bestimmt

Bei der Sterilisation wird nicht nur das Wasser heiß, sondern auch das Rohr. In einer dokumentierten Anwendung an einer Pharmamaschine soll der Wasserdurchfluss an einem Edelstahlrohr 316L von 53 mm überwacht werden, dessen Oberfläche während der Sterilisation über Stunden mehr als 140 °C erreicht. Ein angeklemmter Sensor sitzt genau auf dieser Oberfläche, deshalb hängt die Auswahl an der Rohroberflächentemperatur und nicht nur an der Wassertemperatur.

Die Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H ist bis 180 °C ausgelegt, für Rohre von 1/4 bis 1 1/4 Zoll, also etwa 13 bis 44 mm Außendurchmesser. Zwischen 140 und 180 °C wird die Anzeigeeinheit getrennt vom Sensor montiert. Die Modellreihe FD-Q reicht bis 2 Zoll, aber nur bis 85 °C; darüber verweist der Katalog auf eine Rückfrage bei KEYENCE. Für 53 mm bei über 140 °C gibt es damit keine passende Ausführung. Die Hochtemperaturausführung käme nur in Frage, wenn an dieser Stelle ein kleineres Rohr möglich ist.

Für die eigene Auslegung folgt daraus eine einfache Reihenfolge. Außendurchmesser und höchste Rohroberflächentemperatur über den ganzen Zyklus, auch während Sterilisation und Abkühlung, gehören vor dem ersten Test auf den Tisch. Liegt eine Messstelle außerhalb, kann ein anderer Ort im Kreis passen, etwa eine kleinere Leitung oder ein Abschnitt, der die volle Sterilisationstemperatur nicht erreicht.

Wasserstand in der Waschanlage: berührungslos trotz Mischflügel

Neben dem Durchfluss braucht eine Waschanlage den Wasserstand. Beim bereits genannten Waschanlagenhersteller ist dafür heute eine Grenzstandgabel vorhanden. Für den Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR spricht ein Argument aus der Maschine selbst: Drehen Mischflügel im Wasser, braucht eine Gabel Platz zwischen ihnen, während ein Radar über der Wasseroberfläche ohne Einbau im Becken auskommt.

In Frage kommt ein Nahbereichsmodell, das bis 1,5 m erfasst; die Fernbereichsmodelle der Modellreihe reichen bis 20 m. Die Linse ist aus PTFE; eine bis 30 m abgesetzte Anzeigeeinheit gibt es bei Fernbereichsmodellen. Der Sensor bleibt außerhalb des Mediums.

Häufige Fragen

F Welche Rohrgrößen deckt die Modellreihe FD-R ab?

Die Modellreihe FD-R ist für Rohre von DN40 bis DN200 ausgelegt, bei Medientemperaturen von -20 bis +120 °C. Sie passt damit zu großen Zulaufleitungen von Waschanlagen, in einer dokumentierten Anwendung etwa DN80. Für kleinere Leitungen kommen die Modellreihen FD-H und FD-Q in Frage.

F Wie klein darf der Wasserdurchfluss in einem Analysegerät sein?

Die Modellreihe FD-X erfasst laut Katalog einen Momentandurchfluss ab 0,1 ml/min. In einem Test an einem 6-mm-Rohr mit deionisiertem Wasser blieben die Werte bis etwa 6 ml/min stabil. Ob das am eigenen Rohr gilt, zeigt ein Test mit dem realen Medium.

F Liefert die Modellreihe FD-H neben dem Durchfluss auch einen Temperaturwert?

Ja, das Standardmodell der Modellreihe FD-H hat einen integrierten Temperatursensor. Ein Sondermaschinenbauer für die Pharmaindustrie braucht diese Kombination für Wasser, mit abgesetzter Anzeige. Für Rohre, deren Oberfläche über 85 °C warm wird, gibt es die Hochtemperaturausführung; den integrierten Temperatursensor hat nur das Standardmodell.

F Ist ein anklemmbarer Durchflusssensor ein geeichtes Messgerät?

Nein. Laut Anleitung ist die Modellreihe FD-R kein geeichtes Messgerät und nicht nach den Sicherheitsvorschriften für Lebensmittel oder Medizingeräte ausgelegt, auch die Modellreihe FD-Q ist nicht geeicht. Die Sensoren dienen der Überwachung des Wassers in der Anlage; Qualifizierung und Nachweise bleiben Sache des Betreibers.

F Warum wird der Wasserstand einer Waschanlage von oben gemessen?

Wo Mischflügel im Wasser drehen, ist für eine Gabel oder Sonde im Becken wenig Platz. Der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR misst von oben, ohne das Wasser zu berühren; die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m. Bei Fernbereichsmodellen lässt sich die Anzeigeeinheit bis 30 m entfernt anbringen.

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