Biotechnologie-Betrieb steigert mit elektronischer Fernsensorik den Durchsatz am Fermentationsbehälter

Kunde

Betrieb für landwirtschaftliche Enzyme – USA

Anwendung

Füllstandsmessung am Enzymfermentationsbehälter

Anwendungsmerkmale

• 18 m Behälter (60 ft.)
• Prozess-Agitation
• Sterile Umgebung

Herausforderung

In einem Biotechnologie-Betrieb im Mittleren Westen traten immer wieder Probleme mit einem Behälter auf, der für die Fermentierung von Enzymen verwendet wurde. Vor allem produzierte der Behälter uneinheitliche Chargen.

Diese Probleme rührten daher, dass es nicht möglich war, eine wiederholbare Füllstandsmessung am Behälter durchzuführen. Die Messfehler betrugen oft mehr als 3–5 % der Messspanne mit häufigen Spitzenwerten. Darüber hinaus war das Ansprechverhalten sehr langsam und für die Füllstandskontrolle suboptimal. Die Ingenieure der Anlage hatten sich für eine druckbasierte Lösung zur Füllstandsmessung im Behälter entschieden, da die Rührwerke im Tank den Prozess in 3–5 Minuten umkehren würden. Auf dem Boden des Behälters wurde ein Differenzdruck-Messumformer mit abgesetztem Druckmittler installiert. Impulsleitungen mit einem pneumatischen Repeater führten von der Oberseite des Behälters zur Niederdruckseite des Differenzdruck-Messumformers. Letztendlich war die Verwendung des mechanischen Repeaters mit einem so großen Behälter die Ursache für die Messfehler von 3–5 %.

Das Fehlen einer wiederholbaren Füllstandsmessung im Behälter war frustrierend. Aus diesem Grund war es den Ingenieuren nicht möglich, den Ertrag des Fermenters zu berechnen. Die Ingenieure mussten auch alle Messungen im Prozess vorab überprüfen und nachkontrollieren, was zu erhöhten Betriebskosten führte. Die Füllstandsmessung im Fermenter stimmte nie mit den übrigen Kontrollen überein. Aus diesem Grund war es schwierig, eine konstante Chargenqualität und einen gleichmäßigen Durchsatz zu erreichen.

Lösung

Der Biotechnologie-Betrieb aktualisierte die bestehende Installation am Fermenter durch ein 3051S Elektronisches Remote-Sensor-System. Das ERS-System 3051S bestand aus zwei digital miteinander verbundenen Drucksensoren. Der Differenzdruck wurde in einem der beiden Sensoren berechnet und über ein 4–20 mA/HART-Signal an das Leitsystem zurückgesendet. Diese digitale DP-Architektur ermöglichte den Wegfall der Impulsleitungen und des mechanischen Repeaters, die sich als Ursache für viele Probleme erwiesen hatten.

Die Ingenieure konnten das ERS-System 3051S auf einfache Weise wie einen herkömmlichen Druckmessumformer installieren. Nachdem die Messung in Betrieb war, stellten die Ingenieure eine drastische Verbesserung des Ansprechverhaltens fest und konnten Änderungen im Füllstand des Tanks, die zuvor unbemerkt waren, genau und schnell verfolgen. Darüber hinaus schätzen die Ingenieure, dass sich die Messgenauigkeit von 3–5 % auf weniger als 0,5 % verbessert hat. Durch die konstante Messung des Behälterfüllstands ist der Betrieb jetzt in der Lage, mehr Enzyme in den Fermentern zu produzieren. Ein Gerätetechniker des Betriebs erklärte: „Diese Anwendung bereitete uns früher das meiste Kopfzerbrechen, aber jetzt wird der Fermenter je nach erforderlicher Produktqualität vorrangig eingesetzt.“