Việc thiết kế thiết bị cũng như quy trình làm sạch đều đóng vai trò quan trọng trong việc khử trùng và làm sạch thiết bị
Tiệt trùng trùng hoặc khử trùng thường được áp dụng để tiêu diệt vi khuẩn trong hệ thống. Ngoài ra, thiết bị được làm sạch để loại bỏ cặn từ các mẻ sản phẩm trước, và sau đó xả nước để loại bỏ chất tẩy rửa. Để đảm bảo rằng việc khử trùng và làm sạch hiệu quả và an toàn, chỉ cần xây dựng các quy trình thích hợp là chưa đủ. Lựa chọn thiết bị sản xuất phù hợp sẽ cải thiện hơn nữa hiệu quả về chi phí và an toàn
Cân nhắc trong việc lựa chọn thiết bị
Thiết bị được chọn phải giảm thiểu nguy cơ nhiễm bẩn do bề mặt tiếp xúc không phù hợp với sản phẩm. Máy móc không được đưa các hạt và bụi trong không khí vào môi trường, cũng như dầu hoặc các chất khác cần thiết cho hoạt động của chúng sẽ làm ô nhiễm sản phẩm. Nếu người vận hành không thể tiếp xúc hoàn toàn với tất cả các bề mặt thiết bị, thì họ không thể làm sạch chúng. Thiết bị phải được thiết kế theo nguyên tắc này để việc vệ sinh được hiệu quả.
Sơ đồ thời gian [time], dòng chảy [action], hóa chất [chemicals] và nhiệt độ [temperature] [TACT] do Sinner phát triển ban đầu vào năm 1960 cho thấy tác động làm sạch mà các thông số này tạo ra trên bề mặt thiết bị [xem Hình 1]. Nếu một tham số được tăng lên, những tham số khác có thể bị giảm xuống.
Ví dụ, nếu một người nhúng bàn tay dính dầu của họ vào nước, chúng sẽ không trở nên sạch sẽ. Nếu họ cho nhúng vào bồn chứa xà phong thì chúng sẽ trở nên sạch sẽ, nhưng chỉ sau một thời gian dài. Tuy nhiên, nếu một người tăng nhiệt độ của xà phòng tắm, tay của người đó sẽ nhanh chóng trở nên sạch sẽ hơn. Nhưng nếu một người cũng chà xát hai bàn tay của mình với nhau, chúng sẽ trở nên sạch sẽ nhanh chóng hơn. Phần cặn và bề mặt thiết bị tiếp xúc với sản phẩm xác định lượng hóa chất hoặc tác động cần thiết cho quá trình làm sạch.
Bởi vì dòng chảy [action] thường ảnh hưởng trực tiếp bởi thiết kế của thiết bị, việc lựa chọn thiết bị phù hợp có thể giảm chi phí và tăng khả năng làm sạch của hệ thống.
Dòng chảy làm sạch trên bề mặt thiết bị đạt được bằng cách tạo ra dòng chảy tốc độ cao để làm sạch trên tất cả các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm. Dòng chảy cao sẽ phân phối hóa chất và nhiệt độ tốt hơn so với dòng chảy vận tốc thấp. Vận tốc tăng cũng tạo ra sự hỗn loạn và lực cắt cao trên bề mặt, điều này đảm bảo rằng các hóa chất và nhiệt độ đi sâu vào các chất cặn bã và hòa tan hoặc tách chúng ra một cách an toàn và hiệu quả.
Kiểm tra các thông số TACT
Để kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các thông số TACT, tác giả đã thiết kế một thử nghiệm làm sạch bồn kết hợp hai thiết bị làm sạch bể tạo ra các lượng tác động khác nhau. Quả cầu phun tĩnh thường tạo ra ứng suất cắt tường từ 2 – 5 Pa [tức là áp suất phim rơi xuống, tùy thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng]. Đầu xoay phản lực quay thường tạo ra áp suất 40 –1000 Pa
Để làm sạch bể đầy đủ, hai quả cầu phun tĩnh hoạt động trong 48 phút ở tốc độ dòng chảy 20 m3 / h và áp suất hệ thống là 2,5 bar. Tuy nhiên, một đầu quay phản lực đạt kết quả tốt hơn khi nó hoạt động trong 14 phút ở tốc độ dòng chảy 6 m3 / h và áp suất hệ thống là 5,0 bar [xem Bảng I, Hình 1 & 2, Hình 2 & 3].
Bài kiểm tra cho thấy lý thuyết về sơ đồ TACT phù hợp với thực tế. Để làm sạch một lượng cặn khỏi một bề mặt nhất định, các thông số trong vòng tròn TACT có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa chi phí [xem Hình 3]. Với lưu lượng gia tăng, có thể giảm thời gian, lượng hóa chất và năng lượng gia nhiệt mà vẫn đạt được kết quả tương đương hoặc tốt hơn. Lực cắt cao có thể tự loại bỏ cặn bám trên hầu hết các bề mặt mà không cần hóa chất hoặc nhiệt độ cao. Kỹ thuật này có thể làm giảm nguy cơ ô nhiễm từ hóa chất tẩy rửa và giảm đáng kể chi phí làm sạch.
Cạm bẫy thiết kế thiết bị
Dòng chảy mạnh trên tất cả các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm giảm thiểu rủi ro nhiễm bẩn và trục trặc hệ thống, đồng thời cho phép tiết kiệm chi phí làm sạch. Tuy nhiên, các cạm bẫy thiết kế phổ biến làm giảm khả năng làm sạch của thiết bị. Điểm chết, khe – đường nứt, túi khí và bề mặt thiết bị không phù hợp là những cạm bẫy thường thấy trong ngành dược phẩm.
Điểm chết – Dead end.
Mọi người đều hiểu rằng nên tránh hoặc giảm thiểu các điểm chết trong một hệ thống [xem Hình 4]. Một số hướng dẫn quy định rằng tỉ lệ chiều dài / đường kính [L / D] đối với điểm chết không được lớn hơn 2 và, trong một số trường hợp, không được quá 3. Tuy nhiên mối quan hệ giữa vận tốc dòng chảy và phép đo L / D thường bị bỏ qua. Vận tốc dòng chảy cao làm cho dòng xoáy đi sâu hơn vào điểm chết, và nếu dòng chảy hoặc hoạt động đủ mạnh, nó sẽ loại bỏ các chất cặn bã ở dưới điểm chết.
Trong một bài báo năm 1997, Haga et al. trình bày kết quả từ các thử nghiệm với các vận tốc khác nhau trong đường ống trong các phép đo L / D khác nhau. Họ phát hiện ra rằng đối với L / D là 6, có thể làm sạch cặn đầy đủ nếu vận tốc dòng chảy cao hơn 1,5 m / s. Họ cũng phát hiện ra rằng đối với L / D là 3, không thể loại bỏ cặn nếu vận tốc dòng chảy thấp hơn 0,7 m / s [xem Hình 5].
Các khe và đường nứt
Không có quy tắc chung nào quy định độ sâu của khe và đường nứt. Hình 6 cho thấy một đường nứt điển hình được tìm thấy trong các hệ thống dược phẩm. Nhiều hướng dẫn nêu rõ rằng nên tránh hoặc loại bỏ các đường nứt khi có thể, một tuyên bố có cho rằng các đường nứt có thể được ví như một điểm chết với phép đo L / D là 50 –100, so với mức bình thường là 2 – 3. Theo Haga et al., sẽ không thể đạt được vận tốc cần thiết để làm sạch các đường nứt này được. Do đó, các đường nứt và kẽ hở không được tồn tại trong hệ thống dược phẩm vì chúng sẽ luôn tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm lớn.
Các túi khí
Các túi khí có thể được mô tả như các điểm chết bị lộn ngược [xem Hình 7]. Mặc dù các chất cặn bã không đọng lại trong túi khí nhưng chúng bám vào bề mặt của nó. Rất khó để đẩy hết không khí từ các túi này trong quá trình làm sạch, có nghĩa là chất lỏng làm sạch sẽ không chạm đến đỉnh của túi khí và do đó, sẽ không làm sạch nó. Do đó, các túi khí phải được loại bỏ, nếu không chúng sẽ gây nguy cơ ô nhiễm cao.
Hoàn thiện bề mặt
Độ hoàn thiện bề mặt thường được coi là một phép đo thiết mức độ vệ sinh của thiết kế. Câu châm ngôn là bề mặt càng nhẵn, càng vệ sinh và dễ lau chùi. Nhưng trên thực tế, nguyên tắc này vẫn còn gây ra nhiều tranh luận. Một nghiên cứu năm 2003 của Hilbert et al. đã kiểm tra sự bám dính của vi khuẩn vào một số bề mặt và khả năng làm sạch của các bề mặt này. Các bề mặt, từ 0,1 μm được đánh bóng bằng điện đến 0,8 μm được đánh bóng cơ, không có sự khác biệt về độ bám dính hoặc khả năng làm sạch. Nguyên nhân chính là do kích thước tương đối lớn của vi khuẩn so với kích thước nhỏ của các khuyết tật trên bề mặt. Miễn là độ hoàn thiện bề mặt dưới Ra 0,8 –1,0 μm, vi khuẩn sẽ quá lớn để mắc kẹt giữa các điểm không hoàn hảo trên bề mặt.
Tuy nhiên, trong một nghiên cứu khác, Riedewald đã chỉ ra rằng khi vi khuẩn tích tụ trong màng sinh học, khả năng bám dính và khả năng làm sạch phụ thuộc vào lớp hoàn thiện bề mặt. Lớp màng sinh học sẽ khó bám lên bề mặt nhẵn hơn và do đó nó cũng sẽ dễ tách ra khỏi bề mặt.
Đối với các loại chất dính khác cũng vậy. Một nghiên cứu tại Viện Công nghệ ở Kolding, Đan Mạch, đã kiểm tra khả năng làm sạch của các bề mặt được tẩm dung dịch sữa chua đã được sấy khô . Nghiên cứu này cho thấy rõ ràng rằng bề mặt có giá trị Ra thấp dễ làm sạch hơn bề mặt có giá trị Ra cao. Các bề mặt được thử nghiệm dao động trong khoảng Ra 0,15 đến 2,4 μm. Các bề mặt được đánh bóng bằng điện cũng dễ làm sạch hơn các bề mặt được đánh bóng bằng cơ học. Thiết bị được thiết kế đúng cách sẽ tránh được những cạm bẫy trên, do đó tăng tính an toàn và tiết kiệm chi phí.