Guide d'achat : fermenteur inox industriel

Exemples des 3 types de fermenteurs/bioréacteurs les plus courants : un fermenteur de paillasse avec cuve en verre, en configuration TWIN, un bioréacteur"single-use" de 300L, et un fermenteur inox de 300L avec SIP et CIP.

Pour un achat intelligent lors du passage de la R&D aux phases pilote et de production, le prix d'acquisition initial ne suffit pas. Il faut analyser le TCO (Total Cost of Ownership) sur 5 à 10 ans.

• Le piège de l'Usage Unique (SUT) : bien que l'investissement initial soit plus faible, les coûts des consommables (poches pré-stérilisées, capteurs jetables) s'accumulent rapidement. À grande échelle, ces dépenses récurrentes dépassent rapidement le coût d'un système réutilisable.

• L'avantage de l'Acier Inoxydable : un fermenteur en inox nécessite un investissement initial plus important pour l'infrastructure (nettoyage CIP et stérilisation SIP), mais il offre une rentabilité imbattable sur le long terme pour les volumes importants et les productions continues.

Globalement on constate que le "Single-Use" est acceptable pour des productions en petites quantités, et/ou pour des principes actifs qui acceptent un prix de vente élevé. Il est alors possible d'ajuster le prix de vente en fonction d'un TCO élevé.

Pour contre, pour des bioprocédés qui produisent des substances peu chères au kilo , comme par exemple les bio-intrants, la valorisation du CO2, la fabrication sous-produits de la nourriture animale, voire humaine, la production de biofuel, .... la rentabilité économique du projet dépend fortement du rendement de votre process et de l'investissement initial.

Pourquoi choisir une architecture ouverte Siemens S7 pour votre bioréacteur ?

Les systèmes propriétaires anciens ou fermés posent des risques d'obsolescence et de sécurité. La plateforme Siemens S7 (1200/1500) offre une puissance de calcul inégalée, une connectivité universelle (Profinet, OPC-UA) pour l'Industrie 4.0, et garantit que vous restez propriétaire et maître de votre code d'automatisation.

Acier inox ou usage unique pour la mise à l'échelle ?

Pour la R&D et les petits lots cliniques, le SUT est agile. Cependant, pour la mise à l'échelle industrielle (>40L en microbien) ou la production continue, le coût des poches jetables rend l'OpEx insoutenable. L'acier inoxydable (jusqu'à 50 000 L) garantit la meilleure rentabilité à long terme et une tolérance aux fortes pressions nécessaires à la fermentation.

Quel est le délai de livraison d'un fermenteur Blanc-Labo ?

Grâce à notre base de composants éprouvés et à notre processus rationalisé, nous concevons, assemblons et qualifions un fermenteur inox sur-mesure en 4 à 7 mois, incluant les tests FAT et SAT.

Pour les systèmes de paillasse ou multiples , ce délai est plutot de 8-10 semaines.

Pour les ensembles de fermenteurs inox (pour le scale-up ) rajouter 2 à 3 mois

Quel est le prix d'un fermenteur Blanc-Labo ?

Chaque fermenteur est quasiment un équipement sur-mesure . Son prix varie donc grandement en fonction de la configuration exacte qu'il vous faut. Ceci étant, voici des exemples de prix et de délais de livraison pour des configurations précises :

Fermenteurs et bioréacteurs de paillasse

• Fermenteur de paillase de 5L en verre mono paroi . Prix : 25 K€ . Livré installé en 10 semaines.

• Fermenteur de paillasse TWIN 2x5L . Prix : 53 K€ . Livré installé en 12 semaines

• Fermenteur de paillasse de 15L en verre mono paroi. Avec ses utitilités. Prix: 29,6K€ . Livré installé en 11 semaines.

• Fermenteur de 2L en verre ouble paroi . Prix 23,4 K€.

Fermenteurs pilotes en inox

• Fermenteur en inox de 500L . Version GMP . Avec Stérilisation et Netoyage intégrés ( SIP et CIP ) . Prix : 320 K€ . Livré et installé en 10 mois.

• Unité de scale-up en inox avec 3 fermenteurs de 10L, 100L et 2000L. Avec SIP et CIP. Prix 453 K€ . Livré installé en 10 mois.

• Fermenteur inox de 50L. Avec SIP et CIP. Prix : 130 K€ . Livré installé en 17 semaines.

• Unité de scale-up en inox de 3 fermenteurs de 40L, 600L, et 3000L et 2 cuves de stockage de 20m3 . Version GMP. Prix : 1914 K€ . Livraison en 36 semaines.

Fermenteurs paralllèles

• 12 fermenteurs de 1L en parallèle . Prix 108 K€ . Livré installé en 12 semaines

• 16 fermenteurs de 0.5L. Avec de nombreux capteurs. Prix : 399K€ . Livré installé en 12 semaines

• 8 fermenteurs de 0.5L . Prix : 189K€ . Livré installé en 12 semaines

Fermenteurs pour les algues

• Fermenteur de 2L avec lumière 50 à 200 micromoles/m2/s . Prix 26K€ . Livré intallée en 13 semaines .

Avez-vous un module calcul permettant de générer des "soft sensors" ?

Oui, pour créer et utiliser les soft sensors nous équipons nos fermenteurs du logiciel BlueVis 4.0 de BlueSens. Il n’est utilisable avec toutes ses fonctionnalités que si vous prenez aussi l’analyseur de gaz BlueInOne ou BlueVary.

Ce logiciel est doté d’un serveur OPC qui permet d’analyser en temps réel les données remontant des fermenteurs. Il calcule en temps réel OUR, CER, RQ, kLa, estimation biomasse ( soft sensor ).

Vous pouvez aussi utiliser vos “soft sensors” comme par exemple,  biomasse X, OUR/CER, qO2, substrat entrant, productivité instantané, taux spécifique de croissance ( µ ).

BlueVis transforme un fermenteur standard en un système de bioprocess intelligence, capable de fournir en temps réel biomasse, activité métabolique, indicateurs pilotage feed et ce sans ajouter d’instrumentation coûteuse.

Vous pourrez alors avoir des lois de pilotage basées sur un ou plusieurs soft-sensors , comme dans les exemples suivants :

• Pilotage du fed-batch par µ estimé

• Pilotage du feed par RQ

• Pilotage par OUR (ou DO + OUR) pour rester juste en dessous d’une limite O₂

• Pilotage de la phase (détection automatique des transitions)

Quelles sont les fonctionnalités proposées par le logiciel BIOWIT ?

Tous nos fermenteurs sont pilotés par un automate SIEMENS S7 . C’est un automate stable et universel, adapté à une variété d’applications d'automatisation, en particulier pour le contrôle des processus de fabrication. Il est facile à mettre en réseau ; c’est l’organe de pilotage de votre fermenteur.

Vous pouvez de ce fait, soit afficher à l'écran tactile 10’’ présent sur l’unité toutes les informations présentes dans le logiciel, soit sur un ordinateur distant : transmission de données du process, visualisation du process, des échantillons enregistrés, des paramètres process, etc…

Et aussi bénéficier de tous les périphériques standards proposés par Siemens pour intégrer votre fermenteur dans un réseau interne industriel.

L'automate Siemens permet notamment d'échanger des données en Profinet ou en OPC-UA avec un superviseur de type SCADA.

Le logiciel de pilotage BIOWIT a été développé sur base Siemens S7+ Force Control .

Il permet de ce fait une grande évolutivité dans le temps si vos besoins évoluent.

Il s’adapte à de nombreux actionneurs et capteurs de marques diverses, ce qui garantit l’évolutivité du fermenteur en fonction de vos besoins dans le temps.

Le logiciel est en Anglais ( FR en option ) .

L’écran principal est un synoptique ergonomique qui permet de visualiser très simplement l’état du fermenteur et de toutes les vannes à un instant donné    (type SCADA )

En standard, toutes les fonctionnalités les plus courantes sont installées dans le logiciel :

• Contrôle du process : soit manuel, soit piloté par le logiciel en fonction de vos recettes

• Le logiciel peut piloter tous les actionneurs (rotamètres, pompes, agitation, aération, chauffage ou refroidissement) à l’aide des règles que vous établissez et des valeurs lues sur les différents capteurs.

• Vous pouvez choisir une logique de type PID ou continue

• Les lois type « cascades » sont possibles

• Gestion des utilisateurs et des mots de passe

• Calibration des capteurs

• Visualisation par synoptique de l’état instantané des actionneurs et capteurs

• Alarmes

• Stockage et export des données de chaque lot

• Semi-Automatisation du process grâce à la création de lois en cascades.

Quels sont les capteurs installés sur les fermenteurs Blanc-Labo ?

Nous installons des capteurs Hamilton avec une connectique RS485 ModBus : pH, Oxygène Dissous ( pO2), Densité Optique, Redox ORP ,...

Les capteurs de température et de niveau de mousse sont fabriqués par Bailun.

Nous installons les analyseurs de gas BlueSens.

Quel type d'agitation est possible ?

En pratique tous les agitateurs sont disponibles sur les fermenteurs Blanc-Labo . Ils démontables et repositionnables facilement. Vous pouvez en changer souvent en fonction de l'avancement de vos travaux.

Sur le tableau ci-dessous nous indiquons les agitateurs les plus souvent choisis ;

Règle simple à retenir pour le choix de l'agitateurs

• Rushton : quand on veut maximiser l’oxygénation. Avec diam turbine = 0,3 à 0,4 diamètre de la cuve

• Marine : quand on veut protéger les cellules (0,35 à 0,5 diam cuve )

• Pitched blade : quand on veut un compromis

• Anchor / helical ribbon : quand le milieu est très visqueux

Quel est le kLa des fermenteurs Blanc-Labo ?

Le kLa d'un bioprocédé dépend énormement des paramètres du process. Les utilisateurs nous demandent néanmoins toujours des valeurs de kLa pour nos fermenteurs.

Vous trouverez dond ci-dessous des exemples de kLa sur 5 fermenteurs différents , lorsqu'ils sont remplis d'eau avec une aération 50%O2+50%Air de 4 vvm, équipés 2 agitateurs rushton ( 3 sur le plus gros ) et de 3 ou 4 contre-pales :

Quelle forme de cuve dois-je choisir ?

Un grand nombre de cuves sont disponibles de 0.2L à 50'000L, en inox ou en verre ( simple ou double paroi ). Les cuves en inox sont fabriquées en 316L pour la partie en contact avec vos produits et 304L pour la double enveloppe.

La forme de la cuve dépend de votre besoin . On constate généralement que nos clients nous demandent des cuves hautes ( Ratio H/Diam autour de 2.5 à 3 ) pour les bactéries et les moisissures. Alors que pour les cellules les cuves sont plus larges ( Ratio H/diam de 2 ) . Mais il y a des exceptions en fonction de vos besoins.

Retenir la règle simple : plus le ratio H/diam est élevé, meilleur sera le transfert d'oxygène . Alors que les ratios H/D plus faibles limitent le cisaillement.