Rozwiązania filtracyjne dla przemysłu farmaceutycznego

Usunięcie cząstek stałych, filtracja produktów ubocznych oraz zawiesiny jest ważnym krokiem w otrzymaniu wysokiej jakości produktów farmaceutycznych. Producenci farmaceutyczni muszą przestrzegać najwyższych standardów higieniczności i poziomu czystości podczas całego procesu wytwarzania leków. Czystość wszystkich produktów końcowych w przemyśle farmaceutycznym musi być nieskazitelna, co gwarantuje otrzymanie produktu niestanowiącego zagrożenie dla zdrowia i życia człowieka.

Produkty przemysłu farmaceutycznego poddaje się filtracji praktycznie na każdym etapie produkcji. Doskonała filtracja jest niezbędna, aby spełnić wymogi narzucone przez międzynarodowe przepisy wydane przez FDA i GMP. Przy dzisiejszych rosnących wymaganiach dla bezpieczeństwa leków, higieny produkcji oraz konieczności eliminacji substancji szkodliwych dla środowiska naturalnego, wiele firm farmaceutycznych stosuje proste i opłacalne środki do selektywnego usuwania produktów ubocznych bądź niebezpiecznych dla zdrowia, z szeregu półproduktów farmaceutycznych i produktów końcowych. Metody oczyszczania stosuje się również podczas filtracji hormonów, filtracji ekstraktów witaminowych, filtracji osocza krwi, przecierania i przesiewania laboratoryjnego, oczyszczania potasu, przetwarzania polimerów, oczyszczania fosforanów i wiele innych. Oczyszczanie ma istotne znaczenie dla otrzymywania wody zdemineralizowanej oraz ultra czystej, produkcji nawozów, granulacji i regranulacji nawozów, przetwarzania chemikaliów, odzysku aktywatorów, odzysku katalizatorów, wymiany jonowej lub napromieniowywania UV. Podstawowe elementy podlegające filtracji w przemyśle farmaceutycznym to obróbka enzymów oraz oczyszczanie i odzyskiwanie białek, oczyszczanie i zagęszczanie aminokwasów, zagęszczanie i demineralizacja osocza krwi, zagęszczanie peptydów, produkcja somatatropiny, bacytracyny, penicyliny, produkcja kwasu mlekowego, kwasu masłowego oraz kwasy cytrynowego, produkty komponentów chemicznych (żywice, lakiery, kleje, produkty petrochemiczne, chemikalia w postaci stałej), filtracja cieczy (kwasy, ługi, woda zabrudzona podczas procesu produkcji, wody wodociągowe, wody odsalane, wody obiegowe), filtracja olejów (olej mineralny, olej syntetyczny, olej hydrauliczny, ropa naftowa).

Współczesna technologia w przemyśle farmaceutycznym zna wiele metod oczyszczania produktów, jak np. odwirowywanie, wytrącanie, krystalizacja, destylację i inne. Ostatnie lata sprawiły, że możliwym stało się stosowanie technik filtracyjnych na dużą skalę. Związane to jest z rozwojem chemii tworzyw sztucznych, a szczególnie produkcji polimerów syntetycznych, z których zbudowana jest większość nowoczesnych oraz wysoce przepuszczalnych i selektywnych filtrów. Materiały te w żaden inny sposób nie wpływają na filtrowany roztwór. Stosowanie filtrów jest atrakcyjną alternatywą do tradycyjnie stosowanych metod separacyjnych, ze względu na niedestrukcyjne oddziaływanie na produkt i niskie zużycie energii.

Filtr, w zależności od kontekstu, może oznaczać pojedynczy wkład filtracyjny lub kompletne oraz samoczyszczące urządzenie filtracyjne, stosowane do pracy ciągłej oraz do automatycznego płukania. Typowy filtr składa się z obudowy filtracyjnej oraz wkładów. Dostępne są obudowy jedno- i wielofiltrowe. Istnieje wiele klasyfikacji filtrów. Niekiedy, szczególnie w przypadku worków filtracyjnych, istnieje możliwość stosowania samego wkładu filtracyjnego bez obudowy. Ze względu na przeznaczenie, budowę oraz funkcję można wymienić proste filtry świecowe, wykorzystywane do oczyszczania produktów końcowych, wkłady nawijane, wkłady plisowane, wkłady świecowo-membranowe oraz filtry workowe.

W branży farmaceutycznej szeroki obszar zastosowań znajdują filtry workowe i świecowe.
Filtry świecowe inaczej zwane wkłady rurowe, świece filtracyjne czy wkłady polipropylenowe, mają bardzo szeroki zakres zastosowania. Filtry świecowe należą do grupy filtrów o działaniu okresowym. Mają bardzo duże zastosowanie do filtracji cieczy zawierających niewielką ilość osadu. Przeznaczone są do czyszczenia cieczy, filtracji cieczy o niskiej lepkości, filtracji kwasów i zasad. Odpowiednie do mikrofiltracji z bakterii i cząstek >1 µm. Można stosować je jako filtry końcowe lub jako filtry wstępne. Filtry te są budowane jako aplikacje jednoświecowe bądź w zależności od potrzeb wieloświecowe. Skuteczność filtrów świecowych przeznaczonych do usuwania zanieczyszczeń, pyłów oraz osadów, określa się tzw. stopniem zatrzymywania zdefiniowanym dla określonej wielkości zanieczyszczeń. Oferta materiałów, z których wykonane są wkłady świecowe, również jest bardzo obszerna. Obejmuje bowiem polipropylen, nylon, mikrowłókninę ze szkła borokrzemianowego, politetrafluoroetylen PTFE, PTFE impregnowane mikrowłókniną, polieterosulfon PES i węgiel aktywny. Dostępne są również modele filtrów odpornych na podwyższone ciśnienie i wyższą temperaturę, nawet do 120°C. Wkłady filtracyjne świecowe, produkowane są metodą rozdmuchu włókien z tworzyw termoplastycznych: poliamidowych (nylonowych) i poliestrowych, polipropylenu (w postaci pianki) bez dodatku kleju  i innych lepiszczy, co gwarantuje to, że żadne zanieczyszczenie nie przedostaje się do filtrowanej cieczy. Ściany filtrów świecowych charakteryzuje anizotropowa strukturą, tzn. kanały por rozszerzają się od powierzchni w głąb jej struktury, dzięki temu cząsteczki, które są zatrzymywane, zatrzymują się na jej powierzchni. Oferta filtrów świecowych jest bardzo obszerna i obejmuje wkłady jednorazowe (np. polipropylenowe, membranowe) oraz wkłady wielokrotnego użytku. Klasyfikacji pozwalających na podział filtrów świecowych jest wiele. Można je podzielić, uwzględniając chociażby rodzaj materiału obudowy, a tym samym stopień odporności korpusu na agresywne medium. Filtry świecowe cechuje wgłębny mechanizm filtracji (zanieczyszczenia wnikają w strukturę filtra), bardzo wysoka skuteczność działania (0.01μm dla gazów i 0.04μm dla cieczy), wysoka odporność chemiczna oraz niskie właściwości higroskopijne. Filtry świecowe stosowane są również jako precyzyjna bariera dla mikroorganizmów oraz kontrola zanieczyszczeń stałych. Dobierając filtr i wkład świecowy, konieczne jest uwzględnienie liczby wkładów wymiennych oraz ciśnienia i temperatury filtrowanego medium.

Filtry workowe najczęściej znajdują zastosowanie w procesach związanych z mechaniczną filtracją wody, a także cieczy technologicznych oraz chłodziw.

Drugą, bardzo często wykorzystywaną w przemyśle farmaceutycznym gamą filtrów, są filtry workowe. Filtry workowe dobierane są pod kątem odporności chemicznej na dane medium oraz pod kątem wielkości przepływu. Stosowane są w przemyśle farmaceutycznym, ze względu na niewielkie gabaryty i dużą przepustowość, wysoką skuteczność, niskie koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne. Ze względu na zastosowanie, podstawowa klasyfikacja filtrów workowych opiera się na podziale na filtry workowe do filtracji mokrej czyli do filtracji cieczy oraz filtry workowe do filtracji suchej czyli odpylania gazów. Filtry workowe przeważnie wykonane są z polipropylenu, poliestru, teflonu, wiskozy lub nylonu. Wkłady workowe po renowacji oraz wyczyszczeniu mogą nadawać się do powtórnego wykorzystania. Wymiana zużytego worka na nowy jest łatwa i bardzo szybka. Worki nie zawierają silikonu. Wydajność filtrów workowych zależy przede wszystkim od wymaganej selektywności worka, rodzaju przegrody filtracyjnej, lepkości cieczy oraz stężenia zanieczyszczeń. Przy wyborze filtra workowego należy przede wszystkim kierować się systemem pracy filtru ciągłej lub okresowej. Dobór odpowiedniego materiału zależny od kompatybilności chemicznej oczyszczanego medium oraz warunków temperaturowych filtracji. Zaletą stosowania filtrów workowych jest niski koszt prowadzenia procesu filtracji. Jedną z podstawowych różnic dla filtrów workowych i świecowych jest kierunek filtracji: od zewnątrz do środka dla świec filtracyjnych oraz od wewnątrz na zewnątrz dla filtrów workowych.

Obudowy filtracyjne, wykonane z różnych materiałów, dobiera się pod kątem kompatybilności chemicznej ze środowiskiem, w którym obudowa filtra pracuje.
Rodzaj materiału obudowy filtracyjnej dobiera się w zależności od rodzaju filtrowanego czynnika. Wielkość stalowej obudowy filtracyjnej jest zależna od ilości worków i żądanej wydajności. Najbardziej popularne są obudowy filtracyjne na pojedynczy filtry jednoworkowy (jednokoszowy). Takie obudowy posiadają wydajność maksymalnie 20-40 m3/godz. dla cieczy o lepkości 1 cP, przyłącze 2" gwintowane lub kołnierzowe. Worek filtracyjny umieszczony jest pionowo w pojemniku obudowy w kształcie cylindra. Specjalnie zaprojektowana klamra zaciskowa wraz z uszczelnieniem zapewnia, że worek filtracyjny jest szczelny i właściwie umiejscowiony. Zamknięcie może być również w formie pokrywy ze śrubami oczkowymi. Materiał użyty do konstrukcji to AISI 304, AISI316L, Hastelloy lub inne materiały na wykonania specjalne. Obróbka powierzchni jest wewnątrz trawiona, zewnątrz piaskowana lub mechanicznie polerowana W przypadku filtracji dużych ilości cieczy stosuje się obudowy wieloworkowe. Ilość worków w jednej obudowie może dochodzić nawet do kilkudziesięciu sztuk. Umieszczenie wielu worków w obudowie skraca czas ich wymiany. Czyszczenie lub wymiana worków jest jednak realizowana ręcznie, co przy dużej ilości worków powoduje wydłużenie czasu przestoju. W związku z tym filtry workowe, stosuje się na końcowym etapie procesu filtracji, jako doczyszczenie finalnego produktu, po filtracji wstępnej.

W zastosowaniach produkcyjnych wymagania dotyczące pracy filtrów są wysokie, a użytkownicy przeważnie szukają rozwiązań tanich, bo ma to bezpośredni wpływ na późniejszy koszt produkcji. Podstawowym problemem jest dobór właściwego rozwiązania, które sprosta oczekiwaniom. Typowe rozwiązania dostępne na rynku nie zawsze są dostosowane do konkretnych potrzeb. Przy wyborze sposobu filtracji w pierwszej kolejności powinno się stosować filtry zalecane przez producenta urządzenia lub wykonawcę instalacji. Gdy takich informacji nie posiadamy podstawowym parametrem dobory właściwego filtru jest jego skuteczność, czyli stosunek masy cząstek zanieczyszczeń o określonych rozmiarach, wychwyconych przez filtr, do masy wszystkich cząstek docierających do filtru. Skuteczność jest wyrażana w procentach. Kolejnym parametrem jest chłonność, czyli zdolność do związania przez filtr zanieczyszczeń, bez spadku ciśnienia medium eksploatacyjnego poniżej dopuszczalnej wartości. Wiąże się z tym kolejny parametr, jakim jest przepustowość, czyli ilość płynu eksploatacyjnego, który przechodzi przez daną powierzchnię filtru w jednostce czasu. Na polskim rynku działają firmy wyspecjalizowane w dziedzinie filtracji przemysłowej. Są to zarówno dystrybutorzy mający w ofertach produkty wielu światowych producentów, jak i krajowi producenci wkładów i całych systemów filtracyjnych. Wybierając wkład filtracyjny należy zapytać producenta o możliwość wielokrotnego mycia filtra i ponownego wykorzystania materiału filtracyjnego. Czasami doradza się zastosowanie dwóch lub więcej rodzajów filtrów, które współpracując, potrafią znacznie wydłużyć okres pomiędzy wymianami filtru. Dzięki dobrze dobranemu systemowi, możemy rzadziej wymieniać wkłady filtracyjne. Każda instalacja powinna być traktowana indywidualnie. Daje to pełną kontrole nad skutecznością filtracji, a dzięki temu również nad jakością filtrowanego medium. Montaż filtra jest łatwy, nie wymagane są żadne prace konstrukcyjno-budowlane, oprócz przygotowania odpowiednich przyłączy. Niskie koszty inwestycyjne, brak kosztów remontowych, łatwość użycia, bezpieczeństwo, oraz niski całkowity koszt użytkowania, to kluczowe elementy przemawiające za instalacją systemu filtracyjnego. Dobrze zaplanowany i odpowiednio dobrany system filtracji, przyczynia się do znacznego obniżenia kosztów eksploatacyjnych, wydłużenia żywotności płynów oraz utrzymania ciągłości produkcyjnej.

Przeczytaj również