Transcript Platica2-FILTRACION

Tecnologìa Farmacèutica de Parenterales
UNAM – Junio 2012.
Introducción a la Filtración
5
4
1
2
Rev. I, 08
3
0.22
µm
Visión General de la Presentación

Características Clave del Filtro de Membrana
 Materiales de Filtrado - Hidrofílicos e
Hidrofóbicos
 Mecanismos de retención en los filtros
 ¿Qué sucede cuando un filtro se bloquea?
 Esquema de un Sistema de Filtración Típico
 Estructura de los filtros
 Solución de problemas básicos
Mecanismos de Retención



Describa como retienen
partículas los filtros
Un mejor entendimiento
minimiza los problemas de
filtración
Los mecanismos de retención
cambian de acuerdo a:




Características de los fluídos
Condiciones de Operación
Tipo de partícula
Tipo de filtro
Factores que afectan la retención del filtro
(Influencia de los fluídos)

Viscosidad
 Contenido químico/iónico
 Comentarios :
 Un flujo lento permite más

contacto con el material filtrante
El tiempo de mezclado / contacto
puede ser crítico
Factores que afectan la retención del filtro
(Influencia de las partículas



Deformable (suave)
No-deformable (duro)
Comentarios:
Bajo presión, las partículas
suaves se pueden introducir
en la estructura del filtro
causando un bloqueo total
del mismo.
 Ejemplo: gelatina
Las partículas duras
formas espacios abiertos
Ejemplo: arena
Factores que afectan la retención del filtro
(influencia de la operación)



Velocidad de las partículas
Presión aplicada
Comentarios:
Un flujo lento es bueno
a flujos más lento, mejor retención
El movimiento de la matríz es
malo
se pueden liberar partículas y fibras de los
filtros de profundidad
Factores que afectan la retención del filtro
(influencia del filtro)


Tamaño de poro
Estructura


Rígido o movible
Comentarios:
 Filtro esterilizante - tamaño de
poro absoluto (definición
legal)
 Los prefiltros poseen tamaños
de poro nominales - cada
fabricante tiene sus propios
estándares y métodos
Materiales de los Filtros Hidrofílicos

"Afin al Agua"
 Se humecta espontáneamente
(o sin mucho esfuerzo) con el
agua

Materiales celulósicos (por ejemplo:
Celulosa regenerada, mezcla de ésteres de
celulosa, etc. )
 Policarbonato con aditivos
(por ejemplo: PVPP),
polisulfona modificada, Nylon, PVDF modificado

Aplicaciones
 Filtración y filtración estéril de
soluciones acuosas o acuosas
orgánicas
Materiales de los Filtros Hidrofóbicos
 "Repelente al Agua"
 No se humecta espontáneamente
con el agua.
El agua puede permanecer o estar
entrampada y no entrar al filtro



PTFE - Politetrafluoroetileno , PVDF - Fluoruro
de polivinilideno
Polipropileno, Polisulfona,
Policarbonato
Aplicaciones
 Filtración de solventes, ácidos,

bases y químicos
Equipos de venteo y tanques, gas
de proceso, filtros de salida y
entrada en fermentación
Mecanismos de Retención en los Filtros

Adsorción
 Las partículas se adhieren al
filtro por atracción química /
eléctrica

Exclusión por Tamaños
 Las partículas son demasiado
grandes para pasar a través del
poro
Ejemplos son:
entrampamiento , tamizado,
captura superficial
¿Dónde se Utilizan los
Filtros?
Esquema de un Sistema de Filtración Típico
1
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7
Filtro de agua, 0.2um
Filtro de vapor, 10um
Filtros de venteo de aire, 0.2um
Prefiltros, 0.5um
Filtro final, 0.2um
Filtro final de espera, 0.2um
Filtros de llenado, 5um
 Los filtros se utilizan en diversas áreas de una planta farmacéutica.
 Los filtros para líquidos se usan frecuentemente en diferentes etapas y
departamentos.
¿Qué es un tren de filtración?

Una serie de filtros con
tamaño de poro decreciente
unidos o separados por
tanques de almacenamiento

Se necesita un filtro con la
mayor capacidad de
retención de partículas al
principio del tren

Se requiere un filtro con
tamaño de poro absoluto al
final de éste
Estructura del Filtro
¿Cómo son los Filtros de Profundidad?
Fibrosos (pueden liberar
fibras)
Es difícil medir el tamaño del
poro con exactitud
Espesor de 3 - 30 mm , y
frecuentemente adsorbentes
Tienen una eficiencia de
retención de partículas del 30
- 70%
Mayor capacidad para captar
contaminantes
Ejemplos: microfibra de vidrio,
polipropileno
Características del Filtro de Profundidad
Características
Resultado / Comentario
Espesor (típicamente 3 - 20 mm)
A menudo existe retención/pérdida del producto
Amplia distribución de tamaños de poro
nominales
Tasa nominal de partículas virtualmente
imposible de probar su integridad de forma
confiable mediante pruebas no destructivas
basadas en líquido
Estructura aleatoria
Probabilidad de retención de partículas
(típicamente 30 - 90%)
La matriz se puede mover bajo condiciones
dinámicas
Partículas retenidas por adsorción en la matríz
del filtro y entrampamiento físico dentro de la
misma
Gran capacidad de retención de impurezas
La retención cambia con el flujo y/o la presión
Alta probabilidad de que las partículas y fibras
se liberen durante el filtrado
Las partículas pueden pasar cuando el filtro se
sobrecarga, o pueden emigrar a través del filtro
Operación a baja diferencial de presión
"Larga vida"
El filtro se utiliza mejor en flujos contínuos y sin
contrapresión
0 - 15 psi (0 - 1 bar) para filtración biológica
típica , 0 - 30 psi (0 - 2 bar) para filtración típica
de partículas
¿Cómo son los Filtros de Superficie?
Fibras unidas con calor o con un
soporte del filtro
Tienen tamaño de poro nominal
Espesor (1 mm o menos) y
ligeramente adsorbente
Eficiencia de retención de
partículas del 90 - 99.9%
Ejemplos: Éster de celulosa,
celulosa cubierta y soporte de
poliester
Características del Filtro de Superficie
Características
Resultado / Comentario
Espesor (típicamente menos de 1 mm)
Distribución del tamaño de poro
Retención/pérdida despreciable
Mejor estimación de la retención (normal- mente
90 - 99.9%), No se puede probar su integridad
Estructura polimérica mejor definida
Mejor consistencia en el atrapamiento de
partículas y variaciones mínimas en el filtro
Estructura que no libera fibra
Filtración de la más alta calidad, sin
contaminación de la matríz n
Capacidad media de retención de impurezas
Filtro con tiempo de vida "razonable"
Características híbridas de filtros de
profundidad/membranas
Partículas retenidas por entrampamiento físico
dentro de la matríz, adsorción sobre la matríz del
filtro y exclusión por tamaño de partículas dentro y
sobre el filtro
La retención no cambia con el flujo o la presión Se puede usar en flujos discontinuos o
cambiantes
Buena operación en presión diferencial
0 - 30 psi (0 - 2 bar) para filtración biológica típica,
0 - 45 psi (0 - 3 bar) para filtración de partículas
típica
¿Cómo se fabrican los filtros de membrana?

Producidos por moldeado
Nylon, Celulosa (éster mezclado,
regenerado), PVDF, Polisulfona

Producidos por estiramiento
PTFE

Producidos por fusión
Polipropileno
Cámara de
Ambiente
Controlado
Mezcla
Control de
Grosor
Moldeado
de
Membrana
Hidrofilización
Secado
¿Cómo son los filtros moldeados?
 Se
hacen principalmente
moldeando membrana
 Pueden ser hidrofílicos o
hidrofóbicos
 Se miden por las partículas más
pequeñas que retienen
 Espesor muy delgado (100 260 um)
 La adsorción depende de los
materiales filtrantes
 Ejemplos
Éster de celulosa
Celulosa regenerada
Nylon
Polisulfonas
PVDF
¿Cómo son los filtros fabricados
por estiramiento?
 Poros
ranurados
 Espesor de 150 micras
 A menudo están unidos
a materiales de soporte
 Pueden tener una alta
adsorción de proteínas
 Ejemplo:
PTFE - "Teflon"
Hidrofóbicos naturales
La mayoría de polímeros
hidrofóbicos
Características clave de los
filtros de membrana
 Fuerte, rígido, NO quebradizo
 Trayectoria tortuosa
 No toda la retención se lleva a cabo
en la parte superior
 Área interna muy alta
 70-75% de porosidad
 La retención de partículas por
exclusión de tamaño no cambia con
el flujo o la presión
 Los filtros esterilizantes deben tener
una eficiencia de retención del
> 99.9999999% y obtener líquidos
estériles
 El gas encuentra los mayores
defectos en el filtro
 Es posible llevar a cabo prueba de
integridad (difusión y/o punto de
burbuja)
Características del Filtro de Membrana
Característica
Resultado / Comentario
Espesor (típicamente 0.01 - 0.2 mm)
Adsorción Insignificante
Estructura porosa definida estrechamente
Con tasa de retención real, se puede probar su
integridad de modo no destructivo usando pruebas
físicas
Estructura rígida- (Nota: Rígida NO quebradiza)
La retención no cambia con el ambiente
(calor/presión)
Membranas poliméricas moldeadas
Incrementa consistencia de manufactura
Estructura filtrante que no libera fibras
Filtrado muy limpio
Partículas retenidas por exclusión de tamaño,
adsorción y entrampamiento
Filtro muy efectivo, típicamente 99.99 99.9999999%)
Las partículas grandes se retienen en la parte superior El filtro se puede bloquear más rápido que con otros
del filtro
tipos
Baja capacidad de retención de impurezas
El filtro se bloquea "fácilmente"
La retención es independiente de la hidráulica de
fluídos (flujo, presión diferencial)
Desempeño más confiable y resistente
Baja presión diferencial de operación
0 - 30 psi (0 - 2 bar) para filtración biológica típica, 0 45 psi (0 - 3 bar) para filtración de partículas típica
Configuraciones Típicas de Filtros - 1
Portafiltros de disco
 Rango de diámetros 13 - 293 mm
 Tradicional
 Pueden utilizarse filtros de
profundidad/superficie en los
mismos portafiltros
 Se utilizan a menudo para cargas
de bajo volumen
 Bajo costo unitario
Configuraciones Típicas de Filtros - 2
Disco de diámetro pequeño,
armado en paralelo
 La membrana va unida a ambos lados
del disco de soporte
 Los discos de soporte van unidos
 Todos los filtros trabajan en paralelo
 Bajo volumen muerto
 Compacto y fácil de usar
 Filtro intercambiable
(Millidisk) o dispositivo
desechable (Millipak)
 No metálico
 Estructura no flexible
 Baja resistencia a la
contrapresión
Configuraciones Típicas de Filtros - 3
Cartucho plegado
 La membrana se sostiene dentro del material
de soporte
 Armado termoplástico
 2-5 materiales de construcción
 Buena resistencia a la presión
positiva y contrapresión
 Áreas de filtración grandes
 Múltiples esterilizaciones
 Variedad de tamaños , áreas de
filtración y configuraciones de
empaques (O-rings)
 El prefiltro y el filtro final pueden
estar en el mismo cartucho
Tips para instalación del cartucho
 Humecte los empaques (O-ring)
 Revise la orientación del
portacartuchos (housing)
 entrada / salida
 No apriete demasiado las
abrazaderas
 Evite el contacto directo de las
manos con el cartucho
 Enjuague el cartucho antes de
usarlo
Sistemas de Filtración
Tipos de Partículas en Fluídos Biológicos

Deformables
Proteínas
Lípidos
Complejos de azúcar
 Se pueden mover a través
del filtro, separarse y
comprimirse en capas
impermeables

No deformables
Finos de resina
Cristales de drogas
Finos de carbón
Tierra diatomeácea (T.D.)
 Forman capas porosas
permeables
Formación de Capas de Filtración

Las partículas se
acumulan en la superficie
del filtro

Sucede con partículas
duras

Más a menudo en la
filtración gruesa y
clarificación
Bloqueo Total del Poro

Sucede con partículas
suaves

Las partículas bloquean
el "poro" totalmente

Sucede con una
prefiltración pobre, o
con partículas mayores
al tamaño del poro
Bloqueo Gradual del Poro

Sucede con partículas
suaves o duras

Las partículas se
acumulan en la abertura
del poro

Es más común en
fluídos biológicos
¿Cómo se Observan los Filtros Bloqueados?

El bloqueo gradual es
el más común

"Todo iba bien,
cuando de repente se
bloqueó el filtro"
¿Qué sucede cuando se bloquea un filtro ?

El flujo del fluído disminuye


La presión sube


Puede exceder las capacidades de presión diferencial del sistema
cartucho o tubería / conexiones
Las partículas pueden penetrar el filtro


Puede caer por debajo de la tasa de flujo requerida (por ejemplo:
máquina de llenado)
Los contaminantes bloquean el flujo del fluído después del filtro
El costo de la filtración cambia
Se incluyen costos del cartucho, tiempo y producto
 El sistema debe desmontarse para cambiar el cartucho

¿Qué hacer la PRÓXIMA vez?

Filtro Final

Incrementar la superficie de filtración
 Prefiltro
 Checar cambios de presión
 Incrementar el área de filtración / reducir
la presión diferencial e
 Incrementar la retención del prefiltro

Procedimiento
 Checar procedimiento de operación
 Checar variabilidad de materia prima
Chequeo de QC de entrada
¿Cómo Minimizar Problemas de Filtración?

Utilice una presión
diferencial inicial baja


~1-2 psid o ~0.1 bar
Monitoree y cambie la
presión diferencial

Fluídos biológicos
Filtros de Profundidad : 10 - 15 psid (0.71 bar)
 Filtros de Superficie y de Membrana : 30
– 50 psid (2-3.3 bar)
 Cuando se excedan las especificaciones
del fabricante

 Asegure
una presión
adecuada
Resumen

Existen dos mecanismos de retención más importantes para
líquidos
 Adsorción,

Tres tipos de filtros se usan comúnmente en la filtración
biofarmacéutica


Disco, Disco en Paralelo, Cartucho Plegado
Los filtros se bloquean:


Profundidad, Superficie y Membrana
Los materiales del filtro se presentan como:


Exclusión por Tamaño
Gradualmente, totalmente o por formación de capas
La mayoría de los problemas de filtración se pueden resolver
 El monitoreo y la optimización son técnicas clave