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APLICACIONES DE FILTRACION

Q.B.P. Diego Zavala ([email protected])Especialista de aplicaciones | Tecnologías de Filtración

mailto:[email protected]

AGENDA• Diseño y optimización de

sistemas de filtración• Ejemplos de aplicaciones

de filtración

¿Cómo escoger el filtro adecuado?

No existe un mejor filtro para todas aplicacionespero…

Si existe un mejor filtro para cada aplicación

Eligiendo un Filtro de Membrana

Información requerida para seleccionar un filtro.

1. Explicación del objetivo de la aplicación. (Por ejemplo: nivel de claridad, reducción microbiana, esterilidad, etc.).

2. Fluído. (Composición química, viscosidad, densidad,...etc.)

3. Condiciones de operación.• Continuo o por lotes.• Flujos (Normal, máximo).• Temperaturas (Normal, máxima).• Presiones (Normal, máxima).• Presión sotenida/Flujo constante• Máxima Diferencial de presión permitida.

Información requerida para proponer un filtro.

4. Tipo y tamaño de conexiones.

5. Portafiltro de acero o cápsula desechable.

6. Material de empaques

7. Otros requerimientos (chaqueta, intercambiador de calor, etc..)

¿Cómo Escoger?

Cada aplicación debe ser evaluada basada en la relativa importancia de tres criterios de desempeño

Criterios de Desempeño a Considerar

FlujoCapacidad Total (Throughput)

Rendimiento



• Flujo:

- El volumen de filtrado que pasará a través delfiltro en un tiempo dado a una presión dada.

- ¿Cuántos filtros para conseguirlo en el tiemporequerido?



Factores que tiene efecto en el flujo:


• Área de Filtración (m2, ft2)• Porosidad del filtro• Material del filtro• Grado de retención (µm)• Presión disponible

Criterios de Desempeño a ConsiderarComparación del Flujo a ΔP constante



¿Cuándo el flujo es importante?:- Procesos sensibles al tiempo

- Capacidad- Degradación de Producto- Elevada biocarga



• Capacidad Total (Throughput):

- El volumen de filtrado que puede pasar através del filtro antes que se sature.

- ¿Cuántos filtros para procesar el Lote?



Factores que tiene efecto en la capacidad total:

• Área de Filtración• Porosidad del filtro• Material del filtro• Grado de retención del filtro


Criterios de Desempeño a ConsiderarComparación de la Capacidad Total



¿Cuando la capacidad total es importante?:- Productos con gran espectro de

contaminantes- Productos de bajo valor

- Costos del filtro tienen alto impacto en loscostos del producto

- Expansión de procesos con infraestructuraexistente



• Rendimiento:

- El porcentaje del producto de interés que pasaa través del filtro.

- ¿Qué Membrana? ¿Qué Filtro?



Mecanismos de Pérdida de Rendimiento:

• Adsorción no Específica• Exclusión por Tamaño• Volumen de Retención



Mecanismos de Pérdida de Rendimiento:• Adsorción no Específica

- Propiedades del material de la membrana- Materiales que componen el filtro- Área de filtración- El pH puede tener un efecto- No se afecta generalmente por:

- Flujo- Presión Diferencial- Tamaño de Poro


Criterios de Desempeño a ConsiderarComparación de la Adsorción no Específica



Mecanismos de Pérdida de Rendimiento:• Volumen de Retención

- Geometría / Tamaño relativo del dispositivo defiltración

- Consideraciones de tubería



¿Cuando el rendimiento es importante?:

- Procesos de alto valor- Los costos del filtro tienen un bajo impacto en

el costo total del producto



Evaluar la relativa importancia de los Criterios deDesempeño:

• Flujo• Capacidad Total (Throughput)• Rendimiento


Como usar la información.

1. Determinar tipo de elemento filtrante.• Establecer nivel o grado de filtración.

(Micraje, eficiencia, y capacidad)Cantidad de sólidos, flujo y objetivo.En base a experiencia o pruebas de laboratorio, a nivel piloto o escala de producción.

• Establecer tipo de membrana filtrante en base a compatibilidad ,en base a experiencia o a pruebas.Temperatura, fluido (pH, densidad, viscosidad,...)

• Establecer tipo de sello y configuración.

Como usar la información.

2. Determinar el Flux apropiado. (LMH, Lpm/ft2, etc)• Establecer dimensionamiento en base a flujo o a vida del sistema en base a experiencia o a pruebas.

3. Seleccionar o diseñar el portafiltro apropiado.

Tipos de Contaminantes.

• Bacterias, Hongos, Levaduras.• Parásitos y sus huevos.• Fibras.• Minerales, óxido, incrustaciones.• Productos secundarios.• Precipitados.• Geles.

Naturaleza del Fluido.

• Compatibilidad. Materiales filtrantes: Celulosa, fibra de vidrio, polipoprileno, polietersulfona, nylon, metálicos.

• Desechos peligroso. Configuración plegada, compactable.

• Valor del fluído Bajo volumen de retención.

Efecto del incremento de flujo

Volumen total filtrado

Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado

Beneficio de una mayor área de superficieEfecto del taponamiento de poros


Efecto del área en la vida del filtro

Esta gráfica representa la relación exponencial entre el volumen del líquido filtrado y el área de filtraciónbajo condiciones de flujo y permeabilidad del medio filtrante constante. El exponente de la relación se ha determinado empíricamente que es de 1.5 a 2. Por lo tanto el doble de área filtrante deberá extender la vida en servicio de 2.8 a 4 veces.


Efecto del aumento de la viscosidad


Cuál es el filtro adecuado?INCREASE®

- Materiales filtrantes- Combinación de prefiltro/filtro final- Configuraciones de los filtros- Desempeño en la retención (retención de partículas/bacterias)- Flujo requerido/Máxima presión diferencial- Compatibilidad química y física del producto/agente de limpieza - Adsorción (concentración de activos)

Selección del filtro:¿Cuál filtro será adecuado para el producto y el proceso y que satisfaga las necesidades del cliente?

INCREASE®

: Flujo requerido mínimoó: máxima presión diferencial permitida

: Máximo volumen filtrado

: (máximo número de ciclos de esterilización)

Parámetros para la selección de filtros

INCREASE®

Puntos a considerar para evaluar un equipo de filtración.

• Tipo de Medio Filtrante ofrecido. Eficienciaconstante durante la vida de servicio sinmigración de medio.

• Como se determina la eficiencia de remocióncotizada. El grado de filtración debe de serconsistente con la aplicación.

• Cual es el flux propuesto. Altos Flux significanvida corta, mayor cambio de filtros.

Puntos a considerar para evaluar un equipo de filtración.

• Cual es el código de sellado. El tipo de sello debe ser congruente con el nivel de filtración (DOE, sanitario, etc).

• Cual es el tamaño y tipo de portafiltro. El espacio y volumen de retención pueden incrementar los costos.

¿Por qué la optimización del sistema de filtración?

• Los pasos de filtración en la producciónexistente pueden haber sido establecidos hacemucho tiempo

• Los nuevos materiales filtrantes y susprincipios de construcción permiten un incremento significativo en su desempeño

• Dependiendo de la aplicación se logran los siguientes beneficios durante la optimzaciónde procesos: Reducción de costos Incremento en el rendimiento de producto Mejora en la seguridad del proceso Incremento en el cumplimiento regulatorio Manejo optimizado del filtro

Objetivos de la optimización delsistema de filtración

• Identificación del filtro final óptimo o combinación de prefiltro/filtro final para una aplicación determinada

• Los objetivos típicos para la optimización de sistemasde filtración son por ejemplo: Muchas etapas de filtración Saturación prematura Incremento del tamaño de lote Cambios en la formulación Cambio de materias primas Cambio en el requerimiento de la calidad del

filtrado

• La optimización del sistema de filtración tendrá un impacto directo en la reducción de costos al mejorarlos procesos.

¿Como se lleva a cabo la optimización de un sistema de filtración?

• Identificación de las aplicacionesrelevantes/etapas del proceso

• Análisis de los parámetros de proceso(POP-Sheet)

• Elaboración del protocolo de pruebas(opcional)

• Evaluaciones de filtración llevadas a cabopor el Especialista de Aplicaciones usandodiscos filtrantes

• Elaboración de un reporte de pruebas con recomendaciones específicas para la optimización del escalamiento

• Evaluaciones de confirmación con elementos plegados para escalamiento

• Soporte durante la implementación y validación (si se requiere)

OPTIMIZACIÓN (Pruebas de Filtración)

ZERO-T

DISCOS 47 mm CÁPSULAS CARTUCHOS

INCREASE®

Estrategia de optimización

Comparación con materiales de la competencia

Herramienta ideal para la selección de materiales

Determinación de la mejor combinación del material

del prefiltro y del filtro final

Pruebas de escalamiento

Pruebas para evaluar el desempeño del flujo y vida del filtro

Membranas de

47 mm

SartoScale

Cápsulas de 150 cm²

INCREASE®

Aplicaciones típicas para la optimización de losprocesos de filtración

Vino

Cerveza

Bebidas espirituosas

Jarabes

Sistemas de agua

Optimización de los procesos de filtración

Eliminación de filtros innecesarios

Reducción del área de superficie

Reducción del tamaño

Uso de prefiltración

Ajuste de las condiciones de proceso

Diseño general de un sistema

Prefiltros primariosno estériles

Filtros finales

Prefiltros secundarios

Optimización mediante la eliminación de filtrosinnecesarios

OPTIMIZADO

Optimización mediante la reducción del área de superficie

OPTIMIZADO

Optimización mediante la reducción del tamaño

OPTIMIZADO

Optimización mediante el uso de prefiltración

OPTIMIZADO

Optimización mediante el ajuste de las condiciones de proceso

Aumento de la temperatura (reducción de la viscosidad)

Disminución de la temperatura (reducción de la polarización de

geles)

Ajuste de la presión (incremento del volumen filtrado)

Disminución del flujo (incremento del volumen filtrado)

Llenado desde un recipiente de colección (reducción de la demanda

sobre los filtros)

Sistema de filtración ideal

Volumendel Lote

Volumen

D P

D PLímite

¿Qué filtro podemos eliminar ?

I II IIIA la ATM

Tiempo

010203040

PI

5781011

PI-PII(psid)

24567

PII

33344

PII-PIII(psid)

22222

PIII

11122

¿Qué filtro se está tapando muy rápido?

I II IIIA la ATM

Tiempo

010203040

PI

510152025

PI-PII(psid)

33445

PII

27111620

PII-PIII(psid)

16101519

PIII

11111

Sistema de filtración con un prefiltro inadecuado(muy abierto)

Volumendel LoteVolumen

D P

D PLímite

Sistema de filtración con un prefiltro de remoción adecuada pero con una capacidad de retención de contaminantes inadecuada (insuficiente

área de filtración)


D P

D PLímite

Sistema de filtración con un área de prefiltraciónmayor


D P

D PLímite

¿Este sistema de filtración está correctamentedimensionado?

I II IIIA la ATM

Tiempo

010203040

PI

510141923

PI-PII(psid)

24578

PII

3691215

PII-PIII(psid)

246810

PIII

12345

AGENDA• Diseño y optimización de

sistemas de filtración• Ejemplos de aplicaciones

de filtración

Sartocell, Sartopure PP2 y Vinosart PS, para filtración de vino Rosado

Vino Rosado fabricado en Bodega

Producción de 3,000L/mes

Turbiedad en producto envasado

Presencia de gas al abrir las botellas con turbiedad

Se le solicitó a Sartorius implementar un sistema de filtración.

Aplicaciones en vino

Mosto / Filtracíon del jugo de uva

Clarificación

Estabilización

tartárica

Remoción

tartárica

Last Cellar

Filtration

Filtración

estéril y

llenado

Sangrado

Fermentación maloláctica

Agua, vapor

Aire, CO2

Servicio

de

audiotoria

QC Microbiológico

Pba. de filtración

Pruebas de filtrabilidad con el equipo Zero -T

Mediante la evaluación de prefiltros se identificó a Sartocell como un prefiltro ideal para clarificación

Se identificó al Sartopure PP2 como el óptimopara prefiltración fina

Se determinó Vinosart PS para la eliminación de:

Levaduras

Beneficios: El producto es vendido, la producción se incrmento a 30,000L/mes.

Gracias!...........Preguntas?

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