Princip filtrace. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Tekutiny Doprava tekutin

Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Tekutiny Doprava tekutin

Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace

Princip filtrace » Dělení pevných částic od tekutiny na porézní filtrační přepážce Suspenze, Aerosol

Filtrační koláč Filtrační přepážka Filtrát

Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

1

Povrchová vs. hloubková filtrace


Typy filtrů » Absolutní » tenká filtrační přepážka s velikostí pórů menší než jsou zachytávané částice » probíhá koláčová filtrace

» Relativní (hloubkové) » zachytávají se částice podstatně menší než je rozměr pórů » účinnost zachycení závisí na tloušťce filtrační vrstvy » zachycení probíhá za působení povrchových nerovností, povrchových sil, elektrostatických sil Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Povrchová (koláčová) filtrace » Filtrační koláč může suplovat funkci filtrační přepážky


2

Filtrační přepážky » Vrstvy zrnitých materiálů » Vrstvy vláknitých materiálů » Papírové materiály » Porézní kompaktní materiály » Tkaniny » Perforované desky, síta » Makroporézní membrány


Kritéria vhodnosti filtrů » Rychlost filtrace » Účinnost filtrace » Chemická stabilita filtru » Afinita k filtrované tekutině » Adsorpce složek filtrovaného média na filtru


Filtrační nuče

» Jednoduché tlakové nebo vakuové filtry » např. pro separaci krystalů z matečného louhu


3

Svíčkové filtry


Listové filtry


Kalolis


4

Filtrace ve farmacii » Čiření (čistící filtrace) » požadovaným produktem je filtrát » pevných částic je velmi málo, jsou malé » speciální případ = sterilní filtrace » musí zachytit veškeré mikroorganismy » 0,2 – 0,45 μm

» Koláčová filtrace » produktem je filtrační koláč » pevných částice je až 20 % » není nutná 100 % účinnost Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Proudění v porézních médiích » Porézní média » porézní pevné látky » membrány » lože sypkých hmot

» Důležité pro popis » filtračních procesů » fluidačních procesů » operací s disperzemi


Proudění nekruhovým průřezem » Ekvivalentní hydraulický průměr d ekv 

4S O

» S … plošný průřez otvoru, potrubí » O … smočený vnitřní obvod průřezu

» Využití » nekruhová potrubí » proudění porézními médii


5

Veličiny pro popis proudění ve vrstvě » Rychlost proudění » mimovrstvová, u [m.s-1]

Q [m3.s-1]

Q S » střední v mezerách, uf [m.s-1] u

ε

h [m]

uf  dp Ap ψ

S [m2] d [m]

Q u  S 

» Hustota povrchu a a

A V


Hustota povrchu » Lože kulovitých částic a

A A1    nAp 1    61       V Vs nV p dp

» Lože obecných částic a

Ap 1    Vp



Ak ,ekv 1   

Vk ,ekv



61    d k ,ekv


Model toku v porézním médiu » Aproximace média paralelními kanálky se » stejnou mezerovitostí » stejnou hustotou povrchu

a

A A nOk h 4    V Vk nSk h d ekv

» Disipovaná energie a Re 2 2 l uf al u f  f d ekv 2 4 2 u f d ekv u f 4 Re    a

Edis  f


6

Výpočet součinitele tření » Ergunova rovnice, empirické koeficienty f 

K B Re

f 

133  1,75 Re

» Laminární oblast, kulové částice f 

9K  150 8

K Re

3 K h 1   2 9 K  h 1    u  u 4 Re d p  3 8  d p2  3 2

Edis 

» východisko pro popis filtrace Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Aplikace toku porézním médiem » Tok vrstvou kuliček + Ergunova rovnice Edis  150

 h 1   2 u  d p2  3

» Bernouliho rovnice » Δh ~ 0; Δu ~ 0

Edis  p

» Výsledek: Blake-Koženého rovnice p  150

h 1    u d p2  3 2


Aplikace toku porézním médiem » Průtok porézní vrstvou Q  uA 

2 3 pA d p pA  K h 150 1   2 h

ovlivňuje » » » » »

tlak viskozita plocha filtru tloušťka filtru koeficient permeability … K


7

Faktory ovlivňující rychlost filtrace » Tlak » vyšší tlakový rozdíl (přetlak / vakuum) urychluje filtraci » existuje limit daný pevností filtrační přepážky

» Viskozita » vyšší viskozita zpomaluje filtraci » možno ovlivnit teplotou

» Plocha filtru » vyšší plocha urychluje filtraci » zpomaluje nárůst filtračního koláče Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Faktory ovlivňující rychlost filtrace » Tloušťka filtru / koláče » zpomaluje filtraci

» Koeficient permeability » funkce velikosti částic (pórů) a porozity » porozita se výrazně snižuje u širokodisperzních hmot » aditiva pro větší porozitu koláče » flokulace


Zadržování částic při hloubkové filtraci » Částice se zadržují na stěnách pórů filtračního média » Kontakt se stěnou zajišťuje » setrvačnost » Brownův pohyb » gravitace

» Efektivita roste s » turbulencí » klesajícím průtokem Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

8

Parametry hloubkového filtru » Tloušťka dc   Kc dx » c … obsah pevných částic » x … tloušťka filtru » K … koeficient záchytu

» Životnost » účinnost filtru během použití klesá, protože se snižuje průřez pórů a tedy zvyšuje rychlost proudění Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Sterilní filtrace » 1960 » za sterilní považováno < 0,45 μm

» 1967 – 1987 » Brevundimonas (Pseudomonas) diminuta » organismus proniká filtry 0,45 μm » 1987: FDA standard 0,2 / 0,22 μm

» Současnost » 0,1 μm – dobrovolné iniciativy předních výrobců » mykoplazmatické organismy (Acholeplasma laidlawii) Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Validace sterilní filtrace » Sterilní filtr je třeba validovat (nestačí porozita < 0,2 μm) » testovací organismus Brevundimonas diminuta » ověřit průchod 0,4 μm filtrem

» zátěž filtru > 107 cfu.cm-2 » prokázat sterilní filtrát » nepovinné nadstandardní testy s dalšími organismy


9

Zařazení sterilní filtrace » Sterilní filtr je náchylný k zanesení velkým počtem částice » Filtrace se provádí ve stupních


Sterilní skladování kapalin


HEPA filtry » High Efficiency Particulate Air filter » záchyt prachových částic a mikroorganismů » velmi čisté prostory, fermentory » účinnost: » > 99,97 % částic velikosti 0,3 μm » větší nebo menší částice se zachytávají snáze

» účinnost záchytu klesá při smočení filtru (rosný bod) » intenzita difuzního pohybu v kapalinách je mnohem nižší než v plynech Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

10

Princip filtrace. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Tekutiny Doprava tekutin

Recommend Documents