APLICACIONES DE FILTRACION. Q.B.P. Diego Zavala Especialista de aplicaciones Tecnologías de Filtración

Transcripción

1 APLICACIONES DE FILTRACION Q.B.P. Diego Zavala Especialista de aplicaciones Tecnologías de Filtración

2 AGENDA Diseño y optimización de sistemas de filtración Ejemplos de aplicaciones de filtración

3 Eligiendo un Filtro de Membrana Cómo escoger el filtro adecuado? No existe un mejor filtro para todas aplicaciones pero Si existe un mejor filtro para cada aplicación

4 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.

5 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..)

6 Eligiendo un Filtro de Membrana Cómo Escoger? Cada aplicación debe ser evaluada basada en la relativa importancia de tres criterios de desempeño Criterios de Desempeño a Considerar Flujo Capacidad Total (Throughput) Rendimiento

7 Eligiendo un Filtro de Membrana Flujo: Criterios de Desempeño a Considerar - El volumen de filtrado que pasará a través del filtro en un tiempo dado a una presión dada. - Cuántos filtros para conseguirlo en el tiempo requerido?

8 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Factores que tiene efecto en el flujo: Área de Filtración (m 2, ft 2 ) Porosidad del filtro Material del filtro Grado de retención (µm) Presión disponible

9 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Comparación del Flujo a ΔP constante

10 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Cuándo el flujo es importante?: - Procesos sensibles al tiempo - Capacidad - Degradación de Producto - Elevada biocarga

11 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Capacidad Total (Throughput): - El volumen de filtrado que puede pasar a través del filtro antes que se sature. - Cuántos filtros para procesar el Lote?

12 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Factores que tiene efecto en la capacidad total: Área de Filtración Porosidad del filtro Material del filtro Grado de retención del filtro

13 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Comparación de la Capacidad Total

14 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Cuando la capacidad total es importante?: - Productos con gran espectro de contaminantes - Productos de bajo valor - Costos del filtro tienen alto impacto en los costos del producto - Expansión de procesos con infraestructura existente

15 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Rendimiento: - El porcentaje del producto de interés que pasa a través del filtro. - Qué Membrana? Qué Filtro?

16 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Mecanismos de Pérdida de Rendimiento: Adsorción no Específica Exclusión por Tamaño Volumen de Retención

17 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar 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

18 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Comparación de la Adsorción no Específica

19 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Mecanismos de Pérdida de Rendimiento: Volumen de Retención - Geometría / Tamaño relativo del dispositivo de filtración - Consideraciones de tubería

20 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Cuando el rendimiento es importante?: - Procesos de alto valor - Los costos del filtro tienen un bajo impacto en el costo total del producto

21 Eligiendo un Filtro de Membrana Criterios de Desempeño a Considerar Evaluar la relativa importancia de los Criterios de Desempeño: Flujo Capacidad Total (Throughput) Rendimiento

22 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.

23 Como usar la información. 2. Determinar el Flux apropiado. (LMH, Lpm/ft 2, 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.

24 Tipos de Contaminantes. Bacterias, Hongos, Levaduras. Parásitos y sus huevos. Fibras. Minerales, óxido, incrustaciones. Productos secundarios. Precipitados. Geles.

25 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.

26 Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado Efecto del incremento de flujo Volumen total filtrado

27 Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado Beneficio de una mayor área de superficie Efecto del taponamiento de poros

28 Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado Efecto del área en la vida del filtro Esta gráfica representa la relación exponencial entre el volumen del líquido filtrado y el área de filtración bajo 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.

29 Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado Efecto del aumento de la viscosidad

30 INCREASE Cuál es el filtro adecuado?

31 INCREASE Selección del filtro: Cuál filtro será adecuado para el producto y el proceso y que satisfaga las necesidades del cliente? - 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)

32 INCREASE Parámetros para la selección de filtros : Flujo requerido mínimo ó: máxima presión diferencial permitida : Máximo volumen filtrado : (máximo número de ciclos de esterilización)

33 Puntos a considerar para evaluar un equipo de filtración. Tipo de Medio Filtrante ofrecido. Eficiencia constante durante la vida de servicio sin migración de medio. Como se determina la eficiencia de remoción cotizada. El grado de filtración debe de ser consistente con la aplicación. Cual es el flux propuesto. Altos Flux significan vida corta, mayor cambio de filtros.

34 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.

35 Por qué la optimización del sistema de filtración? Los pasos de filtración en la producción existente pueden haber sido establecidos hace mucho tiempo Los nuevos materiales filtrantes y sus principios de construcción permiten un incremento significativo en su desempeño Dependiendo de la aplicación se logran los siguientes beneficios durante la optimzación de 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 Page 14

36 Objetivos de la optimización del sistema de filtración Identificación del filtro final óptimo o combinación de prefiltro/filtro final para una aplicación determinada Los objetivos típicos para la optimización de sistemas de 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 mejorar los procesos. Page 15

37 Como se lleva a cabo la optimización de un sistema de filtración? Identificación de las aplicaciones relevantes/etapas del proceso Análisis de los parámetros de proceso (POP-Sheet) Elaboración del protocolo de pruebas (opcional) Evaluaciones de filtración llevadas a cabo por el Especialista de Aplicaciones usando discos 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) Page 16

38 INCREASE OPTIMIZACIÓN (Pruebas de Filtración) ZERO-T DISCOS 47 mm CÁPSULAS CARTUCHOS

39 INCREASE Estrategia de optimización Comparación con materiales de la competencia Membranas de 47 mm Herramienta ideal para la selección de materiales Determinación de la mejor combinación del material del prefiltro y del filtro final SartoScale Pruebas de escalamiento Pruebas para evaluar el desempeño del flujo y vida del filtro Cápsulas de 150 cm²

40 Aplicaciones típicas para la optimización de los procesos de filtración Vino Cerveza Bebidas espirituosas Jarabes Sistemas de agua

41 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

42 Diseño general de un sistema Prefiltros primarios no estériles Prefiltros secundarios Filtros finales

43 Optimización mediante la eliminación de filtros innecesarios OPTIMIZADO

44 Optimización mediante la reducción del área de superficie OPTIMIZADO

45 Optimización mediante la reducción del tamaño OPTIMIZADO

46 Optimización mediante el uso de prefiltración OPTIMIZADO

47 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)

48 Sistema de filtración ideal D P Límite D P Volumen Volumen del Lote

49 Qué filtro podemos eliminar? I II III A la ATM Tiempo P I P I -P II (psid) P II P II -P III (psid) P III

50 Qué filtro se está tapando muy rápido? I II III A la ATM Tiempo P I P I -P II (psid) P II P II -P III (psid) P III

51 Sistema de filtración con un prefiltro inadecuado (muy abierto) D P Límite D P Volumen Volumen del Lote

52 Sistema de filtración con un prefiltro de remoción adecuada pero con una capacidad de retención de contaminantes inadecuada (insuficiente área de filtración) D P Límite D P Volumen Volumen del Lote

53 Sistema de filtración con un área de prefiltración mayor D P Límite D P Volumen Volumen del Lote

54 Este sistema de filtración está correctamente dimensionado? I II III A la ATM Tiempo P I P I -P II (psid) P II P II -P III (psid) P III

55 AGENDA Diseño y optimización de sistemas de filtración Ejemplos de aplicaciones de filtración

56 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. Page 18

57 Aplicaciones en vino Agua, vapor Aire, CO 2 Mosto / Filtracíon del jugo de uva Servicio de audiotoria Filtración estéril y llenado Fermentación maloláctica Clarificación QC Microbiológico Estabilización tartárica Last Cellar Filtration Remoción tartárica Pba. de filtración Sangrado

58 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 óptimo para prefiltración fina Se determinó Vinosart PS para la eliminación de: Levaduras Beneficios: El producto es vendido, la producción se incrmento a 30,000L/mes. Page 23

59 Gracias!...Preguntas?