TECNICHE DI FILTRAZIONE TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A(PROCESSI A MEMBRANA)MEMBRANA)--11

I PROCESSI A MEMBRANA SI SONO NOTEVOLMENTE SVILUPPATI NEGLI ULTIMI ANNI, GRAZIE SOPRATTUTTO ALLO SVILUPPO DI

NUOVI MATERIALI.

PUR ESSENDO DIVERSI TRA LORO NEI MECCANISMI E NEI CAMPI DI APPLICAZIONE QUESTI PROCESSI HANNO ALCUNI ASPETTI IN

COMUNE:

� UTILIZZANO MEMBRANE, ANCHE SE DI DIVERSI MATERIALI E UTILIZZANO MEMBRANE, ANCHE SE DI DIVERSI MATERIALI E CARATTERIZZATE DA DIVERSI MECCANISMI DI SEPARAZIONECARATTERIZZATE DA DIVERSI MECCANISMI DI SEPARAZIONE

� SONO PROCESSI “A FREDDO”, SONO PROCESSI “A FREDDO”, CIOE’ CIOE’ NON IMPIEGANO ENERGIA NON IMPIEGANO ENERGIA TERMICATERMICA

NEL CASO DELLA MICROFILTRAZIONE (MF)MICROFILTRAZIONE (MF) SI FORMA UN FLUSSO DI ACQUA PURIFICATA E LE IMPUREZZE RESTANO SULLA MEMBRANA;

NEL CASO DI ULTRAFILTRAZIONE (UF)ULTRAFILTRAZIONE (UF), NANOFILTRAZIONE (NF)NANOFILTRAZIONE (NF) ED OSMOSI INVERSA (RO)OSMOSI INVERSA (RO) SI FORMANO DUE FLUSSI, UNO COSTITUITO DA ACQUA PURIFICATA ED UNO DA UNA SOLUZIONE CONCENTRATA

DI IMPUREZZE

TECNICHE DI FILTRAZIONE TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A(PROCESSI A MEMBRANA)MEMBRANA)--22

IN GENERE TUTTI I PROCESSI DI FILTRAZIONE SI POSSONO DISTINGUERE IN STATICISTATICI E DINAMICIDINAMICI.

NEI PROCESSI DI FILTRAZIONE STATICAFILTRAZIONE STATICALA DIREZIONE DI FILTRAZIONE E QUELLA

DI ALIMENTAZIONE COINCIDONO, IL LIQUIDO ARRIVA PERPENDICOLARMENTE

SULLA SUPERFICIE DI FILTRAZIONE (FILTRAZIONE ORTOGONALEFILTRAZIONE ORTOGONALE) E LE

PARTICELLE SI ACCUMULANO A FORMARE UNO STRATO SUL FILTRO, RENDENDO

NECESSARIO UN PROGRESSIVO AUMENTO DI PRESSIONE PER MANTENERE UN

FLUSSO COSTANTE. QUESTO TIPO DI FILTRAZIONE E’ UTILIZZATO PER

OTTENERE UN FILTRATO STERILE E QUANDO IL CONTENUTO IN PARTICELLE

SOLIDE NON SUPERA 200 ppm.FILTRAZIONE STATICA (ORTOGONALE)

Disegno tratto da: L’acqua nell’industria farmaceutica, Manuale tecnico AFI, OEMF, Milano, 1991

TECNICHE DI FILTRAZIONE TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A(PROCESSI A MEMBRANA)MEMBRANA)--33

NEI PROCESSI DI FILTRAZIONEFILTRAZIONEDINAMICADINAMICA LA PRESSIONE VIENE

ESERCITATA PERPENDICOLARMENTE ALLA MEMBRANA, MA IL LIQUIDO FLUISCE TANGENZIALMENTE

ALLA SUPERFICIE FILTRANTE. IN QUESTO MODO NON SI HA ACCUMULO DI PARTICELLE SUL FILTRO, PERCHE’ IL FLUSSO DI LIQUIDO LE ALLONTANA, E IL

FLUSSO NON SI RIDUCE.

QUESTO TIPO DI FILTRAZIONE SI UTILIZZA NEI PROCESSI DI

MICROFILTRAZIONE DI SOLUZIONI TORBIDE E NEI

PROCESSI DI ULTRAFILTRAZIONE,

NANOFILTRAZIONE E OSMOSI INVERSA.

Disegno tratto da: L’acqua nell’industria farmaceutica, Manuale tecnico AFI, OEMF, Milano, 1991

FILTRAZIONE DINAMICA (TANGENZIALE)

CONFRONTO TRA METODI DI CONFRONTO TRA METODI DI SEPARAZIONE DIVERSISEPARAZIONE DIVERSI

LO SCHEMA MOSTRA I DIVERSI CAMPI DI APPLICABILITA’ DEI VARI PROCESSI DI SEPARAZIONE; LA MICROFILTRAZIONEMICROFILTRAZIONE PERMETTE LA RIMOZIONE DI PARTICELLE CON

DIAMETRO COMPRESO TRA 0.1 E 10 µm0.1 E 10 µm, L’ULTRAFILTRAZIONEULTRAFILTRAZIONE PARTICELLE FINO A 5 X 105 X 10--11 µm µm -- 5 X 105 X 10--33 µm µm , L’OSMOSI INVERSAOSMOSI INVERSA RIMUOVE ANCHE MOLECOLE ORGANICHE MOLECOLE ORGANICHE E IONI.IONI.

Tratto da: L’acqua nell’industria farmaceutica, Manuale tecnico AFI, OEMF, Milano, 1991

CONFRONTO TRA I DIVERSI CONFRONTO TRA I DIVERSI SISTEMI DI FILTRAZIONESISTEMI DI FILTRAZIONE

MICROFILTRAZIONEMICROFILTRAZIONE

LA TECNICA DI MICROFILTRAZIONE E’ UTILIZZATA PER RIMUOVERE DALL’ACQUA PARTICELLE CON DIMENSIONI

COMPRESE TRA 0.1 E 10 µm0.1 E 10 µm. IN QUESTO RANGE DIMENSIONALE RIENTRANO I BATTERIBATTERI.

LA MICROFILTRAZIONE PUO’ ESSERE REALIZZATA CON SETTI A SETTI A STRUTTURA DEFORMABILESTRUTTURA DEFORMABILE (FELTRI, FILATI INTRECCIATI,

CARTONI, ECC., OGGI POCO USATI) E SETTI A STRUTTURA SETTI A STRUTTURA FISSA NON DEFORMABILEFISSA NON DEFORMABILE (SETTI DI ACCIAIO O MATERIALI

CERAMICI SINTERIZZATI, MEMBRANE POLIMERICHE).

LE MEMBRANE PER MICROFILTRAZIONE POSSONO ESSERE NON NON BAGNABILIBAGNABILI (SE FATTE DI MATERIALI IDROFOBICI, ES. PTFE,

PVDF) E BAGNABILIE BAGNABILI; POSSONO ESSERE ISOTROPEISOTROPE O ANISOTROPEANISOTROPE; POSSONO ASSUMERE CARICA NEGATIVA QUANDO

BAGNATE.

CARATTERISTICHE GENERALI CARATTERISTICHE GENERALI DEL PROCESSO DI DEL PROCESSO DI

MICROFILTRAZIONEMICROFILTRAZIONE

� TIPI DI SETTOTIPI DI SETTO: POLIMERICO (CELLULOSA, POLISULFONE, PVFD, PTFE, POLIPROPILENE,

POLIAMMIDE); CERAMICO; METALLICO; VETRO

� PRESSIONE DI ESERCIZIOPRESSIONE DI ESERCIZIO: 1-5 BAR

� EFFICACIA RIMOZIONEEFFICACIA RIMOZIONE: OTTIMA PER PARTICELLE, BATTERI, MUFFE, LIEVITI; DISCRETA PER COLLOIDI;

NON AFFIDABILE PER PIROGENI; NULLA PER SOSTANZE ORGANICHE E IONI

� MECCANISMOMECCANISMO: SETACCIO E ADSORBIMENTO

FILTRI A MEMBRANA PER FILTRI A MEMBRANA PER MICROFILTRAZIONEMICROFILTRAZIONE

LE MEMBRANE PER MICROFILTRAZIONE SONO DISPONIBILI IN DUE CONFIGURAZIONI DI BASE: DISCHIDISCHI E CARTUCCECARTUCCE.

DISCHIDISCHI: DIAMETRI DA 13 A 293 mm; DIAMETRO DEI PORI DA 0.04 a 10 µm. UN DISCO DEL DIAMETRO DI 293 mm E PORI DA 0.2

µm PUO’ FILTRARE FINO A 500/600 LITRI D’ACQUA ALL’ORA.

CARTUCCECARTUCCE: PERMETTONO L’USO DI SUPERFICI E PRESSIONI MAGGIORI. PER REALIZZARE LE CARTUCCE (O MODULI) FOGLI DI

MATERIALE FILTRANTE ABBINATI A FOGLI DI SUPPORTO VENGONO OPPORTUNAMENTE PIEGHETTATI, MONTATI ATTORNO

AD UN SUPPORTO RIGIDO CON FESSURE PER FAR PASSARE IL FILTRATO, E IL TUTTO INSERITO INFINE ALL’INTERNO DI UNA

STRUTTURA CILINDRICA DI PLASTICA (LUNGHEZZA 25 cm).

TIPI DI CARTUCCE PER TIPI DI CARTUCCE PER MICROFILTRAZIONEMICROFILTRAZIONE

CARTUCCIA AD ASTA PASSANTE CARTUCCIA A BAIONETTA

SANITIZZAZIONE E SANITIZZAZIONE E STERILIZZAZIONE DI SISTEMI STERILIZZAZIONE DI SISTEMI

PER MICROFILTRAZIONEPER MICROFILTRAZIONE

VANNO SEGUITE LE INDICAZIONI DEL FORNITORE PER CIASCUN TIPO DI SISTEMA MICROFILTRANTE.

COME AGENTI SANITIZZANTI O STERILIZZANTI SI POSSONO USARE:

VAPOREVAPORE: COME VAPORE FLUENTE O VAPORE SOTTO PRESSIONE

ACQUA CALDAACQUA CALDA

AGENTI CHIMICIAGENTI CHIMICI: OSSIDANTI (CLORO, PEROSSIDI, IODIO) O DENATURANTI (ETANOLO, FORMALDEIDE, SALI D’AMMONIO

QUATERNARIO)

ULTRAFILTRAZIONEULTRAFILTRAZIONE

L’ULTRAFILTRAZIONE E’ UN PROCESSO CHE E’ IN GRADO DI RIMUOVERE DALL’ACQUA PARTICELLE CON DIAMETRO FINO A

5x10-3 µm CON UN MECCANISMO A SETACCIO.

VENGONO QUINDI RIMOSSI BATTERI, FUNGHI, VIRUS, PIROGENI, PROTEINE, MENTRE LE MOLECOLE ORGANICHE A

BASSO PESO MOLECOLARE E I SALI PASSANO.

I PROCESSI DI ULTRAFILTRAZIONE UTILIZZANO SOTTILI MEMBRANE CERAMICHE O POLIMERICHE (POLIAMMIDE, ACETATO

DI CELLULOSA, POLISULFONE, POLIACRILONITRILE) CON PORI DI CIRCA 5x10-3 µm.

LE MEMBRANE PER ULTRAFILTRAZIONE POSSONO ESSERE DI DUE TIPI FONDAMENTALI: MEMBRANE TUBOLARI E MEMBRANE A

FOGLIO.

MEMBRANE TUBOLARIMEMBRANE TUBOLARI

LE MEMBRANE TUBOLARI SONO COSTITUITE DA UN SUPPORTO CILINDRICO POROSO SULLA CUI SUPERFICIE INTERNA E’

APPLICATA LA MEMBRANA FILTRANTE ED ALL’INTERNO DEL QUALE SCORRE L’ACQUA. LA FILTRAZIONE E’ DEL TIPO

TANGENZIALE (“CROSS-FLOW”).

LE MEMBRANE TUBOLARI POSSONO ESSERE A CANALE LARGO E A CANALE STRETTO.

LE MEMBRANE A CANALE LARGO HANNO UN DIAMETRO INTERNO DI 6-25 mm, LUNGHEZZA DI CIRCA 3 m E SUPERFICIE FILTRANTE

EFFETTIVA DI 0.2 m2; POSSONO ESSERE SINGOLE O RAGGRUPPATE DENTRO PARTICOLARI STRUTTURE DI SUPPORTO.

LE MEMBRANE TUBOLARI A CANALE STRETTO (“HOLLOW-FIBER MEMBRANES”) SONO SOTTILI FIBRE CAVE (50 µm-1mm)

COSTITUITE DA SOLO MATERIALE POLIMERICO ESTRUSO, CAPACI DI SOPPORTARE LE PRESSIONI DI ESERCIZIO E RIUNITE

IN FASCI (50-10.000); RICHIEDONO LA PREFILTRAZIONE DELL’ACQUA.

MEMBRANE TUBOLARIMEMBRANE TUBOLARI

MEMBRANA A FIBRE CAVE

FLUSSO DI LIQUIDO IN UNA MEMBRANA

CERAMICA

MEMBRANE A FIBRE CAVEMEMBRANE A FIBRE CAVE

MEMBRANE A FOGLIOMEMBRANE A FOGLIO

LE MEMBRANE A FOGLIO POSSONO ESSERE DEL TIPO PIANO O A SPIRALE.

I MODULI A MEMBRANE PIANEMODULI A MEMBRANE PIANE SONO COSTITUITI DA SANDWICH DI MEMBRANE ALTERNATE DA DISTANZIATORI; SONO POCO

USATI NELLA PURIFICAZIONE DELL’ACQUA.

I MODULI A SPIRALEMODULI A SPIRALE SONO COSTITUITI DA MEMBRANE SOVRAPPOSTE, INTERCALATE DA FOGLI DI MATERIALE ALTAMENTE

POROSO, AVVOLTE A SPIRALE ATTORNO AD UN TUBO CENTRALE FORATO DAL QUALE FUORIESCE IL LIQUIDO ULTRAFILTRATO. I

BORDI DELLE MEMBRANE SONO SALDATI TRA LORO IN MODO DA EVITARE IL MESCOLAMENTO DELL’ACQUA DA PURIFICARE E DI

QUELLA GIA’ PURIFICATA.

MEMBRANE PIANEMEMBRANE PIANE

MODULO A SPIRALE: MODULO A SPIRALE: SCHEMASCHEMA

MODULO A SPIRALE: MODULO A SPIRALE: SCHEMASCHEMA