TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A MEMBRANA)-1

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1 TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A MEMBRANA)-1 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 CARATTERIZZATE DA DIVERSI MECCANISMI DI SEPARAZIONE SONO PROCESSI A FREDDO, CIOE NON IMPIEGANO ENERGIA TERMICA NEL CASO DELLA MICROFILTRAZIONE (MF) SI FORMA UN FLUSSO DI ACQUA PURIFICATA E LE IMPUREZZE RESTANO SULLA MEMBRANA; NEL CASO DI ULTRAFILTRAZIONE (UF), NANOFILTRAZIONE (NF) ED OSMOSI INVERSA (RO) SI FORMANO DUE FLUSSI, UNO COSTITUITO DA ACQUA PURIFICATA ED UNO DA UNA SOLUZIONE CONCENTRATA DI IMPUREZZE

2 TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A MEMBRANA)-2 IN GENERE TUTTI I PROCESSI DI FILTRAZIONE SI POSSONO DISTINGUERE IN STATICI E DINAMICI. FILTRAZIONE STATICA (ORTOGONALE) NEI PROCESSI DI FILTRAZIONE STATICA LA DIREZIONE DI FILTRAZIONE E QUELLA DI ALIMENTAZIONE COINCIDONO, IL LIQUIDO ARRIVA PERPENDICOLARMENTE SULLA SUPERFICIE DI FILTRAZIONE (FILTRAZIONE 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. Disegno tratto da: L acqua nell industria farmaceutica, Manuale tecnico AFI, OEMF, Milano, 1991

3 TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A MEMBRANA)-3 FILTRAZIONE DINAMICA (TANGENZIALE) Disegno tratto da: L acqua nell industria farmaceutica, Manuale tecnico AFI, OEMF, Milano, 1991 NEI PROCESSI DI FILTRAZIONE DINAMICA 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.

4 CONFRONTO TRA SEPARAZIONE METODI DI DIVERSI Tratto da: L acqua nell industria farmaceutica, Manuale tecnico AFI, OEMF, Milano, 1991 LO SCHEMA MOSTRA I DIVERSI CAMPI DI APPLICABILITA DEI VARI PROCESSI DI SEPARAZIONE; LA MICROFILTRAZIONE PERMETTE LA RIMOZIONE DI PARTICELLE CON DIAMETRO COMPRESO TRA 0.1 E 10 µm, ULTRAFILTRAZIONE PARTICELLE FINO A 5 X 10-1 µm µm L ULTRAFILTRAZIONE - 5 X 10-3 µm, L OSMOSI OSMOSI INVERSA RIMUOVE ANCHE MOLECOLE ORGANICHE E IONI.

5 CONFRONTO TRA I DIVERSI SISTEMI DI FILTRAZIONE

6 MICROFILTRAZIONE LA TECNICA DI MICROFILTRAZIONE E UTILIZZATA PER RIMUOVERE DALL ACQUA PARTICELLE CON DIMENSIONI COMPRESE TRA 0.1 E 10 µm. IN QUESTO RANGE DIMENSIONALE RIENTRANO I BATTERI. LA MICROFILTRAZIONE PUO ESSERE REALIZZATA CON SETTI A STRUTTURA DEFORMABILE (FELTRI, FILATI INTRECCIATI, CARTONI, ECC., OGGI POCO USATI) E SETTI A STRUTTURA FISSA NON DEFORMABILE (SETTI DI ACCIAIO O MATERIALI CERAMICI SINTERIZZATI, MEMBRANE POLIMERICHE). LE MEMBRANE PER MICROFILTRAZIONE POSSONO ESSERE NON BAGNABILI (SE FATTE DI MATERIALI IDROFOBICI, ES. PTFE, PVDF) E BAGNABILI; POSSONO ESSERE ISOTROPE O ANISOTROPE; POSSONO ASSUMERE CARICA NEGATIVA QUANDO BAGNATE.

7 CARATTERISTICHE GENERALI DEL PROCESSO DI MICROFILTRAZIONE TIPI DI SETTO: POLIMERICO (CELLULOSA, POLISULFONE, PVFD, PTFE, POLIPROPILENE, POLIAMMIDE); CERAMICO; METALLICO; VETRO PRESSIONE DI ESERCIZIO: 1-5 BAR EFFICACIA RIMOZIONE: OTTIMA PER PARTICELLE, BATTERI, MUFFE, LIEVITI; DISCRETA PER COLLOIDI; NON AFFIDABILE PER PIROGENI; NULLA PER SOSTANZE ORGANICHE E IONI MECCANISMO: SETACCIO E ADSORBIMENTO

8 FILTRI A MEMBRANA PER MICROFILTRAZIONE LE MEMBRANE PER MICROFILTRAZIONE SONO DISPONIBILI IN DUE CONFIGURAZIONI DI BASE: DISCHI E CARTUCCE. DISCHI: 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. CARTUCCE: 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).

9 TIPI DI CARTUCCE PER MICROFILTRAZIONE CARTUCCIA AD ASTA PASSANTE CARTUCCIA A BAIONETTA

10 SANITIZZAZIONE E STERILIZZAZIONE DI SISTEMI PER MICROFILTRAZIONE VANNO SEGUITE LE INDICAZIONI DEL FORNITORE PER CIASCUN TIPO DI SISTEMA MICROFILTRANTE. COME AGENTI SANITIZZANTI O STERILIZZANTI SI POSSONO USARE: VAPORE: COME VAPORE FLUENTE O VAPORE SOTTO PRESSIONE ACQUA CALDA AGENTI CHIMICI AGENTI CHIMICI: OSSIDANTI (CLORO, PEROSSIDI, IODIO) O DENATURANTI (ETANOLO, FORMALDEIDE, SALI D AMMONIO QUATERNARIO)

11 ULTRAFILTRAZIONE 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.

12 MEMBRANE 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 m 2 ; 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 ( ); RICHIEDONO LA PREFILTRAZIONE DELL ACQUA.

13 MEMBRANE TUBOLARI MEMBRANA A FIBRE CAVE FLUSSO DI LIQUIDO IN UNA MEMBRANA CERAMICA

14 MEMBRANE A FIBRE CAVE

15 MEMBRANE A FOGLIO LE MEMBRANE A FOGLIO POSSONO ESSERE DEL TIPO PIANO O A SPIRALE. I MODULI A MEMBRANE PIANE SONO COSTITUITI DA SANDWICH DI MEMBRANE ALTERNATE DA DISTANZIATORI; SONO POCO USATI NELLA PURIFICAZIONE DELL ACQUA. I MODULI A SPIRALE MODULI 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.

16 MEMBRANE PIANE

17 MODULO A SPIRALE: SCHEMA

18 MODULO A SPIRALE: SCHEMA