Обзор достоинств и недостатков оборудования для фильтрации из различных материалов

Оборудование для фильтрации на современном производстве должно отвечать ряду ключевых требований, в особенности, когда речь идёт о получении фармацевтической продукции. Аппараты BuchiGlasUster (Швейцария) имеют продуманную конструкцию, включают новейшие технические решения и отвечают всем требованиям фармацевтической отрасли.

Фильтры емкостного типа применяют для отделения жидкости от твёрдой фазы, образующейся в процессе химической реакции или присутствующей в реакционной смеси изначально, для процессов кристаллизации, проведения гетерофазных реакций и других задач.

Аппараты для фильтрации, применяемые в химической, фармацевтической промышленности, работают по тому же принципу, что и воронка Бюхнера: через мембрану заданной пористости под действием разности давлений проходит суспензия, разделяемая на осадок, остающийся на мембране и фильтрат (маточный раствор), поступающий в нижнюю часть аппарата или (чаще) в отдельную приёмную ёмкость.

По принципу работы фильтры разделяют на нутч-фильтры – разность давлений достигается за счёт создания разрежения за фильтровальным слоем, и друк-фильтры, где избыточное давление, создаваемое механически или за счёт подачи сжатого воздуха (инертного газа) выше мембраны заставляет фильтрат просачиваться через неё.

Очевидно, что преимуществом друк-фильтров является возможность работы при существенно больших разностях давлений. Максимальной движущей силой процесса нутч-фильтрации может быть разность между атмосферным давлением и глубоким вакуумом (т.е. порядка 1 бар). Аппараты для друк-фильтрации могут работать под избыточным давлением 3, 6 и более атмосфер, что позволяет «продавливать» через фильтровальный слой даже «трудные» и мелкодисперсные осадки.

С другой стороны, конструкция нутч-фильтров существенно проще, а отсутствие избыточного давления позволяет применять для их изготовления более дешёвые и, зачастую, удобные для работы конструкционные материалы, такие как стекло и полипропилен.

Ещё одним преимуществом нутч-фильтров является существенно более простая сертификация, поскольку данный тип оборудования не относится к сосудам, работающим под давлением.

В настоящее время, популярность набирают решения, совмещающие в себе оба подхода, что позволяет сделать их универсальным инструментом для работы с осадками различной природы, однако применение более сложных конструкционных решений закономерно приводит к высокой стоимости такого оборудования.

Нутч-друк фильтр, рассчитанный на работу как под давлением, так и в условиях относительно глубокого вакуума позволяет реализовать процесс фильтрации с последующей сушкой образующегося осадка. Несмотря на высокую стоимость, фильтры-сушилки получили широкое распространение главным образом в фармацевтической промышленности, где совмещение двух этих процессов в одном аппарате способствует упрощению процесса и, как следствие облегчает валидацию.

Стальные друк- и нутч-фильтры, а также фильтры-сушилки отличаются прочностью и долговечностью в эксплуатации. Кроме того, их стоимость сравнительно не высока, что обеспечивает их высокую популярность. В то же время, невозможность работы с коррозионно-активными продуктами полностью исключает возможность их использования. Даже легированные стали аустенитного класса (316L, 304) c высоким содержанием никеля подвержены коррозии при работе с минеральными кислотами, особенно при длительном контакте, повышенной температуре или ненадлежащей очистке, что нередко встречается в производственной практике. Если для химического производства такая проблема приводит (в большинстве случаев) лишь к сокращению срока эксплуатации и высоким расходам на замену комплектующих, то при фильтрации продуктов фармацевтического назначения наличие ржавчины в контакте со средой недопустимо.

Кроме того, ионы железа способны нарушить ход многих процессов, катализируя побочные реакции или влияя на свойства конечного продукта.

Таким образом, основным недостатком нутч- и друк-фильтров из стали является недостаточная инертность этого материала.

Эту проблему отчасти может решить применение коррозионно-устойчивых сплавов хастеллой (марки C или B) с высоким содержанием никеля и низким содержанием железа, но изделия из этого материала, как правило, дороже стальных аналогов в 1,5 – 1,7 раза.

Аппараты для фильтрации с эмалированным покрытием позволяют работать с большинством минеральных кислот (за исключением плавиковой) и чаще всего используются в химической промышленности для друк-фильтрации в условиях коррозионно-активных сред. Процесс изготовления эмалированных аппаратов предполагает необходимость использования стенок значительной толщины, благодаря чему большинство фильтров с эмалированным покрытием рассчитаны на избыточное давление 3 – 6 бар.

Основной недостаток эмали – хрупкость покрытия и его чувствительность к абразивному воздействию. Данная проблема усугубляется невысокой коррозионной устойчивостью основного материала: при повреждении эмали среда внутри фильтра начинает контактировать с углеродистой сталью (обычно P265GH или аналоги), которая быстро корродирует при контакте с кислотами.

Стеклянные нутч-фильтры (друк-фильтры из стекла не изготавливаются) имеют ряд существенных преимуществ, главными из которых являются химическая инертность (близкая к инертности эмалированного покрытия), а также прозрачность.

Аппараты для фильтрации BuchiGlasUster объёмом 10…300 л обеспечивают контакт среды исключительно с коррозионно-устойчивыми материалами: боросиликатным стеклом 3.3, PTFE, ETFE, PFA.