FILTRAZIONE La filtrazione è un processo di separazione di una fase solida da un fluido. In un sistema eterogeneo chiamato torbida, la fase continua fluida è separata dalla fase dispersa (particelle solide) mediante l’interposizione di un setto poroso definito filtro. La forza motrice che muove il fluido attraverso il filtro è la differenza di pressione tra la zona a monte e quella a valle del setto filtrante. Il solido trattenuto sul filtro è definito residuo,o precipitato, mentre il liquido raccolto a valle del filtro effluente o filtrato. Un filtro può essere genericamente definito come una barriera posizionata nella corrente del fluido, capace di interecttare i solidi sospesi e di trasmetterli all’interno di una fitta e complessa rete di canali,propri canali,propr i della matrice filtrante. Le caratteristiche che permettono di definire un filtro sono :
Capacitò, quantità di solidi sospesi, che un fi ltro è in grado di trattenere prima dell’intasamento completo;
Efficienza, precisione nella ritenzione dei solidi sospesi
Grado di filtrazione, dimensione dei pori più piccoli e quindi delle particelle più piccole che il filtro può rimuovere
Porosità, rapporto % tra il volume totale degli spazi vuoti e il volume totale del filtro.Maggiore è la porosità, che in genere è intorno intorno all’80%, maggiore è la portata.
La scelta e la progettazione di un sistema per la filtrazione dipende da: tipo di materiale da filtrare (liquido o gas), natura del materiale, dimensione dei pori, velocità di flusso desiderata, T di esercizio, tipo di processo, continuità o discontinuità, volumi da filtrare e limite di tempo. In funzione dei meccanismi di ritenzione e nelle modalità con cui le particelle vengono trattenute, i filtri si classificano come:
Filtri di profondità ;
Filtri di superficie;
Filtri a membrana.
Filtri di profondità: è caratterizzato da una spessa matrice fibrosa, granulare, o sinterizzata al cui interno si trova un causale e complicato sistema di spazi vuoti e pieni. Le particelle solide sono trattenute mediante la combinazione de ll’effetto setaccio e dell’adsorbimento, con il vantaggio di limitare l’occlusione dei pori. Sono generalmente utilizzati in processi di prefiltrazione, prefiltraz ione, per prevenire l’occlusione del filtro nella filtrazione finale e quindi aumentare l’efficienza. Inoltre sono caratterizzati da una elevata capacità nel trattenere le particelle più grandi e da una bassa efficienza. Ciò è dovuto ad un elevato grado di filtrrazione, generalmente compreso tra 0,3 e 100 micrometri. La misura di tali filtri non è in grado di gar antire l’assoluta ritenzione delle particelle. Un aumento di pressione può infatti trascinare le particelle penetrate nel corpo filtrante sempre più in profondità fino a farle fuoriuscire dall’altro lato del filtro. Tra i filtri di profondità più utilizzati utilizzat i ricordiamo le candele filtranti, costituite da cilindri cavi, di diamentro e lunghezza variabile, utilizzate essenzialmente per la prefiltrazione. Trovano scarso impiego Filtri di superficie: è costituito da una matrice omogenea e sottile di fibre polimeriche, quali esteri della cellulosa, propilene, nylon o vetro sinterizzato. La ritenzione avviene principalmente per effetto setaccio sulla superficie superficie del filtro, anche se le partic elle più piccole possono essere trattenute per adsorbimento nello spessore della matrice filtrante. Hanno una capacità inferiore rispetto ai filtri di profindità, ma presentano un efficienza di ritenzione superiore. Sono principalmente utilizzati per la prefiltrazione di fluidi con contenuto relativamente scarso di solidi sospesi e per la protezione dei filtri a membrana al fine di ottimizzare il rendimento. I cartini filtranti, nei filtri pressi ,adatti per la filtrazione sotto pressione, sono molto usati nell’industria farmaceutica. farmaceutica . Il filtro pressa è un apparecchiatura costituita da due guide in cui sono inseriti alternativamente e in serie piastre e telai di forma quadrata che fungono da supporto ai filtri. Le piastre sono piene e hanno due faccie con una fitta rete di scanalature orizzonatali e vericali che fungono fa supporto dei setti filtranti. Sia i telai che le piastre presentano fori ai 4 angoli, in modo da formare due canali superiori e due inferiori quando vengono assemblati. Attraverso questi canali verrà fatta passare la soluzione da filtrare, l’acqua di la vaggio e il filtrato. Piastre e telai sono disposti in modo alternato a formare una sequenzs che viene tenuta pressata mediante una vite; i filtri sono interposti tra piastra e telaio. Telai e piastre assemblati individuano due canali per il carico della torbida e due per lo sccarico del filtrato. I canali di carico della torbida sono in comunicazione con la cavità delimitata dai telai e dai filtri. Quelli di scarico del filtrato sono in comunicazione con le scanalature delle piastre e si trovano a valle del filtro. La filtrazione continua fino al riempimento dei telai con il solido separato. Questo viene poi recuperato mediante smontaggio degli elementid del filtro. Filtri a membrana: è un filtro di superficie costituito da una matrice filtrante molto sottile in cui la ritenzione è dovuta esclusivamente all’effetto setaccio. Questi tipi di filtro sono in grado di trattenere tutte le particelle di dimensioni supe riori al diamentro dei pori. Il filtro è costituito da una membrana polimerica estremamente sottile e uniforme, con un numero di pori da
400 a 500 milioni per cm2 di superficie di filtro. I pori occupano circa l’80% del volume del filtro. Q uest’altra porosità pe rmette velocità di flusso di almeno 40 volte maggiore di quelle ottenute con altri mezzi. A seconda del tipo di materiale utilizzato, i filtri a membrana possono avere caratteristiche idrofile o idrofobe. I polimeri idrofili più utilizzati sono esteri della cellulosa, esteri misti di cellulosa, nylon, il polisolfone e il PVDF. Tra le sostanze idrofobe si utilizzano la cellulosa rigenerata, il polipropilene e il teflon. I filtri a membrana presentano le sueguenti caratteristiche:
Elevata efficienza, per cui sono adatti per le filtrazioni sterilizzanti;
Scarsa capacità, per cui si rende necessaria la loro protezione mediante processi di prefiltrazione;
Scarsa velocità di flusso nel caso di fluidi ad alta viscosità;
Elevata resistenza termica, percui possono essere sterilizzati in autoclave
Elevata resistenza meccanica ad alte pressioni.
I filtri a membrana non rilasciano fibre e non danno fenomeni di adsorbimento per cui la capacità fitlrante, dovuta esclusivamente al diamentro dei pori non è influenzata da fattori quali il pH, la tensione superficiale, la forza ionica e la viscosità, ino ltre trattengono percentuali molto basse di liquido e hanno elevate velocità di filtrazione. La scelta di un filtro a membrana per una particolare applicazione è fatta in funzione della dimensione delle particelle da rimuovere. Un particolare tipo di filtro utilizzato per la filtrazione sterilizzante è rappresentato dai filtri a cartuccia. Nella cartuccia la membrana è pieghettata in modo da aumentare la superficie di filtrazione, ed è supportata da due schermi, uno interno e uno esterno, di polipropilene. Il tutto è disposto al l’interno di un armatura, in cui la parte terminale è l’adattatore per i tubi di alimentazione e scarico sono costituito da polipropile ne rigido. OSMOSI INVERSA Processo di filtrazione che consente di ottenere acqua la cui purezza è tale da essere classificata dalla USP come acqua per preparazioni iniettbili. Tecnica basata sull’uso di una membrana semipermeabile che permette la separazione mediante applicazione di una pressione idrostatica, che inverte il normale processo di osmosi in modo che solo molecole molto piccole riescono a passare ULTRAFILTRAZIONE Processo di separazione molecolare selettiva. Consente la separazione del liquido di sostanze ad alto PM mediante applicazione di una P sulla membrana semipermeabile. L’ultrafiltrazione non separa ioni. N ell’industra farmaceutica viene usata per rimozione dei pirogeni, recupero di antibiotici, ormoni o vitamine da brodi di fermentazione, rimozione di contaminanti a basso PM. DIALISI Tecnica dove non viene applicata nessuna P. E’ usata per la separazione di sostanze disciolte in una sispensione colloidale mediante diffusione attraverso una membrana semipermeabile di cellulosa FITLRAZIONE IN FARMACIA Usato per la chiarificazione di un liquido con separazione del corpo di fondo o per il recupero di quantità discrete di solido sospeso in un liquido. La filtrazione può essere usata in farmacia nella preparazione di sciroppo ed estratti v egetali.
