Mecanismos de Lavado de tortas de filtración de productos farmacéuticos

Durante muchas operaciones de procesos químicos y farmacéuticos, el lavado de tortas de filtración es necesario, ya que ningún sistema de filtración puede eliminar todo el licor madre mediante el desaguado por presión o vacío solamente.

La necesidad de lavar la torta de filtración para producir una "torta limpia" para procesos posteriores, secado o eliminación puede deberse a varias razones, incluida la eliminación del licor madre, el intercambio de disolventes, la disolución de componentes solubles y el desplazamiento de contaminantes insolubles.

El tema de "cómo lavar de manera más eficiente la torta de filtración" es uno con el que muchos ingenieros de procesos luchan al considerar las diversas técnicas disponibles para cumplir con los requisitos económicos, de producción y calidad de la operación.

Este artículo introduce el pragmatismo en la teoría del lavado de tortas de filtración y ayudará a guiar a los ingenieros en sus procesos de toma de decisiones.

Selección de Equipos de filtración que producen una torta filtrante

Antes de hablar sobre el lavado de tortas de filtración, es necesario examinar algunos de los equipos que pueden producir una torta, desde tortas delgadas (de 3 mm a 25 mm) hasta tortas gruesas (de hasta 300 mm).

Se podría sugerir que cualquier filtro puede producir una torta que se pueda lavar. Dado un tiempo infinito y paciencia, quizás esto sea cierto; sin embargo, la pregunta real es: "¿el proceso tiene suficiente tiempo y los operadores tienen suficiente paciencia?"

Las opciones de filtros que producen tortas y que también son capaces de lavar la torta están bien documentadas. Estas incluyen filtros prensas también conocidos como filtros automáticos de presión , filtros de banda de vacío, centrífugas, filtros de tambor rotativo y filtros Nutsche.

Si la aplicación es, en principio, más adecuada para uno que otro depende de muchos factores, incluidos los requisitos del proceso, el costo, la disponibilidad de espacio, etc. La selección del equipo debe basarse en el equilibrio general de los objetivos y debe incluir pruebas a escala de banco y a escala piloto.

Sin embargo, para evaluar si el filtro seleccionado cumplirá con los requisitos de lavado de tortas, no hay sustituto para realizar exhaustivas pruebas de laboratorio que simulen, de la mejor manera posible, las condiciones del filtro preseleccionado y, luego, basándose en los resultados del lavado, decidir si este filtro sigue siendo la elección adecuada. Si no es así, entonces la selección del filtro para la producción farmacéutica debe ser reevaluada.

Ventajas técnicas y económicas del lavado de tortas de filtración

El proceso de lavado eficiente de tortas en la industria farmacéutica conlleva una serie de ventajas técnicas y económicas que permiten la reducción o eliminación de diversos costos significativos. A continuación, analizaremos en detalle los aspectos clave en los que se pueden lograr ahorros sustanciales:

• Reducción del desperdicio de producto: Mediante un lavado eficiente de las tortas de filtración, se logra una extracción más completa del producto deseado. Esto reduce el desperdicio al garantizar que la mayor cantidad posible de producto se recupere de la torta de filtración. En la industria farmacéutica, donde los productos suelen ser costosos y valiosos, esta reducción en el desperdicio se traduce directamente en ahorros económicos significativos.
• Disminución de los costos de tratamiento: Un lavado eficiente de las tortas de filtración también contribuye a la reducción de los costos de tratamiento posteriores. Al minimizar la cantidad de impurezas y productos no deseados en la torta, se simplifican los procesos de purificación posteriores, como la cristalización, la evaporación u otros métodos de concentración. Esto no solo ahorra recursos y tiempo, sino que también reduce los costos asociados con estos procesos adicionales.
• Menor necesidad de secado adicional: Uno de los beneficios más destacados de un pastel de filtración más seco es la reducción de la necesidad de secado adicional. El secado es un proceso intensivo en energía y, por lo tanto, costoso en términos de consumo de energía y emisiones de carbono. Al lograr un pastel de filtración más seco desde el principio, se elimina o reduce significativamente la necesidad de aplicar calor y energía adicional para eliminar la humedad residual. Esto no solo reduce los costos operativos sino que también contribuye a una menor huella de carbono, lo que es coherente con los objetivos de sostenibilidad y responsabilidad ambiental de muchas empresas farmacéuticas.

La Preparación de la Torta para un Lavado Óptimo

Es una suposición lógica, pero en la mayoría de los casos errónea, que cuanto más seca esté la torta de filtración, más fácil será lavarla. La razón de esta aparente contradicción radica en uno o ambos de los siguientes motivos:

1. Si la torta de filtración se deshidrata al máximo a través de la compresión, es casi seguro que la torta estará tan compacta que ningún líquido de lavado podrá penetrarla. El líquido de lavado buscará el camino de menor resistencia, lo que significa que simplemente pasará de largo por la torta o encontrará la más mínima grieta y desaparecerá a través de ella.
2. Si la torta de filtración se deshidrata más allá de la parte superior seca mediante vacío o la inyección de gas a presión (o vapor) a través de ella, el resultado será la formación inevitable de bolsillos (o grietas), que en cualquier caso, una vez más, provocarán el bypass.

En general, el lavado de la torta de filtración debe comenzar inmediatamente después de que se haya drenado el licor madre, dejando una torta de filtro bien asentada y bien formada, que esté saturada con el licor madre. Si la superficie de la torta de filtración (parte superior seca) muestra signos de secarse, entonces generalmente es demasiado tarde.

¿Cuáles son los mecanismos de lavado de tortas de filtración?

En casi todos los casos, el requisito para lograr la máxima eficiencia de lavado es desarrollar un mecanismo que elimine la cantidad requerida de licor madre con un mínimo de líquido de lavado. Básicamente, existen solo dos mecanismos, y en la práctica generalmente están ambos presentes:

• Desplazamiento del licor madre por el líquido de lavado.
• Dilución del licor madre mediante la mezcla con líquidos de lavado.

Desplazamiento del licor madre por el líquido de lavado

El desplazamiento es, con mucho, el mecanismo más eficiente y, en condiciones ideales, haría que el líquido de lavado actuara como un pistón que expulsa el licor madre de la torta sin ninguna dilución.

Esto es claramente una utopía, aunque se puede lograr un alto grado de "efecto de pistón o flujo de enchufe" con una preparación cuidadosa de la torta y una aplicación cuidadosa del líquido de lavado. El truco radica, sobre todo, en la aplicación cuidadosa del líquido de lavado en la cara saturada de la torta del filtro.

En filtros abiertos como los filtros de banda o los filtros de tambor rotativo, se puede observar visualmente hasta qué punto la aplicación del lavado perturba la superficie de la torta y, por lo tanto, evita un buen desplazamiento. En los filtros cerrados, esto es más difícil y un grado de conjetura, junto con la verificación de los resultados de estas conjeturas, es inevitable.

Si, como es muy común, el líquido de lavado tiene una viscosidad menor que el licor madre, es necesario tener cuidado de no aplicar demasiada presión (positiva o negativa) porque el líquido de lavado de menor viscosidad generalmente encontrará cualquier pequeña grieta o paso "fácil" entre partículas en lugar de empujar el licor madre.

Finalmente, el lavado de la torta de filtración casi siempre alterará la estructura de la torta (cambio de polaridad, cambio de viscosidad, cambio de temperatura, perturbación física con la introducción del líquido de lavado, etc.). Como resultado, llega un punto en el que el lavado por desplazamiento prácticamente se detiene y comienza un proceso de dilución.

Dilución del licor madre mediante la mezcla con líquidos de lavado

La dilución puede ocurrir en tres escenarios diferentes:

• Si los líquidos son fácilmente miscibles y el licor de la torta (en este punto una mezcla de licor madre y licor de lavado) no está demasiado oculto dentro de las partículas, sus grietas o sus grupos, debería ser un proceso de dilución bastante sencillo con una curva bastante predecible.
• Si los líquidos son razonablemente miscibles y el licor madre no tiene una gran afinidad con las partículas sólidas, pero está retenido dentro de las grietas de las partículas o los grupos de partículas, entonces un grado de agitación puede ayudar a "voltear" un poco la torta y eliminar el licor madre residual de las partículas. Obviamente, esta agitación solo debe comenzar después de que se haya lavado el licor de la torta "libre" y cuando solo quede el licor oculto retenido en los poros de las partículas o entre las partículas. Esta acción de agitación es, por supuesto, muy difícil de imaginar, por ejemplo, en prensas de filtro o centrífugas. Dos excepciones a esto serían una centrífuga de empuje de múltiples etapas que "voltea" la torta como cuestión de hecho o un filtro prensa con placas vibratorias en lugar de placas giratorias.
• Si el licor madre tiene una gran afinidad por los sólidos y está retenido dentro de los poros de las partículas sólidas, por lo general, el sistema de lavado más fácil y efectivo es retirar la torta del filtro, volver a suspenderla en un líquido de lavado limpio y permitirle tiempo para efectuar la mezcla / difusión deseada y luego volver a filtrar la suspensión.

Un esquema de lavado final alternativo: Compresión de la Torta frente a Dilución

Dado que la dilución es proporcional a las relaciones de volumen, la eficiencia en términos de eliminación del licor madre residual disminuye drásticamente a medida que la torta se vuelve más limpia (menos licor madre).

Suponiendo un volumen de lavado igual al volumen de licor de la torta, en el mejor de los casos se puede esperar una reducción del 50%. Inicialmente, esto puede ser bastante alto, pero cuando la torta solo retiene un 0.1% de licor madre, un lavado posterior solo eliminaría un 0.05%. Con la tendencia actual de producir productos finales más puros, puede llegar un punto en el que se requieran cantidades extremadamente grandes de líquido de lavado y tiempo para diluir las últimas trazas y cumplir con esos niveles de pureza. En estos casos, tiene un gran mérito investigar la compresión de esta torta (casi pura), con o sin soplado de gas, y forzar mecánicamente parte del licor diluido restante fuera de la torta.

Aplicación de Líquidos de Lavado de tortas de filtración y Obstáculos a Evitar

El objetivo del lavado es someter toda la superficie de la torta a un lavado líquido uniforme y uniformemente presurizado. Algunos filtros ofrecen una mejor flexibilidad que otros para lograr este efecto. Sobre todo, se debe evitar el "canalización" tanto a través de la torta como en su superficie. (Las pruebas de tintura mostrarán esto claramente, consulte la sección de "pruebas de laboratorio"). Si ocurre la canalización, puede ser necesario investigar un tipo diferente de filtro.

Debe quedar claro, pero a menudo se pasa por alto, que el lavado de la torta de filtración a una presión diferencial demasiado alta solo conduce a una eficiencia deficiente. Una presión demasiado alta casi siempre provoca el bypass. Aunque la torta ideal tiene una estructura uniforme, sin agujeros, sin grietas y se encuentra firmemente apoyada contra las paredes de retención, no vivimos en un mundo ideal y, en cierta medida, todas las tortas tendrán estas fallas. Forzar el líquido a través de la torta a presiones innecesariamente altas solo empeora las cosas. Un agujero se convertirá en un agujero grande, una grieta en un barranco y si la torta no se asienta perfectamente, el líquido de lavado convertirá la brecha en una autopista. Además, las diferencias de presión elevadas reducen el tiempo de contacto. En todos los casos, la diferencia de presión óptima es la más baja posible.

En los filtros de vacío horizontales (de indexación continua), se pueden utilizar vertederos de rebosamiento para verter suavemente el líquido sobre la torta y evitar la interrupción de la misma.

En todos los filtros, después de un lavado de desplazamiento inicial, los lavados posteriores de difusión/dilución pueden beneficiarse de pulverizadores de niebla que a menudo proporcionan un efecto de "mojado" mejor y/o más uniforme. El problema aquí es, sin embargo, que las pulverizaciones finas pueden tener tendencia a bloquear la estructura de la torta, mientras que las pulverizaciones más gruesas pueden tender a perturbarla.

En este sentido, los ingenieros pueden diseñar a medida un sistema de pulverización altamente efectivo al intentar optimizar una técnica de lavado. Un caso particular que puede interesar es el  diseñó un sistema de pulverización único para un filtro de banda de vacío de indexación continua. El sistema utilizaba un patrón de pulverización cuadrado, inclinado a aproximadamente 45º y lo colocaba de manera que los chorros perdieran su velocidad justo en el punto donde debía tener lugar el lavado y, por lo tanto, una suave lluvia de líquido de lavado caía sobre la torta. Este sistema es de lejos tanto un aplicador de líquido de lavado muy económico como eficiente y suave, y se puede utilizar igualmente en filtros de tambor rotatorio, filtros de banda y filtros de paleta rotativos, etc.

Lavado de tortas de filtración y calidad del producto final en la producción farmacéutica

El punto "Lavado y calidad del producto final" es esencial en la producción farmacéutica, ya que la calidad y la pureza de los productos son fundamentales para garantizar la seguridad de los pacientes y el cumplimiento de las regulaciones. Cuando se trata de sistemas de filtración   por filtros prensa y filtros de banda de vacío en la industria farmacéutica, el proceso de lavado de tortas juega un papel crítico en la obtención de productos finales de alta calidad. Aquí hay una ampliación de este punto:

Importancia de la calidad en la producción farmacéutica

La industria farmacéutica se rige por estándares de calidad extremadamente altos. Los productos farmacéuticos, como los ingredientes farmacéuticos activos (API), vitaminas y antibióticos, deben cumplir con especificaciones precisas para garantizar su eficacia y seguridad. Cualquier contaminación o impureza en estos productos puede tener graves consecuencias para la salud de los pacientes y puede resultar en sanciones regulatorias significativas para las empresas.

Influencia del proceso de filtración

En el proceso de producción farmacéutica, tanto los filtros prensa como los filtros de banda de vacío se utilizan para separar los sólidos de las suspensiones líquidas. Después de la fase de filtración, las tortas de filtración, que son los sólidos retenidos, deben someterse a un proceso de lavado para eliminar cualquier impureza o residuo no deseado. Este paso de lavado es crítico para garantizar la pureza de la torta de filtración y, en última instancia, la calidad del producto final.

Eliminación de contaminantes y residuos

El proceso de lavado de tortas tiene como objetivo principal eliminar cualquier sustancia no deseada que pueda haber quedado atrapada en los sólidos durante la filtración. Esto puede incluir residuos de productos químicos, partículas finas, impurezas o contaminantes que puedan haber estado presentes en la suspensión original. El lavado de tortas eficiente garantiza que estos contaminantes se eliminen por completo, lo que contribuye a la pureza del producto.

Control de parámetros de lavado

Tanto en los filtros prensa como en los filtros de banda de vacío, se pueden controlar una serie de parámetros durante el proceso de lavado. Esto incluye la elección del líquido de lavado, la velocidad y la presión de lavado, el número de etapas de lavado y la duración de cada etapa. La optimización de estos parámetros es esencial para garantizar que se eliminen eficazmente todos los contaminantes sin comprometer la integridad de la torta de filtración.

Cumplimiento regulatorio

En la producción farmacéutica, el cumplimiento de las regulaciones es fundamental. Los procesos de lavado deben ser validados y documentados adecuadamente para demostrar que se han tomado todas las medidas necesarias para garantizar la calidad y la pureza del producto final. Esto implica un riguroso control de calidad y la implementación de procedimientos que cumplan con las normativas, como las Buenas Prácticas de Manufactura (GMP) y las regulaciones de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA).

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Consejos y estrategias para optimizar los procesos de lavado de tortas de filtración

Aquí tienes 10 consejos para optimizar los procesos de lavado de tortas en la industria farmacéutica y reducir los costos de producción:

• Conoce tus productos y procesos: Comprende en profundidad los productos farmacéuticos que estás filtrando y los procesos involucrados. Esto te permitirá diseñar un proceso de lavado específico y eficiente.
• Selección de equipos adecuados: Selecciona los filtros prensa o filtros de banda de vacío que se adapten a tus necesidades específicas de lavado y capacidad de producción.
• Optimización del tiempo de formación de la torta: Ajusta el tiempo de formación de la torta para garantizar una compactación eficiente que facilite el lavado posterior.
• Lavado en contracorriente: Utiliza el lavado en contracorriente siempre que sea posible, ya que suele ser más eficaz para eliminar impurezas.
• Control de la viscosidad del lodo: Monitorea y ajusta la viscosidad del lodo a la temperatura del proceso, ya que esta puede afectar significativamente la velocidad de filtración y el lavado.
• Utiliza solventes adecuados: Si trabajas con productos basados en solventes, selecciona los solventes más adecuados y asegúrate de que sean compatibles con tu proceso y tu equipo.
• Considera el uso de auxiliares de filtración: Evalúa si es necesario utilizar auxiliares de filtración como diatomita, perlita o celulosa para mejorar la eficiencia del lavado.
• Minimiza la humedad residual: Ajusta los parámetros de lavado y secado para lograr la menor humedad residual posible en la torta de filtración.
• Mantenimiento preventivo: Implementa un programa de mantenimiento preventivo para garantizar que tus equipos de filtración estén en óptimas condiciones de funcionamiento.
• Capacitación del personal: Asegúrate de que tu personal esté debidamente capacitado en los procedimientos de lavado y en el manejo de equipos para maximizar la eficiencia y la seguridad.

Estos consejos pueden ayudarte a optimizar tus procesos de lavado de tortas en la industria farmacéutica y reducir los costos de producción al mismo tiempo que mejoras la calidad de tus productos finales.

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