Mecanismos de lavagem do bolo de filtro farmacêutico

Durante muitas operações de processos químicos e farmacêuticos, a lavagem do bolo de filtração é necessária, uma vez que nenhum sistema de filtração pode remover todo o licor-mãe apenas por pressão ou desidratação por vácuo.

A necessidade de lavar o bolo de filtração para produzir um "bolo limpo" para posterior processamento, secagem ou eliminação pode dever-se a uma série de razões, incluindo a remoção do licor-mãe, a troca de solventes, a dissolução de componentes solúveis e a deslocação de contaminantes insolúveis.

A questão de "como lavar o bolo de filtração da forma mais eficiente" é uma questão com que muitos engenheiros de processos se debatem quando consideram as várias técnicas disponíveis para cumprir os requisitos económicos, de produção e de qualidade da operação.

Este artigo introduz o pragmatismo na teoria da lavagem de bolos de filtração e ajudará a orientar os engenheiros nos seus processos de tomada de decisão.

Seleção do equipamento de filtração que produz um bolo de filtração

Antes de discutir a lavagem do bolo de filtração, é necessário examinar alguns dos equipamentos que podem produzir um bolo, desde bolos finos (3 mm a 25 mm) a bolos espessos (até 300 mm).

Poder-se-ia sugerir que qualquer filtro pode produzir um bolo que pode ser lavado. Se o tempo e a paciência forem infinitos, talvez isso seja verdade; no entanto, a verdadeira questão é: "o processo tem tempo suficiente e os operadores têm paciência suficiente?"

As opções de filtragem que produzem bolos e também são capazes de lavar bolos estão bem documentadas. Estas incluem prensas de filtro também conhecidas como filtros automáticos de pressão filtros de cinta de vácuo, centrífugas, filtros de tambor rotativo e filtros Nutsche.

O facto de a aplicação ser, em princípio, mais adequada para um do que para outro depende de muitos factores, incluindo os requisitos do processo, o custo, a disponibilidade de espaço, etc. A seleção do equipamento deve basear-se no equilíbrio global dos objectivos e deve incluir ensaios à escala de bancada e à escala-piloto.

No entanto, para avaliar se o filtro selecionado satisfaz os requisitos de lavagem dos bolos, não há nada que substitua a realização de testes laboratoriais exaustivos para simular, o melhor possível, as condições do filtro pré-selecionado e, em seguida, com base nos resultados da lavagem, decidir se este filtro continua a ser a escolha certa. Se não for, então o seleção de filtros para produção farmacêutica deve ser reavaliado.

Vantagens técnicas e económicas da lavagem do bolo de filtração

O processo de lavagem eficiente de bolos na indústria farmacêutica traz consigo uma série de vantagens técnicas e económicas que permitem a redução ou eliminação de uma série de custos significativos. A seguir, discutiremos em pormenor as principais áreas em que é possível obter poupanças substanciais:

• Redução dos resíduos de produtosLavagem do bolo de filtração: Através de uma lavagem eficiente do bolo de filtração, consegue-se uma extração mais completa do produto desejado. Isto reduz o desperdício, assegurando que é recuperada a maior quantidade possível de produto do bolo de filtração. Na indústria farmacêutica, onde os produtos são frequentemente caros e valiosos, esta redução de resíduos traduz-se diretamente em poupanças económicas significativas.
• Redução dos custos de tratamentoUma lavagem eficiente do bolo de filtração também contribui para a redução dos custos de tratamento a jusante. Ao minimizar a quantidade de impurezas e produtos indesejados no bolo, os processos de purificação a jusante, como a cristalização, a evaporação ou outros métodos de concentração, são simplificados. Isto não só poupa recursos e tempo, como também reduz os custos associados a estes processos adicionais.
• Menor necessidade de secagem adicionalUm dos benefícios mais proeminentes de um bolo de filtro mais seco é a redução da necessidade de secagem adicional. A secagem é um processo que consome muita energia e, portanto, é dispendioso em termos de consumo de energia e emissões de carbono. Ao obter um bolo de filtração mais seco desde o início, a necessidade de aplicar calor e energia adicionais para remover a humidade residual é eliminada ou significativamente reduzida. Isto não só reduz os custos operacionais como também contribui para uma menor pegada de carbono, o que é consistente com os objectivos de sustentabilidade e responsabilidade ambiental de muitas empresas farmacêuticas.

Preparação do bolo para uma lavagem óptima do bolo

É uma suposição lógica, mas na maioria dos casos errónea, que quanto mais seco for o bolo de filtração, mais fácil será lavá-lo. A razão para esta aparente contradição reside numa das seguintes razões ou em ambas:

1. Se o bolo de filtração for desidratado ao máximo por compressão, é quase certo que o bolo será tão compacto que nenhum líquido de lavagem conseguirá penetrar nele. O líquido de lavagem procurará o caminho de menor resistência, o que significa que passará simplesmente através do bolo ou encontrará a mais pequena fenda e desaparecerá através dela.
2. Se o bolo de filtração for desidratado para além do topo seco por vácuo ou por injeção de gás pressurizado (ou vapor) através dele, o resultado será a inevitável formação de bolsas (ou fissuras), que, de qualquer modo, conduzirão mais uma vez ao desvio.

Em geral, a lavagem do bolo de filtração deve começar imediatamente após o licor-mãe ter sido drenado, deixando um bolo de filtração bem assente e bem formado que esteja saturado com o licor-mãe. Se a superfície do bolo de filtração (topo seco) mostrar sinais de secagem, é geralmente demasiado tarde.

Quais são os mecanismos de lavagem do bolo de filtração?

Em quase todos os casos, o requisito para uma eficiência máxima de enxaguamento é desenvolver um mecanismo que remova a quantidade necessária de licor-mãe com um mínimo de líquido de enxaguamento. Basicamente, existem apenas dois mecanismos e, na prática, ambos estão normalmente presentes:

• Deslocação do licor-mãe pelo líquido de lavagem.
• Diluição do licor-mãe por mistura com líquidos de lavagem.

Deslocação do licor-mãe pelo líquido de lavagem

O deslocamento é de longe o mecanismo mais eficiente e, em condições ideais, faria com que o líquido de lavagem actuasse como um pistão que empurra o licor-mãe para fora do bolo sem qualquer diluição.

Isto é claramente utópico, embora um elevado grau de "efeito de fluxo de pistão ou tampão" possa ser alcançado com uma preparação cuidadosa do bolo e uma aplicação cuidadosa do líquido de lavagem. O truque reside, acima de tudo, na aplicação cuidadosa do líquido de lavagem no lado saturado do bolo do filtro.

Em filtros abertos, tais como filtros de correia ou filtros de tambor rotativo, pode ser observado visualmente até que ponto a aplicação da lavagem perturba a superfície do bolo e, assim, impede uma boa deslocação. Nos filtros fechados, isto é mais difícil e é inevitável um certo grau de adivinhação, juntamente com a verificação dos resultados desta adivinhação.

Se, como é muito comum, o fluido de lavagem tiver uma viscosidade inferior à do licor-mãe, deve ter-se o cuidado de não aplicar demasiada pressão (positiva ou negativa), porque o fluido de lavagem de viscosidade inferior irá geralmente encontrar pequenas fendas ou passagens "fáceis" entre as partículas, em vez de empurrar o licor-mãe.

Por último, a lavagem do bolo de filtração altera quase sempre a estrutura do bolo de filtração (alteração da polaridade, alteração da viscosidade, alteração da temperatura, perturbação física com a introdução do líquido de lavagem, etc.). Consequentemente, chega-se a um ponto em que a lavagem por deslocamento praticamente pára e começa um processo de diluição.

Diluição do licor-mãe por mistura com líquidos de lavagem

A diluição pode ocorrer em três cenários diferentes:

• Se os líquidos forem facilmente miscíveis e o licor do bolo (neste momento uma mistura de licor-mãe e licor de lavagem) não estiver demasiado escondido entre as partículas, as suas fissuras ou aglomerados, deverá ser um processo de diluição bastante simples com uma curva bastante previsível.
• Se os líquidos forem razoavelmente miscíveis e o licor-mãe não tiver uma elevada afinidade com as partículas sólidas, mas estiver retido nas fendas das partículas ou nos aglomerados de partículas, então um certo grau de agitação pode ajudar a "virar" um pouco o bolo e a remover o licor-mãe residual das partículas. Obviamente, esta agitação só deve começar depois de o licor "livre" do bolo ter sido lavado e quando apenas restar o licor oculto retido nos poros das partículas ou entre as partículas. Esta ação de agitação é, evidentemente, muito difícil de imaginar, por exemplo, em filtros-prensa ou centrífugas. Duas excepções seriam uma centrífuga de empurrador de várias fases que "vira" o bolo ou um filtro prensa com placas vibratórias em vez de placas rotativas.
• Se o licor-mãe tiver uma elevada afinidade com os sólidos e ficar retido nos poros das partículas sólidas, o sistema de lavagem mais fácil e mais eficaz consiste geralmente em retirar o bolo de filtração do filtro, voltar a suspendê-lo num líquido de lavagem limpo e dar-lhe tempo para efetuar a mistura/difusão desejada, voltando depois a filtrar a suspensão.

Um esquema alternativo de lavagem final: Compressão do bolo vs. Diluição

Uma vez que a diluição é proporcional aos rácios de volume, a eficiência em termos de remoção do licor-mãe residual diminui drasticamente à medida que o bolo se torna mais limpo (menos licor-mãe).

Assumindo um volume de lavagem igual ao volume do licor do bolo, pode esperar-se, na melhor das hipóteses, uma redução de 50%. Inicialmente, este valor pode ser bastante elevado, mas quando o bolo apenas retém 0,1% de licor-mãe, uma lavagem adicional apenas removeria 0,05%. Com a tendência atual para produzir produtos finais mais puros, pode chegar um ponto em que sejam necessárias quantidades extremamente elevadas de líquido de lavagem e tempo para diluir os últimos vestígios e atingir estes níveis de pureza. Nesses casos, há um grande mérito em investigar a compressão deste bolo (quase puro), com ou sem sopro de gás, e forçar mecanicamente algum do licor diluído restante para fora do bolo.

Aplicação de líquidos de lavagem do bolo de filtração e obstáculos a evitar

O objetivo da lavagem é submeter toda a superfície do bolo a uma lavagem líquida uniforme e uniformemente pressurizada. Alguns filtros oferecem uma maior flexibilidade do que outros para alcançar este efeito. Acima de tudo, deve ser evitada a "canalização", tanto através do bolo como na sua superfície (os testes com corantes demonstram-no claramente, ver a secção "testes laboratoriais"). Se a canalização ocorrer, pode ser necessário investigar um tipo diferente de filtro.

Deveria ser claro, mas é frequentemente ignorado, que a lavagem do bolo do filtro com uma pressão diferencial demasiado elevada apenas conduz a uma fraca eficiência. Uma pressão demasiado elevada conduz quase sempre a um bypass. Embora a torta ideal tenha uma estrutura uniforme, sem buracos, sem rachaduras e esteja firmemente apoiada contra as paredes de retenção, não vivemos num mundo ideal e, até certo ponto, todas as tortas terão essas falhas. Forçar o líquido através do bolo a pressões desnecessariamente elevadas só piora as coisas. Um buraco tornar-se-á um grande buraco, uma fenda tornar-se-á uma ravina e, se o bolo não assentar perfeitamente, o fluido de lavagem transformará a fenda numa autoestrada. Além disso, as diferenças de pressão elevadas reduzem o tempo de contacto. Em todos os casos, a diferença de pressão ideal é a mais baixa possível.

Nos filtros de vácuo horizontais (de indexação contínua), podem ser utilizados açudes de transbordo para verter suavemente o líquido sobre o bolo, a fim de evitar a rutura do bolo.

Em todos os filtros, após uma lavagem de deslocamento inicial, as lavagens de difusão/diluição subsequentes podem beneficiar de pulverizações de névoa que, frequentemente, proporcionam um efeito de "humidificação" melhor e/ou mais uniforme. O problema aqui, no entanto, é que os sprays finos podem ter uma tendência para bloquear a estrutura do bolo, enquanto os sprays mais grosseiros podem ter tendência para a perturbar.

Neste sentido, os engenheiros podem conceber à medida um sistema de pulverização altamente eficaz quando tentam otimizar uma técnica de lavagem. Um caso particular que pode ser de interesse é a conceção de um sistema de pulverização único para um filtro de cinta de vácuo de indexação contínua. O sistema utilizou um padrão de pulverização quadrado, inclinado a cerca de 45º e posicionado de modo a que os jactos perdessem a sua velocidade precisamente no ponto em que a lavagem deveria ter lugar e, por conseguinte, uma chuva suave de líquido de lavagem caísse sobre o bolo. Este sistema é, de longe, um aplicador de líquido de lavagem muito económico, eficiente e suave, podendo ser utilizado igualmente em filtros de tambor rotativo, filtros de cinta e filtros de pá rotativa, etc.

Lavagem do bolo de filtração e qualidade do produto final na produção farmacêutica

O ponto "Lavagem e qualidade do produto final" é essencial na produção farmacêutica, uma vez que a qualidade e a pureza dos produtos são essenciais para garantir a segurança dos pacientes e a conformidade regulamentar. Quando se trata de sistemas de filtração por filtros prensa e filtros de correia de vácuo na indústria farmacêuticaO processo de lavagem de bolos desempenha um papel fundamental na produção de produtos finais de elevada qualidade. Aqui está uma extensão deste ponto:

Importância da qualidade na produção farmacêutica

A indústria farmacêutica rege-se por normas de qualidade extremamente elevadas. Os produtos farmacêuticos, como os princípios activos farmacêuticos (API), as vitaminas e os antibióticos, devem cumprir especificações precisas para garantir a sua eficácia e segurança. Qualquer contaminação ou impureza nestes produtos pode ter consequências graves para a saúde dos doentes e pode resultar em sanções regulamentares significativas para as empresas.

Influência do processo de filtração

No processo de produção farmacêutica, tanto as prensas de filtro como os filtros de cinta de vácuo são utilizados para separar os sólidos das suspensões líquidas. Após a fase de filtração, os bolos de filtração, que são os sólidos retidos, devem ser submetidos a um processo de lavagem para remover quaisquer impurezas ou resíduos indesejados. Esta etapa de lavagem é fundamental para garantir a pureza do bolo de filtração e, em última análise, a qualidade do produto final.

Remoção de poluentes e resíduos

O principal objetivo do processo de lavagem do bolo é remover quaisquer substâncias indesejadas que possam ter ficado presas nos sólidos durante a filtração. Isto pode incluir resíduos químicos, partículas finas, impurezas ou contaminantes que possam ter estado presentes na suspensão original. Uma lavagem eficiente do bolo garante que estes contaminantes sejam completamente removidos, o que contribui para a pureza do produto.

Controlo dos parâmetros de lavagem

Tanto nas prensas de filtro como nos filtros de cinta de vácuo, é possível controlar vários parâmetros durante o processo de lavagem. Estes incluem a escolha do líquido de lavagem, a velocidade e a pressão de lavagem, o número de fases de lavagem e a duração de cada fase. A otimização destes parâmetros é essencial para garantir que todos os contaminantes são efetivamente removidos sem comprometer a integridade do bolo de filtração.

Conformidade regulamentar

Na produção farmacêutica, a conformidade regulamentar é fundamental. Os processos de lavagem devem ser corretamente validados e documentados para demonstrar que foram tomadas todas as medidas necessárias para garantir a qualidade e a pureza do produto final. Isto implica um controlo de qualidade rigoroso e a implementação de procedimentos que cumpram os regulamentos, tais como as Boas Práticas de Fabrico (BPF) e os regulamentos da Food and Drug Administration (FDA).

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Conselhos e estratégias para otimizar os processos de lavagem de bolos de filtração

Aqui estão 10 dicas para otimizar os processos de lavagem de bolos na indústria farmacêutica e reduzir os custos de produção:

• Conhecer os seus produtos e processosCompreender em profundidade os produtos farmacêuticos que está a filtrar e os processos envolvidos. Isto permitir-lhe-á conceber um processo de lavagem específico e eficiente.
• Seleção do equipamento adequadoSeleccione as prensas de filtro ou os filtros de cinta de vácuo que satisfazem as suas necessidades específicas de lavagem e de capacidade de produção.
• Otimização do tempo de formação do boloAjusta o tempo de formação do bolo para assegurar uma compactação eficaz e facilitar a lavagem subsequente.
• RetrolavagemUtilize a retrolavagem sempre que possível, uma vez que é geralmente mais eficaz na remoção de impurezas.
• Controlo da viscosidade das lamasMonitorizar e ajustar a viscosidade das lamas à temperatura do processo, uma vez que esta pode afetar significativamente a taxa de filtração e a lavagem.
• Utilizar solventes adequadosSe trabalhar com produtos à base de solventes, seleccione os solventes mais adequados e certifique-se de que são compatíveis com o seu processo e equipamento.
• Considerar a utilização de auxiliares de filtragem.Avaliar se é necessário utilizar adjuvantes de filtragem como a diatomite, a perlite ou a celulose para melhorar a eficiência da lavagem.
• Minimiza a humidade residualAjustar os parâmetros de lavagem e secagem para obter a menor humidade residual possível no bolo de filtração.
• Manutenção preventivaImplemente um programa de manutenção preventiva para garantir que o seu equipamento de filtragem está em óptimas condições de funcionamento.
• Formação do pessoalCertifique-se de que o seu pessoal recebe formação adequada sobre os procedimentos de lavagem e o funcionamento do equipamento para maximizar a eficiência e a segurança.

Estas dicas podem ajudá-lo a otimizar os seus processos de lavagem de bolos na indústria farmacêutica e a reduzir os custos de produção, melhorando simultaneamente a qualidade dos seus produtos finais.

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