1. Microfiltración y Ultrafiltración
Cristián Tapia
Laboratorio de Operaciones Unitarias. Fac.
de Cs. Qcas y Farmacéuticas. U. De Chile
Presentación basada en información entregada por
DIL ACO representante de S TOR
AR IUS

2. Los tamaños de los filtros son en
Micrones, µm
• El cabello humano es de aproximadamente 75 µm
de diámetro.
• El ojo humano puede resolver tamaños de hasta 40
µm.
• Los filtros de 0.2 µm se usan para eliminar
bacterias.

3. Espectro de la Filtración
Microfiltración
Partículas
70 µm/50 µm/20 µm Visibles
8 µm/5 µm/3 µm Células
Levaduras
1 µm/0.8 µm/0.65 µm
Mohos
0.45 µm/0.2 µm Bacterias
0.1 µm Micoplasma
Coloides
300 KD Virus
Proteínas 100 KD
30 KD
Liposomas 10 KD
Pirógenos
5 KD
Péptidos
Ultrafiltración

4. Terminología de la Filtración
Velocidad de Flujo (Flow Rate):
Velocidad de líquido o gas que fluye a través de un filtro.
Throughput:
El volumen total de líquido o gas que puede pasar a través
de un filtro.
Capacidad de ensuciamiento (Dirt Holding Capacity):
El número de partículas que un filtro puede retener antes
de bloquear el paso de líquido o gas.
Porosidad:
El número de poros en un área dada de membrana.

5. Terminología de la Filtración
Tamaño de Poro (Pore Size/Retention Rating):
El diámetro de los poros en la membrana.
Presión diferencial o caída de presión:
La diferencia de presión a ambos lados de la membrana.

6. Mecanismos de Atrapamiento
Impacto Directo = Tamizado (Sieving)

7. Mecanismos de Atrapamiento
Impacto Inercial
Una partícula pequeña es atrapada por el medio
filtrante debido a su propio momentum.

8. Mecanismos de Atrapamiento
Impacto Difusional
Una partícula muy pequeña es atrapada por el
medio filtrante debido a su propia difusión.

9. Mecanismos de Atrapamiento
Adsorción
Dependen de las Condiciones de Operación
• Caída de Presión
•No. de Partículas
• Tensión Superficial
• Condiciones de pH/Ionic
Liberadora
Fuerza Adsortiva
Fuerza

10. Tipos de Filtros
Membrana Profundidad
–Acetato de Celulosa –Polipropileno
–PVDF –Fibra de Vidrio
–Nylon Otros
–Polisulfona –Acero inoxidable
–Polietersulfona –Cerámica
–PTFE –Policarbonato

11. Filtros de Membrana
• Ejemplo:
Acetato de Celulosa
Sartobran P

12. Filtros de Profundidad
• Ejemplo
Fibra de Vidrio
Sartopure GF 2

13. Materiales de Construcción
Membranas Estructuras de
– Acetato de Celulosa
Soporte de Polipropileno
– Poli(eter)sulfona
Upstream & Downstream
– Nylon
Capas de soporte
– PTFE
– End caps & Adaptadores
– PVDF
– Inner Core & Outer Cage
O-Rings – Cuerpo de Cápsula
– Silicona
– Viton
– EPDM

14. Eficiencias de Retención
Absoluto Nominal
– Filtros de membrana – Da una indicación de
microporoso retiene que partículas serán
principalmente por un parcialmente
efecto de tamizado todas retenidas.
las partículas que son – Sólo deberá usarse
más grandes que el para comparar
tamaño de poro. eficiencia de
filtración relativa.

15. Membrana vs. Filtros de
Profundidad
Membrana Profundidad
– Retención Absoluta – Retención Nominal
– Partículas atrapadas – Partículas atrapadas en toda
sobre la superficie la profundidad
– Baja capacidad de – Alta capacidad de
ensuciamiento ensuciamiento

16. Membrana vs. Filtros de
Profundidad
Membrana Profundidad
– Resistente a los golpes – Las partículas
de Presión pueden liberarse con
– Atrapa Partículas por golpes de Presión
Impacto directo – Usa Múltiples
– Estrecha distribución de Mecanismos de
tamaño de poro retención
– Amplia distribución
de tamaño de poro

17. Cartuchos Filtrantes
Medio filtrante
Terminal O-Ring de
del sellado
adaptador Sello
Soporte de
Membrana polipropileno
Núcleo e
jaula Separador interno
externa de polipropileno
Flejes de acero inox.
Camadas
Anillo de sellado de
de
polipropileno
soporte
Sello del borde de
polipropileno

18. Tipos de Plisados de Medios
Filtrantes
Arreglo de plisado reto Plisado de área incrementada

19. Operación de los Sistemas de Filtración Mantener
la caída de presión lo más baja posible.
Carcasa
Filtro de
Cartucho
P1 P2
Caída de presión= P1 - P2

20. Grandes incrementos en presión no implica un
gran incremento en volumen acumulado
250
Gran incremento
200
en presión
Presión 150
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Volumen
Pequeño incremento
En Volumen

21. Otros Parametros
Operacionales a Optimizar
• Temperatura • Presión Disponible
• Throughput Total – Máxima Disponible
• Velocidad de Flujo – Pulsaciones
• Tasa de Retención • Compatibilidad Química
• Viscosidad del Fluido • Composition química del
fluido
– Adsorción

22. Test de Integridad
Punto de Burbuja
Membrana Difusión de Gas Punto de Burbuja
Humectada
5 psi 0 psi 36 psi 0 psi >46 psi 0 psi

23. Test de Punto de Burbuja
Mínima presión necesaria
de punto de burbuja p.e.
3,5 bar para CA, 0,2 µm
“flujo continuo de
burbujas"

24. Medición del Punto de Burbuja
Válvula del
P=4K cosΘ σ
lado de
entrada
Entrada del
d gas de
prueba
Regulador
de presión
P = Presión del Punto de Burbuja Válvula de Válvula e
salida
entrada
d = diámetro del poro
k = factor de corrección de forma Válvula de
medición y
cos theta = ángulo de contacto muestreo
líquido/sólido
sigma = tensión superficial

25. Principio del
Test de Difusión
Aire Comprimido:
Test de presión: 2,5 bar
para Sartobran-P Capsule,
CA, 0,2 µm
difusión Max. permitida
para 0,2 m2 : 5ml/min

26. Curva de Difusión
Curva típica de difusión
50
para un cartucho de 10" de 0.45 µm
40
Difusión (cc/min)
30
20
10
0
0
5
10
15
20
30
35
Presión (psig) 25

27. Equipo ensayo de integridad
Filtros de cartucho
Valvula de
Sartorius
Venteo
Sartocheck
3
Carcasa
Filtro de
Cartucho
Aire Comprimido
3 - 10 bar
Abierto a la
Atmosfera
Valvula
Cerrada

28. Factores para la Selección de
Filtros
1. Pre-filtro: para áreas iguales, Profundidad es siempre mejor que
superficie.
- Profundidad es disponible en sistemas higiénicos
totalmente cerrados.
2. Combinar Pre-filtro y Filtro Final para ser cambiados al mismo
tiempo.
3. Seleccionar Pre-filtro con el mismo grado de retención de la
membrana Final.
4. Siempre que sea posible hacer mediciones de filtrabilidad
- Para seleccionar el filtro
- Para verificar diariamente la filtrabilidad

29. Aumentando la Vida de los Filtros
selección apropiada de los filtros de profundidad
Ensayo de vida relativa del BevASSURE II
con vários grados de pre-filtro Zeta Plus
40
35
Presión Diferencial (psid)
30
Sin Protección
25 10H
30H
20 50H
60H
15
10
5
0
0 50 100 150 200 250
Volumen Total Filtrado

30. Doble Capa Heterogénea
PreFiltro
PreFiltro
(p.e. 0.45 µm)
(p.e. 0.45 µm) Dirección
Dirección
De la
De la
Filtración
Filtración
Filtro Final
Filtro Final
(p.e. 0.2 µm)
(p.e. 0.2 µm)

31. Doble Capa Homogénea
Dirección
Dirección
de
de
Filtro Final Filtración
Filtración
Compuesto
(p.e. 0.2+0.2 µm)

32. Aplicaciones de la filtración de aire
• venteo de tanques
• procesos de fermentación
• procesos de autoclavado
• Procesos de liofilizado
• Procesos de llenado

33. Requisitos
• Alta estabilidad mecánica y térmica
• Altos ciclos de vida con vapor de
hasta 134 °C
• Membrana altamente hidrofóbica
• Altos flujos de aire a bajas diferencias de
presión

34. Requisitos
• integridad testeable
• separación de partículas más pequeñas que
el tamaño de poro real
• Cartuchos totalmente validables (USP, FDA
y GMP)

35. Producción de un Producto
Farmacéutico con Filtros de Membrana
PreFiltración
Endkontrolle
Filtración
estéril Endkontrolle
Materia prima Filtración
estéril
Área limpia
Agua
Venteo estéril
Filtración Mezclador
estéril o Fermentador
Venteo
estéril
Medicine Medicine Medicine Medicine Medicine
date date date date date
lot lot lot lot lot
Producción Llenado

36. Aseguramiento de la calidad de un Producto
Farmacéutico con Filtros de Membrana
Recuento de
Colonias
Materia prima Recuento de
colonias
Área limpia Endkontrolle
Agua Recuento de
Colonias
Ensayo de
monitoreo esterilidad
Recuento de del aire
Mezclador
colonias
o Fermentador
Recuento de
colonias Medicine Medicine Medicine Medicine Medicine
date date date date date
lot lot lot lot lot
Control
De Control
materias En Control
primas proceso Final
Producción Llenado

37. Microfiltro Microfiltro
Hidrofílico Hidrofóbico
Ultrafiltro

38. Filtración Filtración
Estática Tangencial
membrana membran
a
Velocidad
de Flujo
Capa de torta

39. Principio del Flujo
tangencial
P in P out
Pf

40. Unidad de Flujo tangencial
Tanque de
Recirculación Módulo
PI
tanque Batch
(externo)
Retenido
LS
P2
P1
Filtrado
PI
PV1
P3 PI

41. Diseño Cassette

42. módulo espiral
Spirosart ®
Las flechas
amarillas muestran
la dirección del
flujo de filtrado
Membrana
espaciador
de
Filtrado
Cubierta
externa
flujo de filtrado Retenido
tubo colector de filtrado