Термохимическая стойкость фильтрующих материалов – обоснованная необходимость при производстве фармацевтической продукции

• А.Ю.Котова, кандидат биологических наук, начальник отдела маркетинга
  ООО НПП «Экспресс-Эко»

ООО НПП «Экспресс-Эко» в течение 15 лет осуществляет производство микрофильтрационного оборудования и на сегодняшний день является одним из лидеров в производстве изделий и оказании услуг в области промышленной микрофильтрации. Более 400 предприятий России и СНГ являются постоянными потребителями нашей продукции. В их числе более 100 предприятий медицинской промышленности, таких как АО «Дальхимфарм» (г. Хабаровск), Московский Эндокринный Завод, АО «Мосхимфармпрепараты им. Семашко», АО «Биохимик» (г. Саранск), АО «Дарница» и АО «Киевмедпрепараты» (г. Киев), АО «Самсон-Мед» (г. Санкт-Петербург), Воронежский и Белгородский филиалы ОАО «Верофарм», Пермский и Нижегородский филиалы ФГУП «НПО Микроген» и др.

Изделия ООО НПП «Экспресс-Эко» внесены в Государственный реестр медицинских изделий и сертифицированы в системе ГОСТ Р как изделия медицинского назначения.

Очень хорошо зарекомендовали себя глубинные фильтрующие элементы из фторопласта-4 марки ЭКОПЛАСТ и из полиэтилена марки ЭКОПЛЕН производства ООО «Экспресс-Эко», которые, обладая высочайшей термохимической стойкостью, уже много лет эксплуатируются на десятках фармацевтических предприятий (фото 1). Помимо глубинных фильтрующих элементов, на предприятии налажено серийное производство гофрированных фильтроэлементов на основе низкоселективной мембраны из фторопласта-4 (фото 2),

подробнее о которой писалось ранее (Фармацевтические технологии и упаковка №2, 2006г., «Мембрана из фторопласта-4 – новые возможности в микрофильтрации»).

С помощью глубинных элементов из фторопласта-4 и высокомолекулярного полиэтилена, а также гофрированных элементов на основе мембраны из фторопласта-4, выпускаемых «Экспресс-Эко», эффективно решаются следующие практические задачи в фармацевтическом производстве:

Фильтрация воды на ампуло-флакономоечных машинах

Вода для инъекций может быть получена с помощью двухступенчатого обратного осмоса, дистилляцией или конденсацией пара и должна храниться и подаваться к месту использования только в горячем виде, при температуре не ниже 80°С ­во избежание роста микрофлоры. Кроме того, вода, используемая как для приготовления лекарств, так и на финишных стадиях мойки и ополаскивания должна быть профильтрована через фильтр с размером пор не менее 5 мкм. Соответственно, фильтры, используемые для данных целей, должны быть термостойкими, не выделять примесей в фильтрат и обеспечивать заданную степень очистки. В данном случае, наиболее целесообразным является применение фильтрующих элементов из фторопласта-4, рабочая температура которых выше 80°С. Глубинные фильтроэлементы марки ЭФП-Ф4 с рейтингом фильтрации от 0,5 до 5 мкм уже в течение многих лет используются на десятках фармацевтических предприятий и зарекомендовали себя как надежные, стойкие и хорошо регенерируемые фильтры.

На ряде предприятий в течение последних двух лет для фильтрации обессоленной воды использовались новые фильтрующие элементы – гофрированные элементы марки ЭКОФОР на основе низкоселективной мембраны из фторопласта-4 с рейтингом фильтрации от 0,5 до 5 мкм. В элементах марки ЭКОФОР большая площадь фильтрации, характерная для мембранного элемента, сочетается с высокой прочностью и способностью к регенерации, присущими глубинному элементу. Эффективность фильтрации также близка к значениям, характерным для мембранных элементов – 99,9%. Элементы имеют рабочую температуру до 130°С, выдерживают стерилизацию острым паром в линии при температуре до 134°С без ограничений числа циклов стерилизации.

Таким образом, эксплуатационные качества новых фильтрующих элементов обеспечивают продолжительный ресурс работы при обеспечении высокой производительности. Соответственно, использование гофрированных элементов с пленкой из фторопласта-4 позволит снизить эксплуатационные затраты за счет большого ресурса работы данных элементов.

Считаем необходимым в очередной раз подчеркнуть, что гидрофобность фторопласта-4 не является препятствием при использовании элементов для фильтрации жидкостей, в том числе воды и водных растворов. При создании давления в фильтродержателе более 1 атм при закрытом выходном кране и полном удалении воздуха из объема фильтродержателя, все поры фильтроэлемента заполняются водой и его начальное сопротивление не превышает 0,1 атм. Повышение температуры фильтруемой среды, а также даже незначительное содержание лиофилизирующих агентов (спиртов и т.п.) уменьшает гидростатическое сопротивление фильтрующего элемента в несколько раз (рис.1). В то же время высокая химическая и термическая стойкость фильтрующих элементов и обусловленная этими свойствами инертность и нейтральность элементов практически в любых средах являются неоспоримыми преимуществами данных элементов.

Кроме того, в зависимости от расхода воды мы можем предложить фильтродержатели из нержавеющей стали марки AISI 316L на одно или несколько посадочных мест, обеспечивающих производительность от 100 л/час до 10 м3 /час (фото 3).

К настоящему моменту специалистами ООО «Экспресс-Эко» налажен серийный выпуск однопатронных фильтродержателей по новой технологии. За счет цельно-точеной конструкции основания фильтродержателя количество сварных швов минимизировано, все поверхности фильтродержателя легко поддаются обработке и полировке. Новая технология позволила существенно уменьшить себестоимость изготовления фильтродержателей и, соответственно, уже в ближайшее время это позволит снизить их розничную стоимость.

Фильтрация оборотной воды

Для фильтрации оборотной воды рекомендуем использовать глубинные фильтрующие элементы из полиэтилена, которые уже в течение многих лет используются рядом предприятий для решения данной задачи. Фильтрующие элементы имеют рабочую температуру до 100°С, хорошо поддаются регенерации и могут быть использованы повторно. Фильтрующие элементы из полиэтилена выдерживают любые способы санитарно-химической обработки в соответствии с МУ 287-113. Стерилизацию элементов рекомендуется проводить в автоклаве при температуре 121°С и давлении 0,11 МПа.

При фильтрации рециркуляционной воды в одну ступень используются элементы марки ЭКОПЛЕН с рейтингом фильтрации 5 мкм. При фильтрации оборотной воды в две ступени на первой ступени используются элементы из полиэтилена с рейтингом фильтрации 5 или 10 мкм, на второй ступени – с рейтингом 1 или 2 мкм. Двухступенчатая система фильтрации позволяет повысить качество фильтрации, равномерно распределить грязевую нагрузку и тем самым увеличить общий ресурс работы системы фильтрации.

В случае, когда грязевая нагрузка на фильтрующие элементы очень высока, на первой ступени используются фильтроэлементы с рейтингом фильтрации 20 или даже 50 мкм. Чаще всего, высокая грязевая нагрузка бывает обусловлена двумя факторами – целлюлозной пылью, смываемой с ампул или флаконов, или высоким содержанием коллоидного железа при циркуляции воды по корродирующим трубопроводам. Учитывая возможность многократных регенераций фильтроэлементов из полиэтилена с помощью щелочных или кислотных растворов для растворения загрязняющих веществ, а также возможность их промывки в направлении, обратном направлению фильтрации, в режиме гидроудара, использование этих фильтроэлементов во многих случаях с экономической точки зрения является оптимальным. Специалистами ООО «Экспресс-Эко» разработана установка для регенерации, которая позволяет проводить промывку фильтрующих элементов кислотными или щелочными растворами в минимально короткое время с наиболее высоким восстанавливающим эффектом (Рис.2).

Предфильтрация препаратов

Для предфильтрации препаратов могут быть использованы фильтрующие элементы из различных фильтровальных материалов. Однако особым условием является инертность и нейтральность фильтрующих материалов, т.е. фильтр не должен ничего выделять в фильтрат и сам при этом оставаться неизменным. Очень часто материалы, предлагаемые для предфильтрации, имеют массу ограничений по химической совместимости с фильтруемой средой и, к сожалению, это не всегда учитывается при выборе фильтров. Это приводит к выделению примесей в фильтрат, разрушению фильтрующих элементов, быстрому забиванию финишных мембран и другим нежелательным последствиям при неправильном выборе предфильтров. Фильтрующие элементы из фторопласта-4 и из сверхвысокомолекулярного полиэтилена обладают практически абсолютной химической стойкостью, что делает их использование во многих случаях оправданным, особенно, когда речь идет о фильтрации фармацевтических препаратов, представляющих собой достаточно агрессивную с химической точки зрения среду.

Глубинные фильтрующие элементы из фторопласта-4 на протяжении уже более чем 15 лет используются для предфильтрации препаратов для парентерального применения на стадиях предфильтрации в диапазоне от 0,5мкм до 20 мкм.

В некоторых случаях фильтрующие элементы из полиэтилена являются оптимальным решением по соотношению цена/качество. Особенно это касается предфильтрации препаратов с повышенной вязкостью, например 20% или 40%-го раствора глюкозы, растворов с содержанием метилцеллюлозы и т.п.

В условиях межбольничных аптек для производства инфузионных и инъекционных препаратов использование глубинных элементов из фторопласта-4 и полиэтилена также наиболее оправдано, что и подтверждается внесением данных элементов в Государственный реестр изделий медицинского назначения как Комплект Фильтрационный Аптечный марки КФА.

Испытания, проведенные в реальных производственных условиях на ряде предприятий в течение последних двух лет, показали, что фильтрующие элементы на основе низкоселективной мембраны из фторопласта-4 марки ЭКОФОР с рейтингом фильтрации от 0,5 до 5 мкм обеспечивают хорошее качество фильтрации, надежно защищая стерилизующие мембраны. Элементы ЭКОФОР имеют высокий ресурс работы с возможностью проведения химических регенераций с помощью кислотных или щелочных растворов, в т.ч. концентрированных. Учитывая также неограниченное количество циклов стерилизации их в линии острым паром при температуре 134°С, фильтрующие элементы на основе мембраны из фторопласта-4 представляются очень перспективным предфильтром при производства растворов для парентерального применения.

Фильтрация газов

Основная область применения глубинных и гофрированных фильтрующих элементов на основе пленки из фторопласта-4 – фильтрация газообразных сред. В первую очередь речь идет о стерилизующей фильтрации воздуха, азота, углекислого газа и других газов, используемых в фармацевтическом производстве. Фильтрующие элементы очищают воздух от капельной жидкости за счет гидрофобности фторопласта-4 – свойства, которое не позволяет воде проникнуть в тонкие поры до достижения определенного избыточного давления. Пары влаги и масла имеют более высокие значения динамической вязкости, чем значения динамической вязкости воздуха и иных газов, и на поверхности гидрофобного фильтрующего слоя происходит эффективное сепарирование паров воды и масла, газ идет сухой и чистый. Поскольку основные загрязнения как органического, так и неорганического характера находятся в газах в аэрозольных частицах, то при фильтрационной очистке газов происходит одновременно их осушение и очистка от примесей различного характера. Гидрофобность фильтрующих материалов является существенным положительным отличием фильтрующих элементов из фторопласта-4 от используемых для этих же целей элементов из пористых металлов и металлокерамики. Несомненным достоинством фторопласта-4 является и его практически абсолютная инертность и нейтральность, т.е. материал никаким образом не влияет на фильтруемую среду и сам не изменяется под действием фильтруемой среды.

Глубинные фильтроэлементы из фторопласта-4 марки ЭФП-Ф4-… имеют высокую эффективность удержания частиц (по воздуху при заявленном номинале – 99,99%), выдерживают неограниченное число пропарок острым паром в линии.

В настоящее время для фильтрации газов помимо глубинных фильтрующих элементов из фторопласта-4 успешно используются гофрированные фильтроэлементы на основе мембраны из фторопласта-4 с размером пор от 0,05 до 4 мкм марки ЭФП-Ф4Г-… Задерживающая способность фильтроэлементов марки ЭФП-Ф4Г-0,2 с рейтингом фильтрации 0,2 мкм по аэрозольным частицам размером 0,3 мкм при лобовой скорости потока 1 см/с не менее 99,9999%. Уникальность нового фильтрационного материала помимо его высочайшей химической стойкости заключается в его высокой производительности. Мембрана из фторопласта-4 производства «Экспресс-Эко» имеет производительность по воздуху от 15 до 300 м3 /(м2 •час•кПа) в зависимости от размера пор, что сопоставимо или даже превышает показатели аналогичных фильтровальных материалов ведущих зарубежных производителей (табл.1).

Используемая для стерилизующей очистки воздуха мембрана из гидрофобного фторопласта-42 имеет производительность в 8-10 раз меньше. Например, при номинальной тонкости фильтрации 0,1 мкм фильтрующие элементы на основе мембраны из фторопласта-42 имеют производительность по воздуху при ДР=1 кПа не более 0,7-0,8 м3 /час.

Высокая производительность элементов на основе мембраны из фторопласта-4 позволяет использовать их в качестве дыхательных фильтров на емкостях. Для установки фильтрующих элементов серийно производится ряд фильтродержателей, специально предназначенных для установки на емкости для обеспечения воздухообмена (рис. 3, 4). Также разработаны несколько вариантов фильтров-сепараторов для очистки отходящих газов с ферментаторов, в которых предусматривается возможность не только очистки отходящего воздуха, но и возврата культуральной массы обратно в ферментатор.

Фильтрующие элементы из полиэтилена марки ЭФП-ПЭ-… характеризуются более низкой эффективностью удержания частиц, но легче подвергаются регенерации и имеют более продолжительный общий ресурс работы. Данный тип элементов используется для предфильтрации газов, особенно при необходимости грубой предварительной фильтрации.

Срок службы фильтрующих элементов при фильтрации газообразных сред и пара составляет от 6 месяцев до 2-3 лет в зависимости от режима эксплуатации элементов и загрязненности фильтруемой среды.

Очистка пара

Высокая термическая стойкость элементов из фторопласта-4 позволяет использовать их для фильтрации пара. Глубинные элементы могут быть использованы для очистки пара при температуре до 170°С, гофрированные – до 150°С.

Очистку пара мы предлагаем проводить также в один или два этапа. Предфильтрация осуществляется с помощью фильтроэлементов с рейтингом фильтрации 10 – 20 мкм, финишная очистка – 1 или 0,5 мкм.

В некоторых случаях, когда пар идет из котельной по трубопроводам большой протяженности, необходима предварительная очистка пара от крупных частиц окалины.

Для этой цели рекомендуем использовать фильтрующие элементы из нержавеющей стали с рейтингом фильтрации от 10 до 70 мкм (фото 4).

Фильтрующие элементы представляют собой цельнометаллическую конструкцию, имеют температуру эксплуатации до 250 °С, легко подвергаются регенерации и имеют очень высокий ресурс работы.

Для решения задач очистки газов изготавливаются фильтродержатели специальной конструкции, имеющие конденсатосборник со сливным краном. ООО НПП “Экспресс-Эко” выпускает серию фильтродержателей, выбор которых зависит от объемного (массового) расхода газа. Самый большой фильтродержатель, рассчитанный на очистку воздуха с производительностью до

500 м3 /час, имеет внутренний объем 24,5 дм3 , таким образом, на него не распространяются ограничения в эксплуатации, как на сосуд, находящийся под давлением. При небольших расходах пара – до 150 кг/час – используются однопатронные фильтродержатели. Корпусное оборудование из нержавеющей стали производится с термозащитой из пенополиуретана. Предусмотрена возможность сбора и сброса конденсата, в том числе, в автоматическом режиме.

В данной статье перечислены только некоторые из фильтрационных задач, для решения которых

ООО «Экспресс-Эко» предлагает оборудование, хорошо зарекомендов авшее себя в ходе многолетней эксплуатации в производственных условиях. Специалисты нашего предприятия постоянно работают над усовершенствованием фильтрационных материалов и корпусного оборудования, что позволяет расширять спектр решаемых задач и существенно пополнять ассортимент выпускаемой микрофильтрационной продукции.

ООО НПП «Экспресс-Эко»,

Россия, 249039, Калужская область,

г. Обнинск, а/я 9086,

тел./факс: (48439) 60708, 97311, 97310

e-mail: [email protected]

www.express-eco.ru