ES2092597T5 - Procedimiento y aparato para comprobar la integridad de los elementos filtrantes. - Google Patents

Procedimiento y aparato para comprobar la integridad de los elementos filtrantes.

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ES2092597T5 ES92109644T ES92109644T ES2092597T5 ES 2092597 T5 ES2092597 T5 ES 2092597T5 ES 92109644 T ES92109644 T ES 92109644T ES 92109644 T ES92109644 T ES 92109644T ES 2092597 T5 ES2092597 T5 ES 2092597T5
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Abstract

SE PRESENTA UN APARATO PARA COMPROBAR LA INTEGRIDAD DE ELEMENTOS FILTRADORES. EL DISPOSITIVO FILTRADOR COMPRENDE UNA PLURALIDAD DE ELEMENTOS FILTRADORES QUE ESTAN SUBDIVIDIDOS EN UNA PLURALIDAD DE SECCIONES. MIDIENDO LA RELACION DE FLUJO DE GAS BAJO CONDICIONES DE PRESION CONOCIDAS A TRAVES DE TODAS LAS SECCIONES O DE UNA PARTE SELECCIONADA DE LAS SECCIONES, PUEDEN AISLARSE LOS ELEMENTOS FILTRADORES DEFECTUOSOS DE UNA MANERA SISTEMATICA.

Description

Procedimiento y aparato para comprobar la integridad de los elementos filtrantes.
La presente invención se refiere a un procedimiento y aparato para comprobar la integridad de elementos filtrantes en un conjunto de filtración que comprende una pluralidad de tales elementos. La invención es particularmente aplicable a sistemas de filtración que comprendan un número muy elevado de elementos filtrantes en los que la determinación de un elemento defectuoso entre tantos de ellos se hace difícil.
Se conocen sistemas de filtración ampliamente dimensionados de diversa construcción en los que están dispuestos 100 o más elementos filtrantes en un gran alojamiento de filtros. En muchas aplicaciones, por ejemplo en la industria de la alimentación y de las bebidas o en la industria farmacéutica, han de llevarse también a cabo filtraciones en gran escala bajo condiciones de estériles. Deben ser esterilizados regularmente no sólo el alojamiento de los filtros sino los elementos filtrantes y el material filtrante. Esta esterilización, que se efectúa por ejemplo con agua caliente o vapor, puede deteriorar la integridad del material filtrante, en especial cuando la esterilización debe realizarse con frecuencia.
El deterioro del material filtrante y/o otras partes del elemento filtrante puede presentarse también en otras aplicaciones, por ejemplo, cuando deben ser filtradas sustancias químicamente agresivas o gases a alta temperatura. El deterioro del elemento filtrante puede producirse en forma de degradación del propio elemento filtrante o bien puede resultar defectuosa la unión del material filtrante con el alojamiento del filtro y actuar como derivación, es decir presentar un paso superior al tamaño del poro.
En los grandes sistemas de filtración, la degradación de uno o más elementos filtrantes individuales puede conducir a una sustancial contaminación de bacterias del fluido filtrado y posiblemente a la interrupción de la operación de filtración. El encontrar el elemento o elementos particulares entre los 100 o más elementos puede resultar una tarea prolongada, particularmente si esto es realizado sobre la base de tanteos. Se precisan medios para localizar los elementos defectuosos de forma sistemática.
En el documento GB-A-2 132 366 se describe un procedimiento y dispositivo para comprobar la permeabilidad de membranas filtrantes. La permeabilidad, punto de burbujeo y de ahí el tamaño del poro de una membrana filtrante, se determina exclusivamente por mediciones llevadas a cabo en el lado de entrada de dicha membrana filtrante. Esta medición se realiza midiendo la variación con el tiempo de la presión dentro de un volumen cerrado con respecto a un sistema de referencia de presión o midiendo la cantidad de gas por unidad de tiempo que fluye con respecto a un sistema de referencia de presión, o bien midiendo dos veces dicha variación de presión y drenando durante la segunda medición una cantidad de gas predeterminada del espacio que se ensaya. La ventaja esencial del procedimiento descrito en el documento GB-A-2 132 366 consiste en el hecho de que las mediciones pueden hacerse en el lado de entrada de las membranas filtrantes, de manera que el procedimiento de medición no contamina por sí mismo un filtro estéril. Además, el procedimiento de comprobación de la permeabilidad de las membranas filtrantes del documento GB-A-2 132 366 utiliza una membrana filtrante humedecida.
En el documento DE-A-38 05 361 se describe un filtro integral provisto de una cápsula tubular permeable que consta de varios elementos filtrantes tubulares con diferentes propiedades filtrantes. En la parte introductoria de la memoria se establece que una característica de los conjuntos de filtración con una pluralidad de elementos filtrantes consiste en que las desviaciones de dicho flujo puntual son del mismo orden de magnitud, tanto si están causadas por un elemento filtrante defectuoso como por otros factores de influencia.
El objetivo de la presente invención es, por tanto, proporcionar un procedimiento de comprobación de la integridad de un gran número de elementos filtrantes y un conjunto de filtración para seguir una marcha mediante la cual elementos filtrantes deteriorados puedan aislarse de manera rápida, sistemática y eficaz.
Según la presente invención se proporciona un procedimiento para comprobar la integridad de elementos filtrantes tal como se define en las reivindicaciones. Se humedecen (preferentemente con agua) una pluralidad de elementos filtrantes a comprobar, a continuación de un proceso de esterilización. Los elementos filtrantes con el material filtrante humedecido se someten luego a la presión de un gas, preferentemente aire a presión, y se mide el régimen de flujo de gas resultante colectivamente a través de todos los elementos filtrantes. Comparando el régimen de flujo medido con un primer régimen de flujo deseado, puede determinarse la integridad de los elementos filtrantes de todo el conjunto. Ello se realiza calculando la desviación entre el régimen de flujo de aire medido y el régimen de flujo deseado. Si la desviación se encuentra dentro de una primera gama preestablecida, es indicativo de que todos los elementos filtrantes están intactos.
Cuando el régimen del flujo de gas medido excede del primer régimen de flujo de gas deseado en una cuantía fuera de una gama preestablecida, es indicativo de que por lo menos uno de los elementos filtrantes es defectuoso. Se cierra entonces el paso del gas a través de una primera sección que contiene sólo una parte de la pluralidad de elementos filtrantes. Se mide el régimen de flujo a través de los elementos filtrantes restantes y se compara con un segundo régimen de flujo deseado correspondiente al número reducido de elementos filtrantes restante. Si esta comparación indica que el régimen de flujo medido está dentro del segundo régimen de flujo preestablecido, es indicativo de que los elementos filtrantes del reducido número están intactos, mientras que el elemento o elementos defectuosos buscados se encuentran en la primera sección de elementos que fueron cerrados en la prueba.
Pero si el elemento o elementos defectuosos no se encuentra en esta primera sección de elementos cerrados, se repite el procedimiento explicado cerrando sucesivamente el paso del gas en otras secciones hasta que se encuentra la sección que tiene uno o varios elementos defectuosos. Este procedimiento de comprobación tiene la ventaja de que pueden comprobarse sistemáticamente secciones individuales de un gran número de elementos filtrantes. Una vez aislada la sección defectuosa, los elementos individuales de esta sección, al ser en menor número, pueden comprobarse rápidamente.
Según la presente invención, se proporciona también un conjunto de filtración para llevar a cabo el procedimiento explicado tal como se define en las reivindicaciones. El conjunto de filtración comprende una pluralidad de elementos filtrantes en los que los elementos están subdivididos en una pluralidad de secciones, cada una de las cuales contiene una parte de los elementos filtrantes. Cada sección está dotada de un colector de salida conectado a las aberturas de salida individuales de cada uno de los elementos filtrantes de la sección. Este conjunto comprende además unas válvulas dispuestas en un conducto de salida conectadas a cada uno de los colectores de salida. Con estas válvulas puede cerrarse el flujo de gas en una sección en particular durante el proceso de prueba. Esta disposición permite el aislamiento de grupos individuales de elementos, lo cual ofrece la ventaja de un enorme ahorro de tiempo en la localización de los elementos defectuosos individuales.
En otra forma de realización, la pluralidad de elementos filtrantes están dispuestos en un recipiente común que contiene el fluido a filtrar, en el que cada elemento filtrante tiene una superficie de material filtrante que está en contacto directo con el fluido entrante. Esta disposición de los filtros hace que la presión de gas aplicada durante la marcha de la prueba a la superficie de entrada del filtro sea la misma para todos los elementos filtrantes.
En otra forma de realización, se ha encontrado que las secciones de elementos filtrantes deben comprender preferentemente de 2 a 15 elementos filtrantes, más preferentemente de 3 a 7 elementos filtrantes.
Otros objetivos y ventajas de la presente invención se ponen de manifiesto por la siguiente descripción de formas de realización preferentes, conjuntamente con los dibujos.
La Fig. 1 muestra una forma de realización preferente del conjunto de filtración según la presente invención.
Las Figs. 2a a 2d muestran otra forma de realización del conjunto de filtración según la presente invención.
Volviendo a la Fig. 1, se representa un conjunto de filtración según una forma de realización de la presente invención. Una pluralidad de elementos filtrantes 1 están dispuestos en un alojamiento representado en forma de un gran recipiente 6. Un conducto de entrada 8 comunica con el volumen interior del recipiente 6. Después de pasar por los elementos filtrantes 1, el filtrado abandona el recipiente 6 a través de los conductos 5. El conducto de salida 7 recoge el filtrado efluente. Los elementos básicos del conjunto de filtración descrito se representan en la Fig. 2 en otra forma de realización, en la que la entrada y la salida del fluido a filtrar están situadas bajo el recipiente 6 que contiene los elementos filtrantes 1.
El conjunto de filtración según la invención comprende además un colector de salida 2 que está conectado a las aberturas individuales de salida 3 de los elementos filtrantes 1. Los elementos filtrantes están divididos en un número de secciones 10, cada una de las cuales tiene un colector de salida 2. En la Fig. 1 sólo se ilustra una sección. En la forma de realización de la Fig. 2, se ilustran seis secciones de elementos filtrantes, como puede apreciarse mejor en la Fig. 2c. El conjunto de filtros comprende además unas válvulas 4 situadas en los conductos de salida 5, las cuales están conectadas a cada uno de los colectores de salida 2.
Las válvulas pueden ser de cualquier tipo adecuado, preferentemente válvulas que puedan ser utilizadas en un sistema automatizado controlado por ordenador. Tales válvulas incluyen válvulas antirretorno, válvulas de mariposa y válvulas de membrana. Los colectores o adaptadores 2 están destinados a conectar las aberturas de salida 3 de un número predeterminado de elementos filtrantes 1. En esta disposición, el flujo de gas a través de todos los elementos 1 y de la sección 10 puede estar controlado por la única válvula 4 del conducto de salida 5. También pueden cerrarse simultáneamente varias secciones 10 de elementos filtrantes. Los elementos filtrantes de un tal sistema de filtración son generalmente de forma cilíndrica, en la que la parte exterior del cilindro está constituida por el material filtrante. Como se muestra en la Fig. 1, la superficie exterior 9 del material filtrante está en contacto directo con el interior del recipiente 6. Los elementos filtrantes pueden montarse sobre el colector de salida 2, de cualquier forma conveniente. El colector de salida está construido preferentemente de un material sintético, siendo particularmente preferente el PVDF.
El conjunto de filtración de la presente invención es apropiado para aplicaciones en la industria cuando los elementos filtrantes pueden ser dañados por procesos de purificación, descontaminación o esterilización que son necesarios por razones de calidad del producto. Por ejemplo, en la industria de las bebidas se requieren condiciones estériles. Después de un tiempo de producción, es decir tiempo de la operación de filtración, de uno o más días, tales sistemas deben ser evacuados y sometidos a un tratamiento de esterilización. Los elementos filtrantes pueden resultar dañados debido a las altas temperaturas y presiones usadas en la esterilización, que normalmente se realiza con vapor y/o agua caliente. Si los elementos filtrantes no soportan tal tratamiento o la estructura de su material es alterada, ya no se dispone del rendimiento de separación especificado y validado cuando se reinicia el funcionamiento del sistema.
Según la presente invención, en este punto, esto es antes de reiniciar la operación de filtrado, puede comprobarse la integridad de los elementos filtrantes. Según el presente procedimiento, la integridad de los elementos filtrantes se comprueba haciendo uso de un conjunto de filtración subdividido en una pluralidad de secciones, tal como se ha descrito anteriormente. La prueba está basada en la difusión del gas y en el flujo total a través de los elementos filtrantes humedecidos en líquido. Una aplicación importante de este procedimiento son las operaciones de filtro estériles en las que deben ser retenidos microorganismos por el material filtrante. En este caso, el tamaño del poro del material filtrante debe permanecer debidamente reducido, en otras palabras el tratamiento de esterilización no debe agrandar el tamaño del poro hasta el extremo de que pudieran pasar los microorganismos a través del material filtrante.
La integridad de los elementos se determina humedeciendo primero el material filtrante, preferentemente con agua para las membranas hidrofílicas. Si el material filtrante es hidrofóbico, el agente humectante es preferentemente un disolvente o alcohol o una mezcla de líquidos de baja tensión superficial. La humectación puede realizarse llenando el recipiente 6 con el agente humectante a través de una conexión de entrada 11, seguido de un drenaje del recipiente a través de una conexión de salida 12. El agente humectante se selecciona de acuerdo con el problema de filtración y el correspondiente material filtrante seleccionado.
Después de la humectación, los elementos filtrantes se someten a la presión de un fluido. El fluido de prueba puede ser alimentado a través del conducto 13 de la Fig. 1. Según la aplicación, el fluido puede ser un gas o un líquido, si bien es particularmente preferente el gas. Entre los gases apropiados se encuentran el aire y el nitrógeno.
En la presente forma de realización, el aire es el medio gaseoso preferente. El gas se suministra al interior del recipiente a una presión en la gama de 50 a 6000 mbar. Al suministrar el gas, las válvulas 4 de los conductos de salida 5 se mantienen abiertas. La presión del gas suministrado se mantiene preferentemente a un valor constante durante el proceso de la prueba.
El régimen del flujo de gas resultante a través del material filtrante humedecido de todos o de varios elementos filtrantes 1 se mide entonces mediante un dispositivo de medición (no representado). Este régimen del flujo medido se compara con un régimen de flujo deseado que corresponde a la situación en la que los filtros están en condiciones intactas. Este régimen de flujo deseado también puede establecerse para tener en cuenta posibles embotamientos del elemento filtrante por el uso previo. Otros parámetros operativos, por ejemplo el tipo de filtro o el tiempo que ha estado en servicio, determinan también este valor. Si la desviación entre el régimen de flujo medido y el primer régimen de flujo deseado se mantiene dentro de una primera gama preestablecida, ello indica que todos los elementos filtrantes están intactos y la prueba de integridad se completa con resultado positivo.
En cambio, cuando el régimen del flujo de gas medido excede del primer régimen de flujo deseado en una cuantía superior a la aceptada por la primera gama de control preestablecida, se sigue adelante con el procedimiento de prueba para localizar los elementos defectuosos. En esta forma de realización, el paso del gas a través de por lo menos una sección de elementos filtrantes, que contiene una parte de la pluralidad de elementos filtrantes, está cerrado por medio de las válvulas 4. Como se ha indicado anteriormente, pueden cerrarse una u otra de las secciones 10 o varias de ellas simultáneamente accionando las válvulas individuales 4, como puede apreciarse mejor en la Fig. 2.
Habiendo cerrado por lo menos una sección, se mide ahora el régimen del flujo de gas a través del material filtrante humedecido de los restantes elementos filtrantes. Este nuevo régimen de flujo se compara entonces con un segundo régimen de flujo deseado correspondiente al número reducido resultante de elementos de filtro disponibles para el paso del gas. Se determina la desviación de esta comparación, y se compara con una segunda gama preestablecida, que también puede ser diferente de la primera gama preestablecida según el número de elementos filtrantes disponibles. Si esta desviación está dentro del segundo régimen preestablecido, indica que los elementos filtrantes implicados están intactos, mientras que una o más secciones de elementos filtrantes que han sido cerrados contienen elementos defectuosos. Por otra parte, si el régimen de flujo nuevamente medido excede del segundo régimen de flujo deseado, se repiten los pasos explicados en los que se cierra el paso del gas para sucesivas secciones individuales o posiblemente otros grupos de secciones hasta que se localiza una única sección de elementos filtrantes que presente uno o varios elementos defectuosos.
La elección particular de cuál es la sección o grupo de secciones que se cierran en primer lugar, o cuáles son las secciones del recipiente que se cierran, en qué localizaciones y con qué secuencia, dependerá de la aplicación particular. También puede depender del operador del sistema de filtración que tiene conocimiento de cuáles son los grupos o secciones de elementos que han estado trabajando durante más tiempo en el sistema y que pueden haber perdido más probablemente la capacidad de filtración.
Una vez que es aislada una única sección que presente elementos defectuosos, pueden examinarse los elementos individuales uno a uno. La experiencia ha demostrado que puede llevarse a cabo una prueba fiable de integridad cuando se han reunido en cada sección hasta 40 elementos filtrantes. Actualmente es preferente que cada sección comprenda de 2 a 15 elementos filtrantes, más preferentemente de 3 a 7 elementos filtrantes.
El presente procedimiento es particularmente apropiado para sistemas de filtración estériles en los que el material filtrante o los elementos filtrantes son del tipo membrana. Este material de membrana filtrante presenta una barrera a las bacterias o microorganismos que puedan estar contenidos en el fluido a filtrar. El presente procedimiento y conjunto de filtros es por tanto particularmente apropiado para aplicar en las industrias de bebidas y farmacéuticas, si bien no se limita a ellas.
También se contempla que todo el procedimiento sea automatizado. Los servomecanismos necesarios para controlar las válvulas para la entrada y la salida del gas pertenecen al sistema de filtración. Los medios para la medición de los regímenes de flujo son bien conocidos en la técnica. También son bien conocidos en los sistemas de control los medios informáticos para llevar a cabo las comparaciones de los regímenes de flujo medidos y deseados.

Claims (7)

1. Procedimiento para comprobar la integridad de elementos filtrantes en un conjunto de filtración que comprende una pluralidad de elementos filtrantes los cuales están divididos en una pluralidad de secciones, cada una de las cuales contiene elementos filtrantes, en el que dichos elementos filtrantes han sido sometidos a una esterilización a altas temperaturas con anterioridad a dicha comprobación de la integridad, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes:
a)
humedecer el material filtrante de dicha pluralidad de elementos filtrantes,
b)
someter los elementos filtrantes con el material filtrante humedecido a un gas a presión,
c)
medir el régimen del flujo de gas total a través del material filtrante humedecido del total de dicha pluralidad de elementos filtrantes,
d)
determinar si el régimen de flujo medido se desvía de un primer régimen de flujo deseado en una cuantía dentro de una primera gama preestablecida, con lo que la desviación dentro de dicha gama preestablecida indica que los elementos filtrantes están intactos, y si el régimen de flujo de gas total medido excede de dicho primer régimen de flujo deseado en una cuantía mayor que la permitida por dicha primera gama preestablecida,
e)
cerrar el paso del gas a través de por lo menos una sección de elementos filtrantes que contenga una parte de dicha pluralidad de elementos filtrantes,
f)
medir el régimen de flujo total de gas a través del material filtrante de los elementos filtrantes restantes, y
g)
determinar si el régimen de flujo medido en la etapa f) se desvía de un segundo régimen de flujo deseado correspondiente al número reducido resultante de elementos filtrantes en una cuantía dentro de una segunda gama preestablecida,
caracterizado porque una desviación dentro de dicha segunda gama preestablecida indica que uno o más de los elementos filtrantes de dicha por lo menos una de las secciones de la etapa e) no está intacto, y si el régimen de flujo total de gas medido de la etapa f) excede de dicha segunda gama preestablecida, se repiten las etapas e), f) y g) mientras se cierra el flujo del gas de la etapa e) para otras secciones de dicha pluralidad de elementos filtrantes hasta que se encuentre en la etapa g) una desviación que señale una única sección de elementos filtrantes en la cual por lo menos un elemento filtrante no está intacto.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha presión de gas está dentro de la gama de 50 a 6000 mbar.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha presión de gas se mantiene dentro de un valor constante.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho gas es aire.
5. Conjunto de filtración para ejecutar el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende:
una pluralidad de elementos filtrantes (1), en el que dicha pluralidad de elementos filtrantes está dividida en una pluralidad de secciones (10) conteniendo cada una de ellas una parte de dichos elementos filtrantes,
un colector de salida (2) conectado a cada una de las secciones (10) de dicha pluralidad de secciones (10), comunicando dicho colector con las aberturas de salida individuales (3) de los elementos filtrantes de cada una de dichas secciones,
medios de válvula (4) dispuestos en un conducto de salida (5) conectado a cada colector de salida (2).
6. Conjunto de filtración según la reivindicación 5, caracterizado porque los elementos filtrantes (1) de dicha pluralidad están dispuestos en un recipiente común (6) que contiene el fluido a filtrar, teniendo cada elemento filtrante una superficie de material filtrante (9) en contacto directo con dicho fluido a filtrar.
7. Conjunto de filtración según las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque cada una de dichas secciones de elementos filtrantes conectada a cada uno de dichos colectores de salida (2) comprende la gama de 2 a 15 elementos filtrantes, en particular la gama de 3 a 7 elementos filtrantes.
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