Sterilní vzduch: podstata problému
Mikroorganizmy jsou nejmenší živé organismy, mezi něž patří bakterie, viry a bakteriofágy. Běžné baktérie mohou dosahovat velikosti od 0,2 do 4 µm, viry mohou být menší než 0,3 µm a bakteriofágy ještě o řád menší - jen asi 0,01 µm. Bez ohledu na svou velikost mohou mikroorganismy působit vážné problémy v různých výrobních procesech, kde je nutný stlačený vzduch nebo jiný plyn (CO2, N2). V příznivých podmínkách se totiž mohou neuvěřitelnou rychlostí množit.
Pokud se do nějakého čistého prostředí, sterilního procesu či výrobního zařízení dostane jen několik životaschopných mikroorganismů, může to vést k nedozírným škodám od snížení kvality příslušného produktu přes jeho nepoužitelnost až k jeho bezprostřední nebezpečnosti. Pokud tedy nějaký výrobní proces vyžaduje sterilní stlačený vzduch či jiný plyn, musí toto médium projít přes sterilní filtr.
Řešení
Pro odstraňování částic nečistot nebo kapiček oleje a vody ze stlačených plynů je k dispozici mnoho různých typů filtrů a zařízení. Běžné filtry však nedokáží účinně odstranit nežádoucí mikroorganismy. Pro tento účel vyvinula firma Parker (jež ovládá firmy Domnick hunter, Zander a další) speciální sterilní filtry, které spolehlivě odstraňují všechny mikroorganismy a produkují dokonale sterilní stlačený vzduch a jiné plyny. Takto upravený vzduch či plyn pak lze s důvěrou použít ve všech technologických procesech, kde sterilita je naprostou nezbytností.
Řada sterilních filtrů Parker zahrnuje různé typy a velikosti od malých filtrů pro laboratoře, přes střední velikosti filtrů pro pilotní zařízení, až po velké filtry pro velkokapacitní procesy v potravinářském, nápojovém i farmaceutickém průmyslu.
Aplikace
Sterilní stlačený vzduch nebo plyny se používají např. pro pěstování kvasinkových kultur nebo velmi často pro plnicí, provzdušňovací, přetlačné, skladovací a balicí procesy. Požadavky na sterilní filtry mohou být velmi různé a ovlivňují hlavně volbu filtračního média. Je zřejmé, že sterilní filtr pro předupravený stlačený vzduch se bude dosti lišit od filtru na sterilní ventilaci skladovacího tanku.
Konstrukční provedení filtračních pouzder
Nepatrná velikost a schopnost velmi rychlého množení mikroorganismů za příznivých podmínek - to vše klade mimořádné požadavky na filtrační elementy a pouzdra sterilních filtrů. Konstrukční provedení pouzder sterilních filtrů Parker proto odpovídá kritickým podmínkám. Konstrukčním materiálem je vysoce kvalitní nerezová ocel 1.4301 (volitelně též 1.4571), nerezový povrch je leštěn až na Ra 0,25 µm a vnitřní průtočné prostory jsou řešeny tak, aby byly vyloučeny ostré hrany a mrtvé kouty. Toto řešení splňuje přísné požadavky biologické bezpečnosti kladené na sterilní filtry stlačeného vzduchu a jiných plynů.
Zvláštní pozornost byla věnována uchycení filtračního elementu. Na rozdíl od tradičních adaptérů s jedním vnitřním nebo dvěma vnějšími O-kroužky byl speciálně pro tuto řadu sterilních filtrů vyvinut uzamykací systém "Click-Lock".
Dva vnější O-kroužky spolu s bajonetovým uzávěrem zaručují bezpečné uchycení filtračního elementu a snižují riziko zkratového proudění mimo filtr na absolutní minimum. U tohoto řešení řady sterilních filtrů proudí vzduch či jiný plyn filtračním elementem a tělesem bez jakékoliv turbulence. To vede k minimální tlakové ztrátě a ke značnému snížení provozních nákladů. Všechny varianty sterilních filtrů Parker splňují veškeré požadavky moderní, účinné a cenově efektivní filtrace. Do filtračních pouzder lze instalovat hloubkové filtrační elementy řady BIO-X, BIO-X II, též membránové HF TETPOR II a rovněž filtrační elementy pro filtraci páry. Jsou tedy univerzálně použitelná pro různé aplikace procesní filtrace.
Technická specifikace
- Max. dovolený provozní přetlak: 16 bar
- Max. dovolená provozní teplota: +200 °C
- Aseptické těsnění tělesa: EPDM
- Možnosti typů připojení: BSP, NPT, klipsna, mlékárenské šroubení, přivařovací nátrubky, plochá příruba, SMS příruba.
Hloubkové filtrační elementy BIO-X, II
Volba správného typu a konstrukčního provedení filtru (s navíjeným nebo skládaným či plisovaným filtračním materiálem) je velmi důležitá. Pro konkrétní aplikaci se hodí specifické typy filtrů Parker, jejichž široká škála nabízí optimální řešení pro každý sterilní výrobní proces.
Označení „hloubkový filtrační element“ či „hloubkový filtr“ se nevztahují jen k „relativní hloubce“ či „tloušťce“ filtračního materiálu, ale též ke způsobu zachycení mikroorganismů. Nepravidelně uspořádaná borosilikátová vlákna o průměru od 0,5 do 100 µm jsou uložena v několika vrstvách. K filtraci dochází v hloubce filtračního média. Mezery mezi vlákny vytvářejí zakřivené kanály, jimiž protéká vzduch či jiný plyn. Veškeré mikroorganismy obsažené v plynném médiu se zachytí na vláknech. Pro hloubkové filtry jsou typické vysoké průtoky plynu. Hloubkové filtrační elementy samozřejmě zachytí i částice nečistot. Spolehlivou funkci hloubkového filtru může velmi negativně ovlivnit nedostatečné odfiltrování kondenzátu ze zpracovávaného vzduchu či zbytková vlhkost po sterilizaci parou. Pokud je filtrační médium v hloubi vlhké, nelze zaručit spolehlivost funkce, tj. sterilitu filtrovaného vzduchu.
Čistě hloubkové filtry jsou vhodné pro vysoké průtoky vzduchu / plynu. Sterilní vzduch / plyn na výstupu lze zaručit jen za podmínky dokonalého odstranění kondenzátu. Pokud není možno tento požadavek zaručeně splnit, musí se pro výrobu filtračního elementu použít hydrofóbní vlákna.
Řada filtrů Parker pro přípravu sterilního vzduchu zahrnuje speciální hloubkové filtry s matricí na bázi nesmáčivých mikrovláken impregnovaných teflonem PTFE (dříve Zander - řada HB). Obecně existují dvě řady filtrů s hloubkovou filtrací: BIO-X II a BIO-X.
Řada BIO-X II: robustní filtrační elementy pro sterilní plyny
Tři vrstvy mikrovláknové matrice a čtyři podpůrné obalové vrstvy z děrovaného materiálu Nomex*) tvoří robustní filtrační element pro spolehlivé zachycení mikroorganismů. Filtrační vrstva mezi děrovanými nosnými válci z nerezové oceli je vlepena epoxidovou pryskyřicí do nerezových koncových komor. Výsledkem je řada mimořádně odolných filtračních elementů ST-R o špičkové účinnosti a vysoké spolehlivosti i za kritických podmínek.
Řada filtračních elementů BIO-X II je zvláště vhodná pro použití za vyšších provozních teplot. Filtry splňují veškeré požadavky na přípravu sterilního stlačeného vzduchu a jiných plynů pro mlékárny, pivovary a ostatní potravinářský průmysl. Filtrační elementy řady BIO-X II jsou navíc preferenčně nabízeny pro všechna existující tělesa filtrů některých dalších výrobců – Donaldson / Ultrafilter.
Technická specifikace
- Vysoká porozita (volný průtočný prostor ve vrstvě až 95 %)
- Filtrační elementy lze opakovaně sterilizovat parou
- Vysoké dovolené provozní teploty
- Mimořádně vysoká kapacita pro zachycení částic či mikroorganismů
- Lze testovat na neporušenost a spolehlivost pomocí testovací jednotky
Maximální dovolená provozní teplota (horký vzduch)
- Přechodně: +200 °C
- Trvale: +170 °C
Sterilizace parou
Lze až 150 násobně sterilizovat in-situ předčištěnou sytou parou po dobu 30 minut při teplotě 121 °C (to odpovídá přetlaku 1,1 bar).
*) Registrovaná ochranná známka firmy E.I. du Pont de Nemours and Co. Inc.
Řada BIO-X: revoluce ve filtraci
Poptávka potravinářského průmyslu, mlékárenství a pivovarnictví po sterilním stlačeném vzduchu a jiných sterilních plynech neustále roste. Požadavky na příslušné filtry jsou mimořádně náročné: musí dokonale zachytit veškeré mikroorganismy (bakterie, viry a bakteriofágy) a musí mít co největší kapacitu (filtrační plochu) při nejnižší možné tlakové ztrátě, což odpovídá vysoké provozní efektivitě.
Pro tyto aplikace vyvinula firma Parker speciální řadu filtračních elementů BIO-X s absolutní retencí pevných částic o velikosti nad 0,01 µm z proudu stlačeného vzduchu a plynů. Skládané hloubkové filtrační elementy ze standardního materiálu mají volný průtočný prostor až 95 % (u vláknitého PTFE je hodnota tohoto parametru 85 % a u PVDF 67 %). Velký volný průtočný prostor dovoluje několikanásobně zvýšit průtočné množství vzduchu či plynů, aniž by se nadměrně zvyšovala tlaková ztráta.
Vysoká zádržná kapacita prodlužuje životnost filtračních elementů řady BIO-X a zároveň dovoluje udržovat provozní náklady filtrace na velmi příznivé úrovni. Nosné přepážky z tepelně stabilizovaného PP spolu s nerezovým vnitřním jádrem dávají této konstrukci vysokou mechanickou tuhost. Vláknité filtrační médium impregnované PTFE má vysokou vodoodpudivost a chrání tak filtrační vrstvu před smáčením, tj. nasáknutím případným kondenzátem na vstupní straně.
Filtrační elementy řady BIO-X přinesly do technologie přípravy sterilního vzduchu revoluční změny - nabízejí velmi efektivní a spolehlivé řešení.
Technická specifikace
- Robustní konstrukce filtračního elementu s nerezovým jádrem
- Absolutní záchyt částic > 0,01 µm ze zpracovávaného plynu
- Větší vnitřní průměr a plisování nabízejí zlepšené průtočné charakteristiky
- Výkonnost ověřena kontrolní zkouškou na aerosolové bakterie
Za horka přivařené polypropylenové koncové komory
Venkovní nosná mřížka (stabilizovaná za horka) materiál polypropylen
Vnitřní nosná mřížka (nerezová ocel)
Koncová víčka s nerezovým nákružkem (pro zvýšenou tuhost) a silikonovými O-kroužky
Max. doporučená provozní teplota (horký vzduch)
+80 °C pro trvalý provoz
Sterilizace parou
Max. teplota +142 °C (odpovídá provozním přetlaku 2,8 bar) po dobu 15 minut.
Biologická bezpečnost
Všechny konstrukční materiály splňují bezpečnostní požadavky norem USP Plastics Class VI a BS 5736
Ověřování výkonnosti
Výkonnost filtračních elementů řady BIO-X je ověřována kontrolní zkouškou na aerosolové bakterie (Aerosol Bacteria Challenge Test). Snížení titru je řádově >1012. Zjednodušeně lze vyjádřit skutečnou filtrační účinnost 99,99999 % pro částice o velikosti 0,01 µm a větší.
571
