Odvzdušňovací filtry nádrží: jak fungují a proč je důležité jejich správné dimenzování?

Jak funguje odvzdušňovací filtr nádrže?

Při plnění nádrže kapalina vytlačuje vzduch z prostoru nad hladinou. Při vyprazdňování je tomu naopak: do nádrže musí proudit okolní vzduch, aby se nevytvářel nadměrný podtlak. Odvzdušňovací filtr umožňuje proudění v obou směrech a současně omezuje riziko zanesení mikrobiálních částic do skladovaného produktu.

Správný návrh je důležitý nejen při běžném provozu, ale také při čisticích cyklech CIP, pokud jsou součástí technologie.

Filtr musí odpovídat požadovanému proudění vzduchu i přípustnému tlaku a podtlaku dané nádoby. Nedostatečně dimenzované odvzdušnění může mít závažné následky, v krajním případě i deformaci nádrže.

Co ovlivňuje životnost odvzdušňovacího filtru?

Životnost odvzdušňovacích filtrů se podle provozních podmínek obvykle pohybuje v rozmezí 3 až 12 měsíců. Nejde však o pevný servisní interval: zásadní roli hraje prašnost okolního prostředí, teplota a charakter provozu.

• Zatížení částicemi. Filtr v prašném prostředí zachycuje více nečistot než filtr instalovaný například ve farmaceutické čisté místnosti. Protože vzduch proudí přes filtr oběma směry, může při plnění nádrže docházet i k určitému přirozenému uvolňování zachycených částic.

• Teplota a sanitace. V provozech s parní sterilizací je filtrační médium opakovaně vystaveno ohřevu a ochlazování. Tepelné namáhání může postupně ovlivnit jeho strukturu. U polypropylenových součástí může dlouhodobé působení vyšších teplot, zejména v rozsahu 65–120 °C, přispívat k oxidaci a zhoršování vlastností.

• Kontakt s vlhkostí. Pro správnou funkci je důležité, aby filtrační médium zůstávalo suché. Kontakt s obsahem nádrže, kondenzát nebo nevhodné okolní podmínky mohou významně omezit průchod vzduchu.

Proč se používají hydrofobní membrány PTFE?

Navlhne-li filtrační médium, kapalina může uzavřít jeho póry. Vzduch začne znovu procházet až při dosažení tlaku potřebného k vytlačení kapaliny z pórů, označovaného jako bubble point. Při běžném odvzdušňování nádrže však nemusí být takového tlaku dosaženo; požadavek na jeho překonání by navíc mohl přesáhnout přípustný tlak nebo podtlak nádoby.

Proto se pro tyto aplikace často volí hydrofobní filtrační membrány z PTFE, které pomáhají omezit smáčení filtru. Vhodný typ membrány je třeba posuzovat společně s provozní teplotou, okolním prostředím a požadavky na ochranu skladovaného média.

Jak správně dimenzovat odvzdušňovací filtr?

Při návrhu nestačí vycházet pouze z objemu nádrže. Rozhodující je maximální množství vzduchu, které musí přes filtr projít během plnění nebo vyprazdňování, a tlakové možnosti nádoby. V zásadě se průtok přiváděného nebo odváděného vzduchu odvíjí od rychlosti změny objemu kapaliny v nádrži.

Některé z kritických faktorů:

• Konstrukční pracovní podtlak nádrže.

• Požadovaný průtok vzduchu, nebo maximální rychlost vypouštění kapaliny z nádrže.

• Průtok vzduchu filtračním médiem při atmosférickém tlaku

• Maximální teplota

Vliv sterilizace parou na dimenzování filtru

Při návrhu odvzdušňovacího filtru je nutné zohlednit také případnou sterilizaci nádrže parou. Během následného ochlazování dochází ke zmenšování objemu plynu v nádrži, což může vyvolat zvýšenou potřebu přívodu vzduchu. Filtr proto musí být dimenzován nejen pro běžné plnění a vyprazdňování, ale také pro tyto provozní stavy.

Proč je při dimenzování důležitý bezpečnostní faktor?

Při návrhu odvzdušňovacího filtru je důležité zohlednit nejen běžné provozní podmínky, ale také situace, kdy může dojít ke zvýšeným nárokům na průtok vzduchu.

Výrobce Graver Technologies uvádí při dimenzování odvzdušňovacích filtrů typický bezpečnostní faktor 3×, který pomáhá minimalizovat riziko poškození zařízení.

Správně navržený filtrační systém tak musí zohledňovat maximální požadovaný průtok vzduchu, přípustný přetlak a podtlak nádrže i případné čisticí a sterilizační cykly.

Pro výběr filtračního tělesa a potřebného počtu filtračních svíček je nutné znát zejména:

1. maximální rychlost plnění a vyprazdňování nádrže,

2. konstrukčně dovolený přetlak a podtlak nádoby,

3. průtokové charakteristiky vybraného filtračního média,

4. provozní teplotu a případné čištění či sterilizaci parou.

Při dimenzování se následně vybere vhodná filtrační svíčka (například TefTEC), stanoví se požadovaná jemnost filtrace a podle údajů o průtoku vzduchu se určí potřebná filtrační plocha, případně počet desetipalcových modulů. Provozní návrh musí zohlednit maximální, nikoliv pouze běžné průtoky.

Navrhneme vám vhodné řešení odvzdušnění nádrže

Neváhejte nás kontaktovat.

Autor: Jakub Svatoš, obchodně technický zástupce filtrace – Čechy, o. z. HYDRO-TECH, HENNLICH s.r.o.

Těšíme se na spolupráci s Vámi!