-
USA - EnglishBrasil - Português
- Locais
- Acesso a SDS
- Início de sessão no CTVista®+
Empresas farmacêuticas (bem como fabricantes de semicondutores e estações de energia com geração de vapor em alta pressão) exigem água de reposição de alta pureza para seus processos. As concentrações de impurezas têm que estar em uma faixa muito baixa de partes por bilhão (ppb) ou até mais baixa. Uma produção confiável e eficiente da água de alta pureza é fundamental para esses esforços.
No século passado, o desenvolvimento de resinas de troca iônica sintéticas foi um importante passo para a produção de água de alta pureza. Resinas para remoção de cátions dissolvidos, como cálcio, magnésio, sódio etc. e ânions, cloreto, sulfato e até mesmo sílica fracamente ionizada, se tornaram um instrumento poderoso para os sistemas de tratamento. Entretanto, ficou aparente que, quando utilizadas como técnica de purificação principal para água de reposição, resinas de troca iônica podem se exaurir rapidamente devido à concentração substancial de íons no fornecimento de reposição, mesmo de fontes de água doce. Esses sistemas frequentemente exigem regenerações diárias de resinas de troca com ácido forte para resinas de cátion e soda cáustica para resinas de ânions.
O desenvolvimento das tecnologias de membrana alterou significativamente esse processo. Uma configuração de núcleo comum para a preparação da água de reposição de alta pureza na indústria moderna é descrita abaixo.
As membranas modernas de osmose reversa (OR) podem remover mais de 99% dos sólidos dissolvidos, o que requer polimento do permeado de OR por troca iônica ou eletrodeionização (EDI), ou às vezes ambos em série, para produzir maquiagem de alta pureza.
Pré-tratamento é um aspecto crítico da operação confiável da unidade de osmose reversa, minimizando especificamente o transporte de partículas residuais para as membranas de osmose reversa. Muitos dos sistemas de tratamento de água do século XX foram projetados com clarificadores, seguidos por filtros com múltiplos materiais filtrantes, para remover a maioria dos materiais sólidos suspensos do fluxo de entrada de água de reposição da planta. Assim como outras tecnologias, a clarificação foi muito melhorada ao longo do tempo, e os clarificadores modernos podem agora operar em taxas de aumento 10 a 20 vezes maiores do que os clarificadores circulares grandes convencionais do passado. No entanto, partículas residuais ainda podem escapar com o efluente do clarificador/filtro e sujar as membranas de osmose reversa, especialmente os elementos principais. A microfiltração (MF) ou ultrafiltração (UF) é frequentemente recomendada em sistemas de água de reposição novos para fornecer alimentação de osmose reversa com quantidade baixa de sólidos suspensos. A MF ou UF pode ser instalada a jusante de um clarificador ou, algumas vezes, servir como dispositivos de filtração independentes.
Ao contrário dos elementos de OR, que utilizam membranas espiraladas (como será mostrado na Parte 2 desta série), as membranas de microfiltro e ultrafiltro normalmente têm a configuração de fibra oca, na qual as membranas se assemelham a filamentos ou fibras de espaguete longos, normalmente chamados de lúmens. Sistemas do tipo pressão são comuns.
Nesse tipo de unidade de MF, fibras são alojadas em vasos de pressão conectados em paralelo.
A unidade mostrada na Figura 2 foi escolhida como um substituto para um clarificador antigo, cuja função principal era remover sólidos suspensos de um suprimento de água do lago. Os resultados da troca foram imediatos e, em alguns casos, prontamente observáveis. Por exemplo, a turbidez da corrente de entrada para a unidade de OR caiu de uma faixa típica de 0,5 a 1,0 NTU (unidades de turbidez nefelométrica) para menos de 0,05 NTU. O tempo entre as trocas de filtro de cartucho de osmose reversa aumentou de semanas para meses. Além disso, MF ou UF a montante melhora o desempenho da osmose reversa, costuma reduzir a frequência das limpezas da membrana e aumenta a vida útil da membrana.
A ultrafiltração é muito comum hoje em dia, oferecendo até mesmo filtração mais finas do que MF. A Tabela 1 descreve os tamanhos gerais de poros para quatro tecnologias de membrana principais.
Tabela 1 - Tamanhos gerais de poros de membrana
| Regra útil para tamanhos de poros de membrana |
| Microfiltração – 0,1 μm |
| Ultrafiltração – 0,01 μm |
| Nanofiltração – 0,001 μm |
| Osmose reversa – 0,0001 μm |
Um ponto importante a se lembrar é que MF e UF foram projetadas exclusivamente para remoção de partículas, enquanto a nanofiltração e a osmose reversa removem íons dissolvidos. As funções não podem ser intercambiadas.
Fundamentos do tratamento de água farmacêutica
As plantas farmacêuticas geralmente contêm diversos reatores em lote, colunas de destilação, cristalizadores e trocadores de calor adicionais que exigem sistemas de água de resfriamento abertos e evaporativos fechados, tornando essencial a manutenção devida dos químicos da torre de resfriamento para a confiabilidade e a eficiência da planta.
O diagrama abaixo ilustra os problemas que podem atingir os sistemas de resfriamento e como cada problema pode influenciar os demais.
Assista ao webinar completo on-line.
Outro aspecto fundamental desses sistemas é a descarga da torre de resfriamento. Por quase quatro décadas, o programa de controle de corrosão/incrustação mais comum para torres de resfriamento industriais dependia de químicos principais de compostos de fosfato orgânicos e inorgânicos. Esses químicos estabelecem condições alcalinas suaves na água de resfriamento para reduzir o potencial de corrosão geral, e dependem do depósito controlado de compostos de fosfato, incluindo fosfato de cálcio e de ferro, para o controle de corrosão adicional. Uma pequena concentração de zinco é frequentemente incluída para controle de corrosão adicional, com a parte do fosfato orgânico (também chamado de fosfonato) e um polímero complementar que fornece a inibição de incrustação.
Entretanto, há uma preocupação cada vez maior com o impacto do fósforo no meio ambiente, especialmente o problema crescente de florações de algas tóxicas em corpos d'água naturais. Em muitos locais, a descarga industrial contendo fósforo está sendo regulada.
Para mitigar esse problema, a ChemTreat desenvolveu a tecnologia proprietária sustentável e não poluente FlexPro®. A maioria dos produtos FlexPro não contém fosfato. Essa fórmula sem fosfato interage diretamente com as superfícies metálicas para formar uma camada protetora que, diferente dos programas com fosfato/fosfonato, não depende do depósito de produtos de reação para formar essa barreira.
A aplicação em escala total desse químico se provou muito eficaz. Em uma planta química, um trocador de calor de duas passadas estava com problemas de corrosão no lado da entrada da temperatura baixa e depósitos de fosfato de cálcio no lado da saída de temperatura alta devido à solubilidade reversa dos fosfatos em temperaturas mais altas. O FlexPro ajudou o cliente a solucionar os dois problemas.
Antes do tratamento com o FlexPro
Depois do tratamento com FlexPro
Para plantas farmacêuticas que fabricam uma variedade de produtos e podem ter diversos sistemas de resfriamento de diferentes tamanhos e metalurgias complexas, o FlexPro pode ser uma excelente opção de tratamento. Mais fácil de controlar do que os químicos de fosfato/fosfonato tradicionais, essa tecnologia inovadora ajuda as instalações a reduzir a descarga de fosfato para cumprir suas metas ambientais e a manter o desempenho contra corrosão superior sem preocupações com poluição.
Vapor é amplamente utilizado no setor farmacêutico em muitos processos de transferência de calor e de esterilização. O controle rigoroso de produtos químicos na geração de vapor é necessário para evitar a corrosão e poluição nos equipamentos que poderiam, de outro modo, provocar falhas e desligamentos dos processos.
O tratamento do sistema de condensado/água de alimentação da caldeira é um aspecto essencial para a proteção dos equipamentos de geração de vapor. Geralmente, a maior parte da tubulação nessas redes é feita de aço carbono. Programas de tratamento costumam ser elaborados para minimizar dois mecanismos principais de corrosão: a corrosão geral e o ataque de oxigênio. A corrosão geral do aço carbono é frequentemente tratada mantendo o pH dentro de uma faixa levemente alcalina de quase 9 a 10.
Figura 1. Influência da temperatura e pH na dissolução do ferro do aço carbono. Fonte: Sturla, P., Proc., Fifth National Feedwater Conference, 1973, Praga, Tchecoslováquia.
No setor de energia, o condicionador de pH comum é a amônia, que eleva o pH da água de alimentação por meio da seguinte reação:
Entretanto, geralmente não há preferência por amônia em sistemas onde vapor pode entrar em contato com produtos alimentícios ou farmacêuticos. As alternativas mais comuns são aminas neutralizantes, que são compostos orgânicos de cadeia curta com um grupo de aminas anexado ou incorporado.
Mesmo assim, apenas alguns desses compostos satisfazem as exigências regulatórias, e eles frequentemente têm limites de concentração.
Do mesmo modo, produtos de tratamento e pontos de injeção devem ser selecionados com cuidado e concentrações residuais devem ser monitoradas. A equipe experiente da ChemTreat pode trabalhar com você para desenvolver o melhor programa de condicionamento do pH para sua instalação. Podemos desenvolver, sob medida, um tratamento com aminas misturado, especialmente para as necessidades do seu sistema.
A maioria dos sistemas de geradores de vapor inclui um desaerador mecânico (deaerator, DA).
Figura 2. Um leiaute de geração de vapor industrial comum. Observe a alimentação da água de reposição e o retorno de condensado até o desaerador.
No entanto, o limite inferior de oxigênio dissolvido (D.O.) garantido pelos fabricantes de DA é normalmente de 7 partes por bilhão (ppb) na descarga do tanque de armazenamento de DA. Para reduzir ainda mais as concentrações no desaerador mecânico na água de alimentação da caldeira, muitas instalações usam um agente de redução complementar, também conhecido como sequestrante de oxigênio.
Os sequestradores de oxigênio comuns às aplicações industriais pesada, como carbohidrazida, hidroquinona, etc., muitas vezes não são adequados para instalações farmacêuticas com caldeiras de baixa pressão. O sulfito de sódio não volátil (Na2SO3) é uma alternativa.
Esse produto não costuma ser transportado no vapor, a menos que uma operação inadequada da caldeira ou defeito nos dispositivos do separador de vapor permitam uma incursão mecânica da umidade para o vapor. Outro composto popular para desaeradores mecânicos em aplicações especiais é o ácido eritórbico.
Assim como o sulfito de sódio, ele é um agente de redução não volátil.
Entre em contato conosco para obter assistência no desenvolvimento de um programa de tratamento sob medida para as suas necessidades específicas. Assim como todas as outras tecnologias, é necessário fazer uma investigação prévia para determinar a viabilidade da utilização dos métodos. Consulte seus manuais e guias dos equipamentos e busque orientação da ChemTreat para lidar com as suas necessidades específicas.
