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Während des Filtrationszyklus lagert sich der Feststoff durch die angelegte Druckdifferenz als Filterkuchen auf der Oberfläche des Filtermediums (gelb) an. Das klare Filtrat fließt aufwärts durch das Zentralrohr und wird durch die Registerrohre ausgetragen. (Bild: BHS Sonthofen)

| von Roland Schmid, Director of Marketing & Communication, BHS-Sonthofen
  • Das Entfernen von Katalysatoren aus Wirkstoff-Suspensionen hat direkten Einfluss auf die Qualität von pharmazeutischen Produkten. Auch an Sicherheitsmaßnahmen in der Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen hat die Fest-Flüssig-Trennung entscheidenden Anteil.
  • Kerzenfilter und Tellerdruckfilter eignen sich zum Klären von Flüssigkeiten oder zur Rückgewinnung von Feststoffen. Die Filtrationslösungen für die pharmazeutische Industrie verbessern die Effizienz und reduzieren Umweltbelastungen in der Wirkstoffproduktion.

 

Dieses wird beispielsweise ultradünn auf Aktivkohle aufgebracht und der Reaktionslösung zur Initiierung und Steuerung des Hydriervorganges beigemischt.

Nach erfolgter Reaktion ist der suspendierte Katalysator allerdings wieder aus der Lösung zu entfernen. Dies sollte möglichst komplett erfolgen: Im Filtrat sollte kein Katalysator mehr vorhanden sein. Gleichzeitig darf so wenig Wirkstoff wie möglich mit dem abgetrennten Katalysator aus dem Prozess verloren gehen, um die Ausbeute nicht unnötig zu senken. Aus diesem Grunde ist eine hohe Trennschärfe in der Filtration genauso essenziell wie die Möglichkeit, entweder den Feststoff zu waschen oder mit einer möglichst geringen Restfeuchte, also vorgetrocknet, auszuschleusen.

Restfeuchte bedeutet Verlust

Aktuell häufig für diese Aufgabe eingesetzte technische Lösungen sind manuelle Plattenfilter, Filterpressen, Schlauchfilter, Kartuschenfilter und andere konventionelle Filter. Diese Anlagen benötigen nicht nur manuelle Reinigungs- und Entleerarbeiten zwischen Batch-Einheiten oder Kampagnen, sondern belasten den Produktionsbetrieb durch erhöhte Personal-, Wartungs- und Entsorgungskosten zusätzlich. Hinzu kommt, dass Mitarbeiter und Umwelt toxischen und schädlichen Lösemitteln und Feststoffen sowie kontaminierten Filtertüchern, Filterbeuteln und Filterkartuschen ausgesetzt sind.

Darüber hinaus ist ein effizientes Waschen des Katalysators vor dem Austrag aus dem Filter bei konventionellen Filterapparaten nur bedingt möglich. Üblicherweise liegen die Katalysatorkonzentrationen bei wenigen hundert ppm bis hin zu geringen Prozentbereichen. Da aber bei einer ungewaschenen Katalysatorausschleusung die komplette Restfeuchte Produktlösung ist, die verloren geht, kann im Einzelfall die Wirkstoff-Ausbeute um einige Prozentpunkte sinken.

Kerzen oder Teller

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Filterkuchen, die bei einer vertikalen Anordnung stabil bleiben, sind kompatibel mit Kerzenfiltern. (Bild: BHS Sonthofen)

Viele pharmazeutische Unternehmen suchen deshalb verstärkt nach alternativen technologischen Ansätzen, um die Filtration von API-Suspensionen effizienter und zugleich sicherer zu machen. „Tatsächlich gibt es echte Alternativen zu konventionellen Filtern. Und sie werden auch bereits mit Erfolg in der chemischen und pharmazeu-tischen Industrie eingesetzt“, erklärt Detlef Steidl, Senior Sales Director Filtrationstechnik bei BHS-Sonthofen.

Solche alternativen Ansätze für die Klärung von API-Suspensionen basieren überwiegend auf Kerzenfiltern und Tellerdruckfiltern, einem Schwerpunkt des Filterherstellers. „Diese Technologien sind insbesondere für Produktionsanlagen der pharmazeutischen Industrie geeignet“, so Steidl. Beide Lösungen haben vieles gemeinsam: Sie sind batchbetriebene Druckfiltrationssysteme und werden zum Klären von Flüssigkeiten oder zur Rückgewinnung von Feststoffen – beispielsweise Katalysatoren – aus Flüssigkeiten mit geringem Feststoffanteil eingesetzt.

„Am wichtigsten ist: Beide Lösungen haben bewiesen, dass sie enorm zuverlässig sind und zudem eine effizientere Alternative zum Einsatz von manuellen und konventionellen Filtern darstellen“, betont Steidl. „Sie bieten bei der Filtration eine höhere Qualität sowie eine bessere Ausbeute bei vollautomatischen und abgeschlossenen Prozessen.“ Zwar bedeuten solche Systeme höhere Anschaffungskosten, verglichen mit manuell betriebenen Anlagen. Bei reduziertem Risiko für Personal und Umwelt ermöglichen sie jedoch einen zuverlässigeren und effizienteren Prozess. „Zudem sind die laufenden Betriebskosten erheblich geringer,“ sagt Steidl.

Der Kuchen entscheidet

Die Leistung der beiden Lösungen ist vergleichbar. Der Hauptunterschied liegt in der Technologie: Kerzenfilter haben vertikale Kerzen, während Tellerdruckfilter horizontal angeordnete Filterelemente haben. Die Entscheidung, welcher der zwei technologischen Ansätze besser für die jeweilige Anwendung geeignet ist, hängt im Wesentlichen von der Struktur des Filterkuchens ab: Filterkuchen, die bei einer vertikalen Anordnung stabil bleiben, sind kompatibel mit Kerzenfiltern, während sich Filterkuchen, die horizontal stabil bleiben, besser mit einem Tellerdruckfilter handhaben lassen. Für die Verarbeitung von sehr dichten oder sehr lockeren Filterkuchen eignen sich Tellerdruckfilter am besten. Auch bei einer Tendenz zu einer größeren Kuchenhöhe (> 20 mm), insbesondere bei schweren Feststoffen sind horizontale Plattenfilter die bessere Wahl.

Die Kerzen- und Tellerdruckfiltration kann Partikel im Größenbereich von 1 bis 3 µm entfernen und ermöglicht den Betrieb als Anschwemmfilter. In manchen Anwendungen können die Kerzenfilter auch feinere Partikel bis 0,5 μm entfernen. Beide Systeme nutzen synthetische Filtermedien. Dazu sind Tellerdruckfilter auch für metallische Filtermedien geeignet, etwa für Hochtemperatur-Anwendungen über 200 °C oder bei erforderlicher Bedampfung.

Der Clean-in-Place-Betrieb ist bei beiden Systemen ähnlich möglich. Der Behälter wird mit Reinigungsflüssigkeit befüllt, die im System zirkuliert, während Gas in die entgegengesetzte Richtung eingeleitet wird. Dies erzeugt eine turbulente Mischung mit einem der Ultraschall-Reinigung ähnlichen Effekt. Tellerdruckfilter lassen sich, dank der Möglichkeit die Platten unter Vibration zu setzen, noch besser reinigen. Die manuellen Tätigkeiten sind auf ein Minimum reduziert.

Optimierung im Labor

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Umfangreiche Laborversuche stellen sicher, dass neue Filtrationstechnologien zu optimalen Ergebnissen führen. (Bild: BHS Sonthofen)

Kerzenfilteranlagen mit einer Filterfläche von 1 bis 150 m2 stellt der Anbieter individuell nach Kundenvorgaben her. Bei den Tellerdruckfiltern bietet der Hersteller standardisierte Module für Anlagen von 0,33 bis 45 m2 Filterfläche. Um sicherzustellen, dass die gewählte Filtrationstechnologie optimale Ergebnisse liefert, führen die BHS-Experten umfangreiche Laborversuche für eine fundierte Informationsgrundlage durch. Die Tests untersuchen Filtermedium, Betriebsdruck und Kuchendicke, um das optimale Design und die Größe des Filtrationssystems zu bestimmen. Auf Basis dieser Versuche erfolgt die Empfehlung für eine spezifische Lösung. „Wir sehen uns als Spezialisten im Bereich der Fest-Flüssig-Trennung und beschränken unsere Expertise nicht nur auf eine bestimmte Technologie“, so Steidl. „Deshalb untersuchen wir sorgfältig die verschiedenen Alternativen, bevor wir die beste Lösung für einen speziellen Anwendungsfall auswählen.“

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