BR112016026153B1

BR112016026153B1 - Método para o controle em linha da integridade de um sistema de filtração e uso doreferido método em um processo industrial

Info

Publication number: BR112016026153B1
Application number: BR112016026153-4A
Authority: BR
Inventors: David SEGARD
Original assignee: Roquette Freres
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2022-02-22
Also published as: MX2016014940A; JP2017519194A; CN106457116B; EP3142770A2; EP3142770B1; JP6681341B2; US20170043290A1; FR3021112B1; FR3021112A1; KR102339555B1; BR112016026153A2; KR20170002436A; ES2837842T3; US10478765B2; WO2015173515A2; CN106457116A; WO2015173515A3

Abstract

método para o controle em linha da integridade de um sistema de filtragem um método para o controle em linha da integridade de um sistema de filtragem implementado durante um processo industrial compreendendo a filtragem de um gás através do referido sistema de filtragem, o referido sistema de filtragem compreendendo pelo menos um cartucho de filtragem, o referido método compreendendo pelo menos os seguintes passos: - um passo de medição (s1) que envolve a medição de uma diferença de pressão (delta)p representativa da perda de pressão causada pelo sistema de filtragem (f1; f2), - um passo de teste (s2, s3), que envolve a comparação da referida medição (s1) com um limiar elevado predefinido (sh) e um limiar inferior predefinido (sb), de forma a considerar o referido pelo menos um cartucho de filtragem como sendo não conforme quando a diferença de pressão medida no passo de medição (s1) estiver fora de uma faixa entre o referido limiar superior (sh) e o referido limiar inferior (sb).

Description

[001]A presente invenção se refere a um método para o controle em linha da integridade de um sistema de filtração. O campo da invenção é o de processos indus-triais compreendendo uma etapa de filtração de um gás através de um sistema de filtração.

[002]A invenção terá aplicação específica em processos industriais que im-plementam a filtração para esterilizar um gás, tal como o ar, por exemplo, e particu-larmente em processos industriais de fermentação.

[003]No campo da fermentação, instalações são conhecidas do estado da técnica compreendendo um reator de fermentação, doravante chamado de "fermen- tador", no qual a reação de fermentação ocorre geralmente em condições controladas de temperatura e agitação. Essas instalações incluem compressores e ductos que transportam um gás, nesse caso, ar, na instalação de fermentação, ou entram em contato com o produto fermentescível ou em contato com um material destinado a alimentar a reação de fermentação.

[004]O ar pode, portanto, ser diretamente transportado para o interior do re-cipiente fermentador, particularmente quando um ambiente de fermentação aeróbia for desejado. Alternativa ou adicionalmente, o gás pode ser utilizado para o transporte pneumático de um material rico em carbono, tal como a glicose, destinada a ser transportada para o reator de fermentação. Nesse caso, o gás auxilia a empurrar o material de um tanque de armazenamento para o recipiente fermentador.

[005]Em ambos os casos, o gás deve ser esterilizado para evitar a contami-nação (direta ou indireta) dos produtos no fermentador. Para tanto, a instalação com-preende sistemas de filtração na linha de gás cuja função é a de esterilizar o gás através da retenção de bactérias em suspensão. Na prática, esse tipo de sistema inclui um acondicionamento que recebe uma pluralidade dos chamados cartuchos de filtração esterilizantes. Esses cartuchos esterilizantes são caracterizados por sua ca-pacidade de reter bactérias com um tamanho de partícula da ordem de um décimo de um micrômetro.

[006]Esses cartuchos de filtração são consumíveis e devem ser substituídos quando demasiadamente obstruídos. Em alguns processos industriais, particularmente nos processos de fermentação, é imprescindível que os cartuchos de filtração sejam substituídos antes que o meio filtrante torne-se demasiadamente obstruído. Esses cartuchos altamente obstruídos levam a perdas de energia e perdas de taxa de fluxo associadas com a perda de pressão. É também imprescindível que os cartuchos de filtração sejam substituídos antes da degradação do filtro (relacionada ao envelhe-cimento ou um pico de pressão), o que gera o desprendimento da fibra e/ou riscos de contaminação. Para determinadas fermentações industriais, o surgimento de conta-minação é inaceitável e envolve o esvaziamento do fermentador, o descarte de seu conteúdo e, em seguida, a esterilização da instalação de fermentação antes de uma nova operação de produção ser realizada. A contaminação resulta em um considerá-vel tempo de inatividade.

[007]Para evitar tal transtorno, é normal substituir os cartuchos de filtração periodicamente como uma medida preventiva, sem realmente saber sua condição de integridade. Desse modo e para fermentações industriais, o presente requerente subs-titui os cartuchos periodicamente a cada 12 meses.

[008]O perito na arte de filtração tem conhecimento dos vários testes utiliza-dos para monitorar um filtro, especialmente: 1) O teste do ponto de bolha: Esse teste é utilizado para detectar fugas no filtro. O filtro é inicialmente imerso em uma solução de água/etanol e, em seguida, sujeito a uma pressão fixa predeterminada. A constatação de borbulhamento indica uma fuga. 2) O teste de difusão: O cartucho deve ser umedecido com uma solução de água/etanol. Pressão é aplicada e a taxa de fluxo é quantificada por meio de uma medição precisa. 3) O teste de retenção de pressão: O cartucho deve ser umedecido com uma solução de água/etanol, por exemplo. Pressão é aplicada e a perda dessa pressão é observada ao longo de um determinado período. 4) O teste de intrusão de água: Esse teste, frequentemente chamado de WIT, permite que os cartuchos esterilizantes sejam testados sem álcool, apenas com água. 5) O teste aerossol: Esse teste requer a dispersão de um aerossol de partícu-las (névoa de óleo) entre 0,2 e 0,3 micrômetros e, em seguida, aquelas partículas que passaram pelo filtro são contadas a laser na saída.

[009]Esses vários testes têm as seguintes desvantagens: - eles nem sempre são viáveis para todos os tipos de cartuchos de filtração de gás, - eles requerem acesso às características específicas do cartucho de filtração, as quais o fabricante pode não divulgar, - a maioria dos testes requer que os cartuchos sejam pré-tratados antes do teste (ex.: umedecidos).

[010]Adicionalmente, todos esses testes frequentemente requerem que o car-tucho de filtração seja removido de seu acondicionamento antes de realizar o teste. Em todo o caso, nenhum dos testes supracitados permite que a integridade de um sistema de filtração seja monitorada em linha, isso é, durante a filtração do gás para uso no processo industrial.

[011]O uso de sensores de pressão para determinar o estado do filtro em sistemas de filtração é também conhecido do estado da técnica. De acordo com as constatações dos inventores, os sensores de pressão usados para essa aplicação têm uma sensibilidade de +/- 250 milibares (25.000 quilopascal) e possibilitam apenas observar se os filtros do sistema de filtração atingiram sua perda de pressão máxima (dados fornecidos pelo fabricante do cartucho filtrante), com o risco de entupimento, consumo adicional, diminuição de taxa de fluxo e bloqueio da fermentação.

[012]De acordo com as constatações dos inventores e antes de uma falha de integridade, a utilização de cartuchos de filtração significativamente obstruídos gera uma perda de pressão que leva a um consumo de eletricidade adicional por parte dos compressores utilizados para transportar o gás e executar a filtração. Em processos industriais para os quais a taxa de fluxo de gás (taxa de fluxo normal) é normalmente muito maior que 100 Nm3/H, frequentemente até mesmo maior que 1.000 Nm3/H, essa perda de pressão resulta em um aumento considerável nos custos associados ao con-sumo de eletricidade.

[013]O objetivo da presente invenção é o de superar todas ou parte das des-vantagens supracitadas ao proporcionar um método para controlar a integridade de um sistema de filtração em linha, deste modo tornando possível verificar a integridade do sistema de filtração durante o referido processo industrial, enquanto a filtração estiver em curso através do referido sistema de filtração.

[014]Mais especificamente e no caso de um sistema de filtração com cartu-chos de filtração esterilizantes, um objetivo da invenção é fornecer tal método de controle que possa alertar o usuário a respeito da necessidade de substituir os cartuchos de filtração, antes que a contaminação ocorra.

[015]Outro objetivo da presente invenção é o de fornecer um método de con-trole que possa ser favoravelmente implementado, sem ter conhecimento a respeito das características técnicas inerentes dos cartuchos de filtração do sistema.

[016]Outro objetivo da presente invenção é, pelo menos como uma modali-dade, fornecer um método de controle em linha que possa alertar o usuário sobre a necessidade de substituir os cartuchos de filtração, e de modo a evitar o consumo adicional por parte dos compressores utilizados para executar a filtração.

[017]Outras vantagens da presente invenção surgirão ao longo da descrição a seguir, a qual é fornecida somente como um guia e não se destina a limitar a mesma.

[018]A presente invenção se refere a um método para o controle em linha da integridade de um sistema de filtração implementado em um processo industrial que envolve a filtração de um gás através do referido sistema de filtração, o referido sis-tema de filtração compreendendo pelo menos um cartucho de filtração, o método compreendendo pelo menos as seguintes etapas: - uma etapa de medição durante o qual uma diferença de pressão ΔP, repre-sentativa da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração, é medida, - uma etapa de teste durante o qual a referida medição é comparada a um limiar superior predeterminado e a um limiar inferior predeterminado, de forma a considerar o referido pelo menos um cartucho de filtração como sendo não conforme quando a diferença de pressão medida na etapa de medição estiver fora da faixa entre o referido limiar superior e o referido limiar inferior.

[019]A invenção será mais bem compreendida com a leitura da seguinte des-crição acompanhada pelos desenhos em anexo, nos quais: - A Figura 1 é uma visão esquemática de uma instalação para a implementa-ção de um processo de fermentação industrial, e em que o método de controle de acordo com a invenção é implementado. - A Figura 2 é um gráfico que mostra a diferença de pressão medida ΔP no eixo Y e o tempo no eixo X, com o desencadeamento de um sinal de aviso por obs-trução. - A Figura 3 é um gráfico que mostra a diferença de pressão medida ΔP no eixo Y e o tempo no eixo X, com o desencadeamento de um sinal de aviso de fuga. - A Figura 4 é um gráfico que mostra a diferença de pressão medida ΔP no eixo Y e o tempo no eixo X, cuja curva apresenta uma variação repentina interpretada como sendo uma anomalia (ex.: desentupimento ou fuga). - A Figura 5 é um diagrama que ilustra os várias etapas de um método de acordo com a invenção, etapas que podem ser automaticamente implementados por meio de computador. - A Figura 6 é uma foto de um sistema de filtração cujo acondicionamento acomoda vinte cartuchos de filtração do tipo esterilizante. - A Figura 7 é uma foto de uma bancada de teste construída pelo presente requerente para confirmar a adequabilidade do método de controle de acordo com a invenção.

[020]A invenção surgiu a partir do desejo do requerente em assegurar uma melhor monitoração da esterilidade dos gases que entram em contato com os produtos em fermentações industriais, especialmente aquelas fermentações sensíveis à contaminação.

[021]A Figura 1 ilustra esquematicamente uma instalação de fermentação que compreende um reator de fermentação R, também chamado de fermentador. O fer- mentador compreende um recipiente dentro do qual a fermentação de produtos fer- mentescíveis ocorre em condições controladas. Tal fermentador pode normalmente compreender permutadores para controlar a temperatura da reação, bem como um par rotor/estator para agitar os produtos no recipiente.

[022]A instalação pode compreender uma fonte de ar comprimido e uma linha para transportar o ar diretamente para o reator de fermentação R. Para evitar a con-taminação dos produtos fermentescíveis, esse ar é filtrado através de um sistema de filtração F1 antes de ingressar no reator. Tal sistema de filtração F1 geralmente com-preende um acondicionamento com uma entrada para o gás não filtrado e uma saída para o gás filtrado. Um conjunto de cartuchos de filtração são posicionados de modo amovível nesse acondicionamento, geralmente dispostos de maneira a filtrar os gases em paralelo.

[023]A instalação pode ainda compreender um tanque Gl para um material rico em carbono, normalmente glicose. Outra linha de gás conectada à fonte de ar comprimido conecta o tanque Gl e serve para empurrar o material no tanque Gl para um ducto e até ao reator de fermentação. Antes de entrar no tanque Gl, esse ar é filtrado em outro sistema de filtração F2 para evitar a contaminação do material rico em carbono.

[024]A fim de evitar contaminações, cartuchos de filtração esterilizantes com diâmetros de poros menores ou iguais a 0,22 μm são utilizados, nos sistemas de fil-tração F1 e F2, respectivamente, para a retenção de microrganismos. Durante a fer-mentação, a integridade dos cartuchos deve ser monitorada a fim de evitar contami-nação. As contaminações surgem quando os cartuchos são não integrais: um cartucho não integral pode ser o resultado de uma passagem preferencial (uma fuga). Além disso, um cartucho não integral pode ser o resultado de um excesso de obstrução, frequentemente acompanhado por um risco significativo de desprendimento das fibras do meio filtrante.

[025]Para evitar qualquer transtorno e tanto quanto é do conhecimento dos inventores, é habitual substituir os cartuchos de filtração de forma periódica, como medida preventiva, a cada 12 meses, por exemplo, sem precisamente saber o seu estado de integridade.

[026]Pretendendo obter uma monitoração em linha de seu processo, o pre-sente requerente contatou diversos agentes especializados em filtragens esterilizan- tes, notavelmente fabricantes de cartuchos esterilizantes de gás e de instrumentos de teste de integridade para tais cartuchos de gás.

[027]As soluções apresentadas por esses agentes limitaram-se às soluções de teste citadas acima, notavelmente "teste do ponto de bolha", "teste de retenção de pressão", "teste de difusão", "teste de intrusão de água", e o "teste de aerossol". Ne-nhuma dessas soluções foi escolhida devido às desvantagens supracitadas e seus elevados custos de implementação. Adicionalmente, nenhum dos testes supracitados pode ser utilizado para monitorar a integridade de um sistema de filtração em linha, isso é, durante a filtração do gás através do sistema de filtração e para as necessidades do processo industrial.

[028]O requerente engenhosamente concebeu um método para controlar a integridade de um sistema de filtração (F), capaz de monitorar a integridade do sis-tema de filtração em linha, isso é, sem interromper o processo industrial e a filtração do gás realizada durante esse processo.

[029]A invenção tem aplicação específica na monitoração de sistemas de fil-tração implementados em uma fermentação industrial, particularmente em um tipo de instalação como ilustrado na Figura 1. No entanto, o método para controlar a integri-dade não se limita a esse processo industrial e pode ter aplicação específica em outros processos industriais, notavelmente naqueles com requisitos semelhantes no que se diz respeito ao gás filtrado.

[030]A invenção também se refere a um método para controlar a integridade de um sistema de filtração F1; F2, o referido sistema de filtração F1; F2 compreen-dendo pelo menos um cartucho de filtração, notavelmente um cartucho de filtração ou, de preferência, diversos cartuchos de filtração. Nesse último caso, os cartuchos de filtração preferencialmente fornecem filtração do gás em paralelo.

[031] É um método em linha implementado durante um processo industrial compreendendo a filtração de um gás, tal como o ar, através do sistema de filtração F1; F2. Esse teste é portanto efetuado durante a filtração dos gases devido às neces-sidade do processo industrial, a taxa de fluxo operacional do processo, que é de pre-ferência uma taxa de fluxo substancialmente constante. Essa taxa de fluxo ( taxa de fluxo normal) pode ser superior ou igual a 100 Nm3/h, ou inclusivamente frequente-mente superior ou igual a 1.000 Nm3/h.

[032]No caso em que o sistema de filtração F1; F2 compreende uma plurali-dade de cartuchos de filtração, a referida diferença de pressão medida na etapa de medição S1 é representativa da perda de pressão gerada por todos os cartuchos de filtração.

[033]A invenção resulta do desejo do presente inventor de controlar a integri-dade do sistema de filtração ao monitorar com precisão a perda de pressão gerada pelo sistema de filtração durante a filtração realizada devido às necessidades do pro-cesso industrial, a taxa de fluxo de gás operacional do processo.

[034]Dessa forma, a invenção permite a monitoração contínua ao longo de toda a fermentação, bem como assegura a integridade e esterilidade do sistema du-rante sua operação.

[035]De acordo com a invenção, o referido método então compreende uma etapa de medição S1, durante o qual uma diferença de pressão ΔP, representativa da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração F1; F2, é medida.

[036]Relativamente a isso, um dispositivo de medição da diferença de pres-são é preferencialmente utilizado, o referido dispositivo tendo uma primeira conexão de pressão C1, a jusante do sistema de filtração e uma segunda conexão de pressão C2, a montante do sistema de pressão. A diferença de pressão ΔP medida é a diferença de pressão entre a primeira conexão C1 e a segunda conexão C2. Esse dispositivo de medição se distingue dos sensores comumente utilizados em tal processo para indicar o término da vida útil ao medir a sensibilidade, a qual pode ser inferior ou igual a 10 milibares (1.000 Pascal), de preferência inferior a 7,5 milibares (750 Pascal).

[037]Aqui, a sensibilidade da medição é entendida como sendo a menor quantidade que um dispositivo de medição é capaz de discernir. Após diversas expe-riências, os inventores determinaram que um dispositivo para medir uma sensibilidade inferior a 750 Pascal, ou até mesmo inferior ou igual a 300 Pascal, ou inclusivamente uma sensibilidade entre 50 Pascal e 300 Pascal, representaria um bom compromisso entre o custo do dispositivo e o método de controle a ser implementado.

[038]Na prática, os inventores determinaram que essa sensibilidade era uma porcentagem da ordem de 5% (ou menos) do valor ΔP0 representativo da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho de filtração for novo. Normalmente e em um sistema de filtração de acondicionamento contendo e recebendo uma pluralidade de cartuchos de filtração, é normal obter valores ΔP0 próximos aos 100 milibares (10.000 Pascal), por exemplo entre 50 milibares (5.000 Pascal) e 150 milibares (15.000 Pascal).

[039]A escala de medição do dispositivo preferencialmente se estende ao longo de uma faixa entre 75.000 Pascal e 450.000 Pascal, preferencialmente entre 75.000 Pascal e 300.000 Pascal e mais preferencialmente ainda entre 100.000 Pascal e 200.000 Pascal. A faixa da escala de medição foi determinada pelos inventores em conexão com o valor ΔP0 representativo da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho de filtração for novo. A faixa dessa escala é preferencialmente determinada de modo a ser capaz de monitorar a variação da medida ΔP em pelo menos uma faixa entre um limiar inferior de zero (0*ΔP0) e um limiar superior entre 1,5*ΔP0 e 3*ΔP0, de preferência entre 1,5*ΔP0 e 2*ΔP0. Por exemplo, a escala varia entre 0 Pascal e 150.000 Pascal.

[040]O método também compreende a definição de um limiar superior Sh pre-determinado, representativo de uma certa quantidade de obstrução e/ou de um limiar inferior Sb, representativo de uma passagem preferencial (uma fuga).

[041]O método compreende ainda uma etapa de teste durante o qual a refe-rida medição S1 é comparada ao limiar superior Sh predeterminado e ao limiar inferior Sb predeterminado, de forma a considerar o referido pelo menos um cartucho de filtração como sendo não conforme quando a diferença de pressão medida na etapa de medição S1 estiver fora da faixa localizada entre tal limiar superior Sh e o referido limiar inferior Sb.

[042]No caso de um sistema de filtração compreendendo vários cartuchos de filtração, todos esses cartuchos são considerados como sendo não conformes.

[043]Dessa forma e quando a medição da diferença de pressão atingir ou exceder o limiar superior Sh, o referido pelo menos um cartucho de filtração é consi-derado como não conforme. Portanto, é recomendado que ele seja substituído por um novo cartucho. É importante observar que esse limiar superior é todavia determinado a um valor ΔP representativo de um cartucho de filtração integral, especialmente um cartucho esterilizante integral (representativo de um conjunto de cartuchos de filtração integrais no caso de um sistema de filtração com vários cartuchos). De acordo com uma modalidade vantajosa, a qual é desenvolvida a seguir, esse limiar superior Sh é adicionalmente determinado, além disso, de modo a ser suficientemente baixo para evitar um consumo adicional de eletricidade por parte dos compressores que geram o fluxo de gás a ser filtrado.

[044]Quando a medição da diferença de pressão atingir ou cair abaixo do li-miar inferior Sb, pelo menos um cartucho de filtração apresenta um risco de passagem preferencial (uma fuga). Esse cartucho é então considerado como sendo não integral e, consequentemente, não conforme. No caso de um sistema de filtração compreen-dendo vários cartuchos de filtração, todos os cartuchos de filtração são considerados como sendo não integrais. Nesse conjunto, todos ou parte dos cartuchos de filtração podem ser não integrais. Assim sendo, o método pode ser seguido por uma etapa para identificar o(s) cartucho(s) de filtração não integral(ais) nesse conjunto, assim que esses forem removidos do sistema de filtração.

[045]De acordo com uma modalidade, o método pode compreender uma etapa preliminar para medir a diferença de pressão ΔP0 representativa da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho de filtração for novo. Vantajosamente, o método inclui uma etapa de calibração durante o qual um cálculo é particularmente utilizado para determinar o referido limiar superior Sh e/ou o limiar inferior Sb, dependendo da referida diferença de pressão ΔP0 medida.

[046]Assim, o limiar superior Sh e o limiar inferior Sb podem ser definidos pelas seguintes fórmulas: Sh=f(ΔP0) e Sb=g(ΔP0) com f e g das funções.

[047]Por exemplo e, de acordo com uma modalidade, o limiar superior Sh e o limiar inferior Sb podem ser facilmente determinados pelas seguintes relações: Sh = Kh * ΔP0 em que Kh sendo uma constante. De forma semelhante, o limiar inferior é definido pela seguinte fórmula: Sh = Kh * ΔP0 em que Kb é uma constante.

[048]De acordo com ainda uma outra modalidade, gráficos (ou tabelas de cor-respondência) podem ser utilizados para determinar os valores dos limiares superio-res e inferiores de acordo com o valor de ΔP0 medido.

[049]Dessa forma e de acordo com esse recurso vantajoso da invenção, a definição do limiar superior Sh e do limiar inferior Sb não necessita levar em conside-ração os recursos específicos do cartucho de filtração a ser testado. Além disso, o método de controle, bem como a definição dos limiares superior e inferior, podem ser implementados sem ter conhecimento dos recursos técnicos específicos do cartucho de filtração.

[050]O processo, e particularmente a decisão a respeito da conformidade do referido pelo menos um cartucho de filtração, podem ser implementados sem o uso de meio de computador.

[051]Alternativamente e segundo uma modalidade, o método pode compre-ender as seguintes etapas, implementados por meio de computador: - uma etapa de emissão de um sinal compreendendo uma medição relativa à diferença de pressão ΔP medida durante a etapa de medição (S1), - uma etapa de registro do referido valor da diferença de pressão medida, em um arquivo de computador, em um intervalo de tempo ou de forma contínua.

[052]Uma vez que as medições são efetuadas no tempo t, tal método pode incluir uma etapa para gerar um arquivo de computador compreendendo um parâme-tro de tempo t que é representativo das medições, para cada valor de diferença de pressão medido. Dessa forma é possível monitorar a alteração na diferença de pressão ΔP em função do tempo. O método pode assim proporcionar a geração de uma curva representativa da alteração na diferença de pressão ΔP em relação ao tempo t e sua exibição em uma tela de controle. Tipicamente em t=0, a diferença de pressão medida corresponde à diferença de pressão ΔP0 quando o(s) cartucho(s) do sistema de filtração é(são) novo(s).

[053]A implementação de meio de computador ainda permite uma etapa para a geração de um sinal de aviso Ae; Af quando a referida diferença de pressão medida estiver fora da referida faixa entre o referido limiar superior Sg e o referido limiar inferior Sb.

[054]Especificamente, de acordo com o diagrama apresentado na Figura 5, o método, quando implementado por meio de computador, pode compreender as se-guintes etapas após o registro do referido limiar superior Sh e/ou o referido limiar in-ferior Sb: - a etapa de teste que compreende a comparação da diferença de pressão medida durante a etapa de medição S1 com o referido limiar inferior (etapa S2 do diagrama) e o limiar superior (etapa S3 do diagrama), - a geração de um sinal de aviso Ae; Af quando a referida diferença de pressão medida atingir o limiar superior Sg ou o limiar inferior Sb.

[055]Os meio de computador podem ainda ser implementados para executar a etapa de calibração S01 de forma automática e, dessa forma, automaticamente gerar o limiar superior Sh e/ou o limiar inferior Sb após cada substituição do cartucho de filtração.

[056]Dessa forma, os meio de computador podem ser utilizados para executar as seguintes etapas: - medir MES_1 e registrar a diferença de pressão ΔP0 (etapa S00 do dia-grama), - definir o limiar superior Sh e/ou o limiar inferior Sb em relação à diferença de pressão medida ΔP0 (etapa S01 do diagrama).

[057]Para a etapa utilizado para determinar o limiar superior e o limiar inferior, dependendo de ΔP0, as relações anteriormente citadas podem ser usadas.

[058]Portanto, o método completo pode ser aquele que está ilustrado no dia-grama da Figura 5, e que corresponde aas seguintes etapas: - a etapa de medição S01 (MES_1) para o qual a diferença de pressão ΔP0 é medida quando o(s) cartucho(s) do sistema de filtração é(são) novo(s), - a etapa de calibração S02 (CALC_ET) para o qual o limiar superior Sh e o limiar inferior Sb são definidos, notavelmente por cálculo, em relação à diferença de pressão ΔP0, - a etapa de medição S1 (MES-2) durante o qual uma diferença de pressão ΔP, representativa da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração F1; F2, é medida, - a etapa de teste S2 durante o qual a referida diferença de pressão, medida durante a etapa S1 é comparada com o limiar inferior Sb, determinado durante a etapa S02, - a etapa de teste S3 durante o qual a referida diferença de pressão, medida durante a etapa S1, é comparada ao limiar inferior Sb, determinado durante a etapa S02.

[059]De acordo com este diagrama e de forma geral: - no caso em que a diferença de pressão, medida durante a etapa S1, for igual ou inferior ao limiar inferior Sb, um sinal de aviso sobre "fuga" é emitido, - no caso em que a diferença de pressão, medida durante a etapa S1, for igual ou superior ao limiar superior Sh, um sinal de aviso sobre "obstrução" é emitido.

[060]As etapas S1, S2 e S3 são periodicamente repetidos em intervalos re-gulares a fim de assegurar que o sistema de filtração é monitorado ao longo do tempo.

[061]De acordo com uma modalidade, o valor do limiar superior Sh pode estar entre 1,3*ΔP0 e 3*ΔP0, preferencialmente entre 1,4*ΔP0 e 2*ΔP0, e mais preferencialmente entre 1,4 *ΔP0 e 1,6*ΔP0. Nesse caso, a constante Kh pode então estar entre 1,3 e 3, preferencialmente entre 1,4 e 2 e mais preferencialmente entre 1,4 e 1,6. De acordo com as constatações dos inventores, na maioria dos casos, a uma diferença de pressão medida em 3*ΔP0, o referido pelo menos um cartucho de filtração, particularmente um cartucho esterilizante, pode sempre ser considerado como sendo integral no sentido de que o gás filtrado pode ser considerado estéril.

[062]No entanto e apesar da integridade do referido pelo menos um cartucho não ser questionada, a perda de pressão gerada resulta em um consumo adicional significativo por parte dos compressores necessários para executar a filtração. Esta é a razão pela qual um limiar superior com um valor inferior é preferível, notavelmente entre 1,4*ΔP0 e 2*ΔP0, preferencialmente entre 1,4 *ΔP0 e 1,6*ΔP0. A definição de tal limiar superior permite evitar esse consumo adicional de eletricidade por parte dos compressores.

[063]Em relação ao valor do limiar inferior Sb, esse pode estar entre 0,7*ΔP0 e 0,95*ΔP0, preferencialmente entre 0,88*ΔP0 e 0,92*ΔP0. A constante Kb pode então estar entre 0,7 e 0,95, preferencialmente entre 0,88 e 0,92.

[064]As figuras 2 e 3 ilustram exemplos, sem limitação, de diferentes curvas representativas dos vários cenários dos cartuchos de filtração controlados em linha.

[065]O exemplo na Figura 2 ilustra um primeiro cenário de alteração na dife- rença de pressão medida ΔP, a partir de t=0 correspondente à renovação dos cartu-chos de filtração do sistema de filtração. De acordo com esse exemplo, pelo fato dos cartuchos de filtração estarem obstruídos, a diferença de pressão ΔP, medida na etapa S1, aumenta progressivamente até atingir, e depois exceder o limiar superior Sh definido como 1,5*ΔP0. Quando esse limiar superior Sh for atingido, um sinal de aviso Ae é emitido. Esse sinal é interpretado como excesso de obstrução. É recomen-dável que o referido pelo menos um cartucho de filtração seja substituído.

[066]O exemplo na Figura 3 ilustra um segundo cenário de alteração na dife-rença de pressão medida ΔP, a partir de t=0 correspondendo à renovação dos cartu-chos de filtração do sistema de filtração. De acordo com esse exemplo, pelo fato dos cartuchos de filtração estarem obstruídos, a diferença de pressão ΔP, medida na etapa S1, aumenta progressivamente e, em seguida, começar a cair até atingir e cair abaixo do limiar inferior definido como 0,9*ΔP0. Quando esse limiar inferior Sb for atingido, um sinal de aviso Af é emitido. Esse sinal de aviso é interpretado como uma passagem preferencial no sistema de filtração (uma fuga), notavelmente uma falha de integridade.

[067]O exemplo na Figura 4 ilustra um terceiro cenário de alteração na dife-rença de pressão medida ΔP, a partir de t=0 correspondendo à substituição dos car-tuchos de filtração do sistema de filtração. De acordo com esse exemplo, pelo fato dos cartuchos de filtração estarem obstruídos, a diferença de pressão ΔP, medida na etapa S1, aumenta progressivamente e, em seguida, cai repentinamente permanecendo entre os limiares superior e inferior definidos pelo limiar superior e limiar inferior. A análise da curva, visualmente ou por meio de computador de cálculo, pode ser uti-lizada para detectar uma anomalia. Portanto, a observação de martelamento e/ou va-riações repentinas pode ser interpretada como uma anomalia no sistema de gás, no-tavelmente no sistema de filtração. Testes:

[068]O presente requerente realizou testes preliminares no intuito de verificar a pertinência do controle de integridade no cartucho de filtração esterilizante ao monitorar a medição ΔP, representativa da perda de pressão do sistema de filtração. Esses testes foram conduzidos em cartuchos de filtração com 6 cm de diâmetro. Esses são cartuchos esterilizantes classificados de 0,01 micrômetros. Esses cartuchos de filtração são usados em um sistema de filtração ilustrado na foto fornecida na Figura 6 e cujo acondicionamento acomoda 20 cartuchos de filtração.

[069]Esse sistema de filtração é projetado para esterilizar o ar, o qual é então usado nos processos de fermentação em lotes, no tipo de instalação ilustrado na Fi-gura 1. Esses cartuchos compreendem cartuchos da marca PALL CPFR e cartuchos da marca PARKER ZCHT.

[070]Uma bancada de teste, ilustrada na foto na Figura 7, foi adicionalmente projetada. Essa bancada de teste está conectada à fonte de ar comprimido da insta-lação. Esta bancada de teste inclui: - um fluxômetro 2, - um acondicionamento 3 projetado para acomodar um cartucho de filtração a ser testado, - um dispositivo de medição da diferença de pressão 1, nesse caso um sensor de pressão diferencial MAGNEHELIC, cuja escala de medição no indicador se es-tende de 0 a 15 quilopascal, - uma válvula de controle de fluxo 4, - uma válvula de corte 5.

[071]Essa bancada de teste permite a implementação do protocolo de teste que compreende as seguintes etapas: 1) Assegurar que o ponto zero do sensor de pressão diferencial esteja corre-tamente ajustado, 2) Instalar um novo cartucho no acondicionamento 3, 3) Fechar as válvulas 4 e 5, 4) Abrir a válvula de fornecimento de ar da rede da instalação, 5) Abrir a válvula de corte 5, 6) Abrir e ajustar a válvula de controle de fluxo 4 até que a taxa de fluxo de teste determinada possa ser lido no fluxômetro, 7) Verificar se o dispositivo está corretamente indicando o valor de referência (ΔP0) determinado para esse cartucho, 8) Fechar a válvula de corte 5, 9) Substituir o cartucho novo com por um cartucho a ser controlado (do mesmo tipo), 10) Abrir a válvula de corte 5, 11) Ler a pressão diferencial (ΔP).

[072]Essa bancada de teste foi particularmente usada para controlar os car-tuchos de filtração PALL CPFR supracitados, após um ano e meio (1,5 anos) de uso para filtrar o ar utilizado nos processos de fermentação industrial.

[073]Para implementar esse teste, os valores de taxa de fluxo, diferença de pressão ΔP0, limiar superior Sh e limiar inferior Sb são os seguintes:

[074]O seguinte é considerado de acordo com esse teste e de forma seme-lhante à invenção: a) Se ΔP, medido na etapa 11 do protocolo, for menor ou igual ao limiar inferior Sb, o cartucho de filtração é não integral, b) Se ΔP, medido na etapa 11 do protocolo, estiver estritamente acima do limiar inferior e estritamente abaixo do limiar superior, o cartucho é considerado como sendo integral e em conformidade, c) Se o ΔP medido for maior ou igual ao limiar superior, o cartucho está obs-truído e sua substituição é recomendada; tal cartucho não deve ser necessariamente considerado como não integral.

[075]Os cartuchos de filtração usados, mencionados acima, foram testados de acordo com esse protocolo. Os cartuchos, cujo ΔP está entre o limiar inferior e o limiar superior, considerados em conformidade, foram mantidos.

[076]Cinco cartuchos considerados como em conformidade foram devolvidos ao fabricante para testes convencionais de integridade, notavelmente um teste de ae-rossol reconhecido pelo fabricante, efetuado utilizando um dispositivo "Valairdata II tipo WVA203FFV" da empresa PARKER HANNIFIN e em um instrumento de teste de integridade "Flowstar IV" da PALL Company.

[077]Todos os cartuchos considerados em conformidade com o protocolo de teste foram considerados integrais pelo fabricante. LISTA DE PEÇAS 1. Dispositivo de medição da diferença de pressão, 2. Fluxômetro (bancada de teste), 3. Acondicionamento (bancada de teste), 4. Válvula de controle de fluxo (bancada de teste), 5. Válvula de corte (bancada de teste), Ae. Sinal de obstrução, Af. Sinal de fuga, C1. Primeira conexão de pressão, C2. Segunda conexão de pressão, F1; F2. Sistema de filtração, R. Reator de Fermentação, Sh. Limiar superior, Sb. Limiar inferior, ΔP. Diferença de pressão (Etapa S1), ΔP0. Diferença de pressão (para um sistema de filtração com novo(s) cartu- cho(s),

Claims

1. Método para controle em linha da integridade de um sistema de filtração implementado em um processo industrial envolvendo a filtração de um gás através do referido sistema de filtração, em que o processo industrial é um processo industrial para o qual a referida filtração é uma filtração esterilizante, o referido sistema de filtração (F1; F2) compreendendo pelo menos um cartucho de filtração, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende pelo menos as etapas seguintes: uma etapa de medição (S1) durante a qual uma diferença de pressão ΔP, representativa da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração (F1; F2), é me-dida, uma etapa de teste (S2, S3) durante a qual a referida medição (S1) é compa-rada a um limiar superior predeterminado (Sh) e um limiar inferior predeterminado (Sb), de forma a considerar o referido pelo menos um cartucho de filtração não estiver em conformidade quando a diferença de pressão medida na etapa de medição (S1) estiver fora da faixa localizada entre o referido limiar superior (Sh) e o referido limiar inferior (Sb), o referido método compreendendo uma etapa preliminar (S01) para medir a diferença de pressão ΔP0 representativa da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho de filtração é novo, e uma etapa de calibração durante a qual um cálculo é notavelmente utilizado para determinar os referidos limiar superior (Sh) e limiar inferior (Sb), dependendo da referida diferença de pressão ΔP0 medida, e em que a medição da diferença de pressão feita durante a etapa de medição (S1) é realizada por meio de um dispositivo de medição da diferença de pressão tendo sensibilidade de 5% ou menos do valor ΔP0 representativo da perda de pressão ge-rada pelo sistema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho de filtração é novo, e em que ΔP0 sendo a perda de pressão gerada pelo sistema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho é novo, e em que o valor do limiar inferior (Sb) está entre 0,7*ΔP0 e 0,95*ΔP0 e em que o valor do limiar superior (Sh) está entre 1,3*ΔP0 e 3*ΔP0, e em que o estado de integridade ao referido pelo menos cartucho no sentido de que os gases filtrados são considerados estéreis é implementado monitorando so-mente a diferença de pressão ΔP, representativo da perda de pressão gerada pelo sistema de filtração (F1; F2).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o valor do limiar superior (Sh) está entre 1,4*ΔP0 e 2*ΔP0.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o valor do limiar superior (Sh) está entre 1,4*ΔP0 e 1,6ΔP0.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que ΔP0 sendo a perda de pressão gerada pelo sis-tema de filtração quando o referido pelo menos um cartucho é novo, e em que o valor do limiar inferior (Sb) está entre 0,88*ΔP0 e 0,92*ΔP0.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a medição da diferença de pressão feita durante a etapa de medição (S1) é realizada por meio de um dispositivo de medição da dife-rença de pressão com sensibilidade inferior a 750 Pascal, o referido dispositivo tendo uma primeira conexão de pressão (C1) a jusante do sistema de filtração e uma se-gunda conexão de pressão (C2) a montante do sistema de filtração.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a medição da diferença de pressão feita durante a etapa de medição (S1) é rea-lizada por meio de um dispositivo de medição da diferença de pressão tendo sensibi-lidade entre 50 Pascal e 200 Pascal.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as seguintes etapas, implementados por meio de computador: uma etapa de emissão de um sinal compreendendo uma medição relativa à diferença de pressão ΔP medida durante a etapa de medição (S1), uma etapa de registro do referido valor da diferença de pressão medida, em um arquivo de computador, em um intervalo de tempo ou em uma forma contínua.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma etapa de geração de um sinal de aviso (Ae; Af) quando a refe-rida diferença de pressão medida estiver fora da referida faixa entre o referido limiar superior (Sh) e o referido limiar inferior (Sb).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de filtração (F1; F2) compreende uma pluralidade de cartuchos de filtração, a referida diferença de pressão medida na etapa de medição (S1) sendo representativa da perda de pressão gerada por todos os car-tuchos de filtração.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a sensibilidade de medição é inferior a 750 Pas-cal, preferencialmente inferior ou igual a 300 Pascal e ainda mais preferencialmente entre 50 Pascal e 200 Pascal.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a escala de medição compreende uma faixa entre 75.000 Pascal e 450.000 Pascal, preferencialmente entre 75.000 Pascal e 300.000 Pascal e mais preferencialmente entre 75.000 Pascal e 200.000 Pascal.

12. Uso de um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo industrial é um processo indus-trial que fornece taxas de fluxo normal de gás para o sistema de filtração superiores a 100 Nm3/h.

13. Uso de um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo industrial é um processo indus-trial para o qual a referida filtração é uma filtração esterilizante.

14. Uso de um método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo industrial é um processo de fermentação industrial e em que o sistema de filtração (F1; F2) é utilizado para tratar o ar que alimenta o reator de fermentação (R) ou o tanque de um material (GI), tal como a glicose que alimenta o reator de fermentação (R).