Cách chọn vải lọc dược phẩm theo vật liệu, đặc tính và ứng dụng

Lựa chọn vải lọc dược phẩm không nên chỉ dựa trên tên vật liệu hoặc một thông số micro trên tài liệu kỹ thuật. Hiệu quả của vật liệu lọc còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc vải, khả năng giữ hạt, độ thấm khí hoặc chất lỏng, độ bền, khả năng làm sạch và yêu cầu kiểm soát tĩnh điện.

Bài viết này sẽ phân tích các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn vải lọc dược phẩm, từ vật liệu, cấu trúc và đặc tính kỹ thuật đến ứng dụng trên từng nhóm thiết bị. Đây cũng là hướng tiếp cận mà Sepro và Betaratio theo đuổi trong quá trình phát triển các giải pháp lọc cho nhà máy dược.

Vải lọc dược phẩm là gì?

Vải lọc dược phẩm là nhóm vật liệu lọc dạng vải, lưới hoặc cấu trúc sợi được sử dụng trong các công đoạn cần kiểm soát sự di chuyển của hạt, bột, khí hoặc chất lỏng trong quá trình sản xuất.

Tùy theo thiết bị và mục đích sử dụng, vải lọc có thể đóng vai trò giữ lại pha rắn, cho dòng khí hoặc chất lỏng đi qua, thu hồi bột hoặc hỗ trợ phân loại vật liệu theo kích thước.

Vai trò của vải lọc trong sản xuất dược phẩm

Khái niệm “lọc” trong sản xuất dược phẩm không chỉ giới hạn ở việc cho chất lỏng đi qua một lớp vật liệu để giữ lại cặn.

Vải lọc dược phẩm được sử dụng để:

• Giữ hoặc phân tách hạt trong dòng khí hoặc chất lỏng.
• Cho khí đi qua trong các quá trình sấy hoặc xử lý bột.
• Thu hồi bột và hạn chế vật liệu thoát khỏi khu vực xử lý.
• Phân tách rắn – lỏng trong các thiết bị cơ học.
• Sàng và phân loại hạt theo kích thước yêu cầu.

Do đó, yêu cầu kỹ thuật của vải lọc có thể thay đổi đáng kể giữa từng thiết bị và quá trình.

Các thiết bị sử dụng vải lọc dược phẩm

Trong nhà máy dược phẩm, vải lọc có thể xuất hiện ở nhiều thiết bị khác nhau 

• Trong nhà máy dược phẩm, vải lọc có thể xuất hiện ở nhiều thiết bị khác nhau như:
  • Thiết bị lọc được sử dụng trong nhà máy dược:

  Máy sấy tầng sôi	Máy ly tâm
  Máy ép khung bản	Máy lọc bụi

• • Vải lọc được sử dụng để sản xuất những sản phẩm lọc như sau:

  Túi sấy tầng sôi	Túi thông khi	Khớp nối vải	Túi lọc chất lỏng
  Túi thu hồi bột mịn	Lưới lọc	Lưới sàn

Mỗi ứng dụng có yêu cầu khác nhau về khả năng giữ hạt, lưu lượng, độ bền hoặc khả năng làm sạch. Vì vậy, trước khi so sánh các thông số kỹ thuật, cần hiểu rõ vật liệu và cấu trúc cơ bản của loại vải lọc đang được xem xét.

Vật liệu và cấu trúc vải lọc

Hai yếu tố cần phân biệt khi đánh giá một vải lọc là vật liệu nền và cấu trúc vải.

Vật liệu cho biết loại polymer hoặc sợi được sử dụng để tạo nên sản phẩm, trong khi cấu trúc thể hiện cách các sợi được dệt, liên kết hoặc tạo thành bề mặt lọc. Cùng một vật liệu nhưng khi được sản xuất thành các cấu trúc khác nhau, đặc tính giữ hạt, độ thấm và độ bền có thể thay đổi.

Các cấu trúc vải lọc phổ biến: Woven, Felt và Mesh

Bên cạnh vật liệu, cấu trúc vải có ảnh hưởng trực tiếp đến các vật liệu thực hiện chức năng lọc.

 Điểm cần lưu ý là cùng một loại vật liệu nhưng cấu trúc khác nhau có thể tạo ra đặc tính lọc khác nhau. Vì vậy, vật liệu nền và cấu trúc vải nên được xem xét đồng thời trước khi đi vào các thông số kỹ thuật cụ thể.

5 đặc tính kỹ thuật cần đánh giá khi chọn vải lọc dược phẩm

Sau khi xác định vật liệu và cấu trúc, bước tiếp theo là xem xét các đặc tính quyết định cách vải hoạt động trong quá trình thực tế.

Trong đó, năm nhóm đặc tính quan trọng gồm khả năng giữ hạt, độ thấm, độ bền cơ học, khả năng làm sạch và khả năng kiểm soát tĩnh điện.

1. Kích thước và độ đồng đều của lỗ lọc

Micro hoặc kích thước lỗ lọc thường là một trong những thông tin đầu tiên được sử dụng để so sánh các loại vải lọc dược phẩm.

Thông số này có liên quan đến khả năng giữ hạt, nhưng không phản ánh toàn bộ hiệu năng của vật liệu.

Hai loại vải lọc có cùng giá trị micron vẫn có thể hoạt động khác nhau do sự khác biệt về:

• Độ đồng đều của lỗ lọc.
• Phân bố kích thước lỗ.
• Cấu trúc dệt.
• Bề mặt vải.
• Độ thấm khí.
• Trạng thái của vật liệu sau nhiều chu kỳ sử dụng.

Trong thực tế, nếu cấu trúc lỗ không đồng đều, khả năng giữ hạt giữa các vị trí trên bề mặt vải lọc có thể khác nhau.

Ngược lại, việc lựa chọn kích thước quá nhỏ cũng không mặc định là tốt hơn. Khả năng giữ hạt phải được cân bằng với lưu lượng cần thiết của quá trình.

Do đó, micro nên được xem là một phần của bài toán lựa chọn, không phải tiêu chí duy nhất.

2. Độ thấm khí và khả năng duy trì lưu lượng

Đối với các ứng dụng sử dụng lưu lượng khí thực tế, độ thấm khí là một đặc tính quan trọng của vật liệu.

Cần phân biệt độ thấm khí của vải với luồng khí của toàn hệ thống độ thấm khí mô tả khả năng cho khí đi qua vật liệu trong điều kiện đo xác định, trong khi lưu lượng khí thực tế còn phụ thuộc vào thiết kế thiết bị và nhiều yếu tố vận hành khác.

Trong túi sấy tầng sôi, khả năng duy trì dòng khí có thể liên quan trực tiếp đến:

• Sự lưu hóa của lớp bột (tạo hạt tầng sôi – kết dính các tiểu phân bột mịn thành hạt cốm)
• Quá trình sấy.
• Sự phân bố khí.
• Độ ổn định của quá trình.

Nếu vải giữ hạt tốt nhưng làm cản trở dòng khí quá mức, hiệu quả vận hành có thể bị ảnh hưởng. Ngược lại, nếu cấu trúc quá thoáng, khả năng giữ hạt có thể không đáp ứng yêu cầu.

Vì vậy, lựa chọn cần hướng đến sự cân bằng giữa khả năng giữ hạt và khả năng duy trì lưu lượng.

3. Độ bền cơ học

Vải lọc không chỉ hoạt động như một lớp vật liệu tĩnh. Trong nhiều thiết bị, vải phải chịu các tác động cơ học lặp lại trong suốt thời gian sử dụng.

Các tải thường gặp có thể bao gồm:

• Rung hoặc giũ.
• Chênh lệch áp suất.
• Kéo căng khi vận hành.
• Tháo và lắp lại.
• Chu kỳ vệ sinh.
• Sử dụng lặp lại trong thời gian dài.

Vì vậy, khi đánh giá độ bền của vải lọc, cần xem xét:

• Điều kiện chịu tải thực tế và các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp, như độ bền bục (bursting strength), nếu có dữ liệu.
• Thiết kế đường may, vị trí kết nối và các khu vực thường xuyên chịu ứng suất.

4. Khả năng nhả bột và làm sạch

Trong các quá trình xử lý bột, một phần sản phẩm có thể bám trên bề mặt hoặc xâm nhập vào cấu trúc vải. Theo thời gian, hiện tượng này có thể làm tăng mức độ tắc nghẽn bề mặt, thường được mô tả bằng các khái niệm như clogging hoặc blinding.

Khi đó, vấn đề không chỉ nằm ở khả năng giữ hạt mà còn ở việc:

• Bột có dễ tách khỏi bề mặt hay không.
• Vải có thể được vệ sinh hiệu quả hay không.
• Sau vệ sinh, khả năng cho khí hoặc chất lỏng đi qua có được phục hồi hay không.

Đặc tính này đặc biệt đáng quan tâm với các ứng dụng vận hành lặp lại, nơi vải phải trải qua nhiều chu kỳ sản xuất và vệ sinh. Nếu bột tích tụ ngày càng nhiều, lưu lượng có thể thay đổi mặc dù vật liệu ban đầu vẫn chưa bị rách hoặc hư hỏng rõ ràng.

Do đó, khả năng nhả bột và làm sạch nên được xem là một phần của hiệu năng vận hành dài hạn, thay vì chỉ đánh giá vải ở trạng thái mới.

5. Khả năng dẫn điện và kiểm soát tĩnh điện

Trong quá trình xử lý bột, sự ma sát giữa hạt, vật liệu và bề mặt thiết bị có thể hình thành điện tích. Tuy nhiên, chỉ sử dụng vật liệu dẫn điện chưa đồng nghĩa toàn bộ hệ thống đã được kiểm soát tĩnh điện.

Cần xem xét đồng thời:

• Cấu trúc sợi dẫn điện.
• Tính liên tục của đường dẫn điện.
• Cách lắp đặt sản phẩm.
• Điểm kết nối.
• Hệ thống nối đất của thiết bị.

Nói cách khác, vải dẫn điện là một thành phần trong hệ thống kiểm soát tĩnh điện, không phải giải pháp hoạt động độc lập.

Khi thay đổi vật liệu hoặc thiết kế, cần xem xét sự tương thích với cấu trúc grounding hiện có của thiết bị.

Cần xác định những thông tin gì trước khi chọn hoặc thay vải lọc?

Việc lựa chọn vải sẽ chính xác hơn khi có đủ thông tin về thiết bị, sản phẩm cần lọc và điều kiện vận hành.

Thay vì bắt đầu bằng câu hỏi “nên dùng loại vải nào?”, có thể bắt đầu từ một checklist kỹ thuật.

1. Thông tin thiết bị

Cần xác định:

• Hãng sản xuất.
• Model.
• Loại thiết bị.
• Cơ chế vận hành.

Thông tin này giúp xác định phạm vi sử dụng và các yêu cầu cơ bản của sản phẩm lọc.

2. Drawing hoặc mẫu hiện tại

Nếu có thể, nên cung cấp drawing hoặc mẫu vải đang sử dụng để kiểm tra:

• Kích thước.
• Hình dạng.
• Kiểu kết nối.
• Đường may.
• Vị trí gia cường.

3. Đặc tính của sản phẩm cần lọc

Các thông tin có thể gồm:

• Bột hay chất lỏng.
• Kích thước hạt.
• Độ ẩm.
• Những đặc tính liên quan đến quá trình.

4. Điều kiện vận hành

Cần xem xét:

• Nhiệt độ.
• Lưu lượng khí hoặc chất lỏng.
• Áp suất nếu có liên quan.
• Thời gian và số chu kỳ vận hành.

5. Yêu cầu kiểm soát tĩnh điện

Nếu thiết bị sử dụng vải dẫn điện, cần xác định cấu trúc hiện tại và phương án grounding của hệ thống.

6. Quy trình vệ sinh và vấn đề đang gặp

Thông tin như phương pháp vệ sinh, hóa chất, sấy và tần suất làm sạch có thể ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn vật liệu.

Ngoài ra, nên ghi nhận các hiện tượng đang xảy ra như:

• Luồng khí giảm.
• Bột thất thoát.
• Khó làm sạch.
• Vải rách.
• Vải biến dạng.
• Vấn đề tĩnh điện.
• Tuổi thọ sử dụng thấp.

Những thông tin này giúp việc đánh giá đi từ vấn đề thực tế thay vì chỉ so sánh thông số trên tài liệu.

Quy trình lựa chọn vật liệu đến sản phẩm vải lọc

Sau khi đã xác định yêu cầu vận hành, quá trình triển khai có thể chuyển từ lựa chọn vật liệu  sang thiết kế và đánh giá sản phẩm thực tế.

1. Đánh giá thiết bị và mẫu hiện tại

Bước đầu tiên là xem xét thiết bị, mẫu đang sử dụng và các vấn đề hiện tại.

Mục tiêu là xác định:

• Sản phẩm đang hoạt động trong điều kiện nào.
• Điểm nào đang đáp ứng tốt.
• Vấn đề nào cần cải thiện.
• Yêu cầu kỹ thuật nào cần được duy trì.

Việc này giúp tránh lựa chọn vật liệu mới chỉ dựa trên một thông số riêng lẻ.

2. Lựa chọn vật liệu và cấu trúc cho vải lọc

Từ yêu cầu thực tế, có thể bắt đầu đối chiếu:

• Vật liệu nền.
• Woven, felt hoặc mesh.
• Kích thước và cấu trúc lỗ lọc.
• Độ thấm.
• Khả năng dẫn điện.
• Yêu cầu cơ học.

Mục tiêu của bước này không phải tìm “loại vải tốt nhất”, mà là xác định cấu hình phù hợp hơn với thiết bị và điều kiện vận hành cụ thể.

3. Thiết kế và làm mẫu

Sau khi chọn được hướng vật liệu, cần chuyển sang thiết kế sản phẩm hoàn thiện.

Ngoài bản chất vải lọc, thiết kế còn có thể liên quan đến:

• Kích thước.
• Kiểu kết nối.
• Vị trí gia cường.
• Đường may.
• Hình dạng sản phẩm.

Một mẫu thử giúp kiểm tra sự phù hợp trước khi đi vào sản xuất số lượng lớn.

4. Thử và hiệu chỉnh mẫu

Mẫu cần được đánh giá trên thiết bị hoặc trong điều kiện phù hợp với quá trình thực tế.

Các tiêu chí có thể theo dõi gồm:

• Độ vừa và khả năng lắp đặt.
• Lưu lượng khí hoặc chất lỏng.
• Khả năng giữ hạt.
• Khả năng vệ sinh.
• Hành vi của sản phẩm trong quá trình vận hành.

Nếu có khác biệt so với yêu cầu, thiết kế hoặc vật liệu có thể tiếp tục được hiệu chỉnh trước khi chốt phiên bản sản xuất.

5. Kiểm soát chất lượng trước khi sản xuất

Trước khi sản xuất hàng loạt, các đặc tính quan trọng cần được xác định và kiểm soát phù hợp với yêu cầu của sản phẩm.

Tùy từng loại vải và ứng dụng, nội dung kiểm tra có thể liên quan đến:

• Nguyên liệu.
• Kích thước lỗ lọc.
• Độ thấm khí.
• Điện trở bề mặt.
• Độ bền bục.
• Kích thước sản phẩm hoàn thiện.

Quy trình này giúp kết nối yêu cầu vận hành với các đặc tính có thể kiểm tra trong quá trình sản xuất.

Kết luận

Việc lựa chọn vải lọc dược phẩm cần được xác nhận bằng kết quả thử nghiệm và tiêu chí chấp nhận rõ ràng. Đây là cơ sở để nhà máy quyết định đưa sản phẩm vào sử dụng, đồng thời theo dõi chất lượng và hiệu quả qua các chu kỳ vận hành.

Sepro hợp tác cùng Betaratio hỗ trợ các giải pháp vải lọc cho nhà máy dược. Dựa trên bản vẽ, mẫu đang sử dụng, model thiết bị và điều kiện vận hành, Sepro phối hợp cùng Betaratio xem xét vật liệu, cấu trúc vải, thiết kế và phương án làm mẫu để nhà máy đánh giá thực tế.

FAQ

1. Vải lọc dược phẩm thường được làm từ vật liệu gì?

Các vật liệu nền thường gặp gồm Polyester (PES), Polypropylene (PP) và Polyamide (PA). Việc lựa chọn phụ thuộc vào ứng dụng, môi trường tiếp xúc, điều kiện vận hành và cấu trúc lọc cần sử dụng; không có một loại polymer phù hợp cho tất cả thiết bị. 

2. Micro càng nhỏ thì khả năng lọc có càng tốt không?

Không nên đánh giá theo hướng “micron càng nhỏ càng tốt”. Kích thước lỗ cần được xem cùng khả năng giữ hạt, độ đồng đều cấu trúc và lưu lượng mà thiết bị cần duy trì. Một cấu trúc giữ hạt chặt hơn nhưng làm tăng trở lực quá mức chưa chắc phù hợp với quá trình. 

3. Polyester và Polyamide khác nhau như thế nào khi dùng làm vải lọc?

Hai vật liệu có phạm vi ứng dụng khác nhau. Polyester thường xuất hiện trong nhiều cấu trúc lọc kỹ thuật, trong khi Polyamide thường được cân nhắc trong các cấu trúc lưới dùng cho lọc, sàng hoặc phân loại hạt. Việc lựa chọn cần dựa trên ứng dụng thay vì kết luận vật liệu nào tốt hơn tuyệt đối. 

4. Khi nào cần sử dụng vải lọc dược phẩm chống tĩnh điện?

Yêu cầu này cần được xem xét trong các ứng dụng xử lý bột có yêu cầu kiểm soát điện tích. Ngoài thành phần dẫn điện trong vật liệu, cần kiểm tra thiết kế của thiết bị, cách lắp đặt và hệ thống grounding. 

5. Carbon và SS316L trong vải lọc dược phẩm có tác dụng gì?

Carbon và SS316L có thể được sử dụng như thành phần dẫn điện trong cấu trúc vải. Vai trò của chúng là tạo đường dẫn điện trong vật liệu, hiệu quả kiểm soát tĩnh điện vẫn phụ thuộc vào tính liên tục của cấu trúc dẫn điện và cách kết nối với hệ thống nối đất. 

6. Túi sấy tầng sôi cần ưu tiên những đặc tính nào?

Các yếu tố chính gồm:

• Khả năng giữ hạt
• Luồng giữ khí
• Khả năng nhả bột
• Độ bền cơ học
• Kiểm soát tĩnh điện
• Khả năng làm sạch

Các tiêu chí này cần được cân bằng theo điều kiện vận hành của thiết bị thay vì tối ưu riêng một thông số.