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Quelles solutions pour une totale compatibilité chimique et thermique avec les API ?

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L’évolution permanente des procédés en chimie fine, et notamment l’emploi d’une grande variété de solvants de synthèse, oblige à réfléchir constamment à la bonne adéquation technico-économique entre les matériaux employés et les contraintes opérationnelles. Article écrit par Christophe Lextrait, Directeur général de Sofise, ingénieur en sciences des matériaux, spécialisé en filtration chimie fine pharmaceutique.

La fabrication de principes actifs (API pour Active Pharmaceutical Ingredients), destinés à l’industrie pharmaceutique, relève toujours de productions complexes. Les équipements sont ainsi soumis à des exigences réglementaires (GMP, DESP, Atex, etc…) de plus en plus élevées et à
un large éventail de conditions opératoires. La grande variété des températures de service (et
parfois leur maintien, pour éviter par exemple des cristallisations) associée à des mélanges diversifiés de produits chimiques, les solvants de synthèse entre autres, imposent des développements des matériaux employés. Les équipements de filtration n’échappent évidemment pas à ces contraintes. Le challenge pour la fabrication des corps de filtres est donc multiple. Il doit
notamment recouvrir le respect des normes GMP, le respect des normes internationales (par exemple la Directive européenne des systèmes sous pression 2014/68/EU), la compatibilité des matériaux avec les produits chimiques agressifs et, en raison de l'utilisation de solvants, doit
répondre à la classification Atex appropriée pour permettre le fonctionnement dans des
atmosphères potentiellement explosives. Quand les aciers inoxydables ne sont pas compatibles, une technique consiste à les utiliser comme substrats sur lesquels on rajoute une couche polymère. Les surfaces obtenues sont alors pratiquement non réactives aux produits chimiques. Le choix des revêtements disponibles : PTFE, FEP, ECTFE et PFA pour les plus usités, offre un spectre de compatibilité assez large. Les couches supérieures (i. e. les faces externes des corps de filtres) sont en conformité avec les exigences FDA et/ou Atex. Mais ces techniques ont des limites. Les revêtements fluoropolymères restent malheureusement toujours soumis au phénomène connu de perméation. Ceci ne correspond pas à une pénétration dans un milieu microporeux mais à des phénomènes d’adsorption, de diffusion et de désorption moléculaires.
Une défaillance, par ces « migrations » chimiques au travers de la couche et délaminage du revêtement sur le substrat, est inévitable. Ces réactions sont très difficilement modélisables et très peu prédictives avec des essais en laboratoire. Même si certains grands industriels de
la chimie ont travaillé sur ces sujets et ont permis d’élaborer des couches ayant une meilleure
résistance à la perméation, ces solutions ne demeurent pas parfaites dans le temps et les équipements ont donc des durées de vie limitées. Il est parfois possible d’utiliser des corps de filtre en PTFE ou PFA massif. On peut alors utiliser des fluides de procédés sur lesquels les autres matériaux communément utilisés ne pourraient survivre à long terme. Les inconvénients
majeurs résident dans la limite des designs disponibles (convient uniquement aux petits
équipements) et dans les restrictions opératoires: ils peuvent être utilisés uniquement en basse
pression (6 bar maximum) et basse température (40 °C maximum). Pour pallier à ces contraintes, on peut fabriquer les corps de filtres avec des alliages métalliques plus exotiques: par exemple
en Hastelloy C22, Uranus B6, Super Duplex. Outre le fait qu’il n’y ait pas de revêtement, ce qui constitue donc une solution de long terme, tous les designs technologie Filtration sont envisageables par usinage, mécano-soudures, etc… Mais ces solutions ne sont encore pas totales car l’usage peut être non recommandé, notamment avec certains acides agressifs. tantaline: la solution ultime Le tantale est un métal réfractaire avec une résistance exceptionnelle
à la corrosion. Il résiste par exemple aux environnements où les « hastelloy » seraient défaillants. La tantaline consiste à déposer une fine couche de tantale sur un composant inoxydable. Cette opération se fait par déposition chimique en phase vapeur, CVD (Chemical Vapor Deposition). Ces techniques épitaxiales sont bien connues dans la fabrication des « wafers » en industrie microélectronique. Ceci n’est pas un revêtement. La couche est physico-chimiquement « soudée » au substrat, et donc pas sujette aux phénomènes de perméation. Au final, ces corps de filtre offrent des surfaces externes avec la résistance à la corrosion du tantale pur. Ceci constitue  aujourd’hui la solution unique pour les utilisations dans les environnements les plus chimiquement agressifs et ayant la plus grande durée de vie (quelques décennies dans le cadre d’une utilisation conforme aux bonnes pratiques). Les ingénieurs de Sofise-Solutions Filtration Services, en relation avec le bureau d’études de notre partenaire exclusif Amazon Filters, peuvent vous conseiller et définir, pour vous, les solutions les plus appropriées en fonction de vos process.

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