不同工况条件下微过滤膜的应用
不同工况条件下微过滤膜的应用由于各使用厂家生产的产品不同,具体的要求也有所区别,因此考虑问题的着重点也各有侧重。在保证空气处理无菌的前提下,如何满足使用厂家的要求,膜材料的选择就显得至关重要。
1 产品因素在如青霉素、土霉素等抗生素产品的发酵过程中,空气处理系统除油、除水前处理较好的情况下,以上介绍的各种膜材料都可以用于除菌过滤器,其可靠性依次排列为聚四氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜>玻纤涂覆氟聚合物微孔膜> Ni质微孔膜。其价格依次排列为聚四氟乙烯微孔膜>Ni质微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜>玻纤涂覆氟聚合物微孔膜。在如虫草、灵芝等真菌类发酵过程中,其发酵工艺对空气系统的无菌要求很高,因此空气除菌系统的可靠性是至关重要的,因此滤芯的膜材料宜选用聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜。
2 系统、设备因素有些企业的设备比较陈旧,管道为碳钢,冷却除水系统效果不够理想。这就需要加强粗过滤和预过滤,一般宜选用容尘量大、有一定厚度的玻璃纤维复合毡滤芯作为粗过滤器(DGF)和预过滤器(JPF-YUD),有时还需要增加一道预过滤器。有些厂家选用聚丙烯纤维作为粗过滤器和预过滤器的滤材,在这种工况条件下是不合适的,因为管道中的铁锈颗粒在高流速的空气作用下,很可能由于聚丙烯纤维过滤精度的不足而穿透,进而将除菌过滤膜击穿,造成整个空气除菌系统失效。除菌过滤器宜选用强疏水性的聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜制成的滤芯。当然最好的解决办法是在资金允许的条件下,改进前处理系统。
3 气候因素中国地域广阔,各个地区的气候条件各不相同,气候条件对生物发酵过程的影响不可忽视。北方和中、西部地区,气候干燥,以上过滤器都可以选用。南方沿海地区,常年气候潮湿,发酵过程中空气系统对除菌滤膜的疏水性要求较高,宜选用强疏水性的聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜。有些厂家使用表面喷涂疏水高分子材料的玻璃纤维滤材,经过多次蒸汽灭菌消毒后,其表面喷涂的疏水高分子材料脱落,疏水性能降低,在空气湿度较大的情况下,除菌过滤的可靠性得不到保证,造成发酵染菌率上升。
4 温度因素从微滤膜材料的耐温性来看,Ni质微孔膜>玻纤涂覆氟聚合物微孔膜>聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。作为过滤元件,滤芯的耐温性还取决于制作滤芯的各种辅材的耐温性能。滤芯的耐温性主要体现在耐蒸汽消毒灭菌上,滤芯的膜孔结构以及疏水性不应在多次消毒后改变,其耐受性依次为Ni质微孔膜>聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜、玻纤涂覆氟聚合物微孔膜。对于高温空气过滤(如喷雾干燥),可以选用Ni质微孔膜。表3滤膜耐温性能对照表膜材质 PTFE PVDF HFGF Ni 长期使用最高温度(℃) 80 80 90 250 短期蒸汽消毒温度(℃) 142 138 140 350 一般来说,蒸汽灭菌只针对除菌过滤器。有些生产厂家在工艺设计上要求定期对整个空气系统进行灭菌,可以在粗过滤器和预过滤器中使用涂覆氟聚合物改进的疏水性玻纤滤材,这样就可以保证在线对整个空气系统进行蒸汽灭菌时,各级过滤器的性能指标不受影响。对除菌过滤器进行灭菌消毒用的蒸汽也必须进行过滤。蒸汽过滤器滤芯可选用聚四氟乙烯烧结膜或不锈钢烧结膜。有些厂家使用过热蒸汽进行灭菌,过热蒸汽的温度与压力不成对应关系,如果仅控制蒸汽压力,往往造成或温度太低灭菌不彻底,或温度过高滤芯损坏。建议使用过热蒸汽灭菌的厂家,在除菌过滤器蒸汽进口前加装温度表。
5 其他因素人为操作不当,也是造成除菌效果不好或者滤芯损坏的原因。如果生产厂家初次使用空气除菌过滤器,并且操作人员的经验不足,可以视情况考虑使用操作要求比较低的Ni质微孔膜。有些厂家由于前处理冷却除水效果不好,而采用升高温度以降低相对湿度的做法,这种做法虽然暂时解决部分问题,但是往往得不偿失,既增加了能耗,又大大缩短了滤芯的使用寿命,与使用膜过滤器的初衷相违背。厂家应从根本上改善前处理系统,并考虑使用疏水性强的聚偏氟乙烯微孔膜或聚四氟乙烯微孔膜滤芯。
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