过滤原理及其过滤技术

过滤原理和技术,PallLife Sciences法规事务经理董巍,2,提纲,过滤原理过滤器简介,3,过滤,利用有孔介质从流体(液体或气体)中除去污染物,孔洁净流体(滤出液，下游)滤材,污染流体(流入液，上游),4,对过滤 / 分离的传统理解,过滤器经常被认为是一种简单的网或筛子，过滤/分离是在一个平面上进行的。,5,膜材,实际上，过滤器膜材是具有深度的。“ 弯曲通道 ” 的结果对于污染物的去除起到了辅助作用。,6,不同类型的过滤介质,或 纤维缠绕,“ 弯曲通道 ” 存在于：浇铸膜,过滤/分离范围,滤布和深层过滤器,筛网和滤网,微滤,超滤,纳滤,反渗透,过滤工艺范围,乳胶,油乳剂,红细胞油漆颜料细菌,沙粒,人发,蛋白 / 酶,病毒碳粒,辐射原子,金属离子VOCs, PCD, Susp. Oil不溶有机物可溶盐类,膜类型,普通污染物的相对尺寸,颗粒尺寸,10 -4,10 -3,10 -2,10 -1,1.0,10,10 2,10 3,( 微 米 ),平均分子量,100,200,20,000,500,000,8,相对大小,花粉,100 um80 人发直径6040 裸眼可见最小颗粒,2010,8.0 红细胞6.0 酵母和真菌5.0,沙雷氏菌假单胞菌,0.80.6,0.50.40.3,4.0 um3.02.01.0,颗粒尺寸,小颗粒的相对尺寸,大硅胶颗粒(20 um),铅笔墨点 (40 um),红细胞,酵母细胞,典型细菌,10,过滤机理,直接拦截惯性撞击扩散拦截,11,直接拦截,4 当颗粒大于流道孔径时即被该结构去除4 容污能力可以因弯曲结构而提高，筛网无此作用,12,不规则颗粒自我搭桥,13,多个颗粒共同搭桥,14,惯性撞击,4 颗粒被机械拦截或被吸附拦截4 在气体中比在液体中更有效.4 对较大的颗粒有效,15,吸附,表面作用,16,过滤的辅助方式,4 Zeta 正电势:0 滤材所带的正电荷捕捉带负电的污染物4 絮凝:0 添加高分子电解质 (例如淀粉) 使细颗粒凝聚成较大的颗粒进而形成滤饼4 助滤剂:0 添加助滤剂 (例如：硅藻土) 以形成滤饼,17,Zeta 正电势,颗粒接触到滤材表面由于吸引力而被阻截,带负电的污染物,流体,带正电的滤材,18,电荷吸引实例,Latex beads retained by charge attraction of N66 Posidyne,19,容易带负电荷物质类型,4 细菌4 支原体4 病毒4 酵母,4 硅颗粒4 细菌内毒素 (热源)4 蛋白分子,20,扩散拦截,4 气体过滤器能够去除尺寸远小于其液体精度的污染物4 对细小颗粒非常有效4 如果一个气体过滤器在湿润环境中运行，它的去除能力即变为液体精度,被随机运动的气体分子碰撞的颗粒撞击到过滤介质上并被吸附截留,21,过滤机制总结,直接拦截惯性撞击扩散拦截(电荷吸引),22,过滤效率,效率,扩散拦截,惯性撞击,直 接 拦 截最低效率区,颗粒直径 (um)* 最易穿透粒子大小， Most Penetrating Particle Size, MPPS,23,常见的滤膜材质,Acrylic Copolymer 丙烯酸共聚物Glass 玻璃纤维Mixed Cellulose Ester 混合纤维素酯Nylon 尼龙Paper 滤纸Polyethersulfone (PES) 聚醚砜,Polypropylene 聚丙烯Polysulfone (PS) 聚砜Polyvinyl Chloride(PVC) 聚氯乙烯PTFE 聚四氟乙烯PVDF 聚偏二氟乙烯Quartz 石英,24,化学兼容性,HH = Halogenated Hydrocarbons,25,制药级材质滤膜,26,制药级材质硬件,27,滤膜种类,不固定/固定结构均一/不均一结构,28,非固定介质问题,卸载、迁移、旁通,29,多层结构,结合深层过滤和膜过滤深层过滤(预过滤)在膜过滤之前,预过滤,终过滤,30,非对称结构的优势,对称结构：表层 15%,非对称结构：表层 60%4 通 量,31,公称精度 (Nominal rating),基于大于或等于给定尺寸所有颗粒的某一去除百分数由过滤器厂商指定的有争议的微米数值。它几乎没有好的详细说明，也无再现性。有争议的微米精度由制造商自己指定去除重量百分比可变的、不可再现的下游流体质量,32,公称精度的缺陷,只考虑重量去除率,One ” marblein a barrel.,256 billion2 m particles,12.6 mg/l,33,绝对精度 (Absolute rating),在指定试验条件下能够通过过滤器的最大刚性球形颗粒的直径。它是过滤器元件中最大开孔的标志。,34,过滤精度挑战试验方法 ( 1 m),微粒挑战玻璃珠中等硅土试验粉尘粗硅土试验粉尘乳胶球形颗粒聚苯乙烯球形颗粒,35,如何测定滤芯的绝对精度,Flowmeter,Reservoir,Slurry,Test Element p,Clean-upFilter,36,精度的判断标准, x =,由计数器读数计算 “ 过滤比 ”或称 “Beta 比 ” ，符号 上游大于直径 x 的微粒数下游大于直径 x 的微粒数,37,下游微粒数,效率,值的意义1,000,000Particles X m,38,过滤精度挑战试验方法 ( 1 m),生物学挑战细菌支原体病毒 / 噬菌体,39,生物学挑战 ( 1 m),对亚微米过滤器过滤效率用滴度降表示T R (Titre Reduction),T R =,滤前流体中生物体数量滤后流体中生物体数量,40,滴度降 (T R ),10 5,10 6 生物体 /单位体积6T R = 1 = 1010,10 1 生物体 /单位体积或 99.999% 去除效率,41,颗粒挑战测试对比,42,举例,公称精度,绝对精度,43,提纲,过滤原理过滤器简介,44,典型滤芯结构,复杂结构通常有 10 - 15 组件,45,滤芯结构,Membrane &support滤膜 / 支撑层,Adaptor端头,Core,内衬（筒）,Fin 尾翼,End caps,端盖,Cage,网罩,O-ringO 型圈,Cartridge滤芯,Seal端封,46,打褶结构,打褶结构形成更大的过滤面积,十英寸（254mm）滤芯的典型膜面积为 0.5 2.0 m 2大 面 积 更 高 流 速 、 更 低 p 和 更 长 寿 命,47,打褶机,支撑层滤膜打褶机,打褶后按合适长度切段,48,打褶机,49,星型折叠,OuterCage,Core,DrainageLayer,SupportLayer,FilterMedium,Flow,50,新月型折叠,51,边封,热熔边封形成筒状结构 对滤芯完整性至关重要的一步,52,边封,53,与内筒、网罩组配,54,端头熔封焊接,滤膜与端头熔封焊接 对滤芯完整性至关重要的一步,55,端头,56,多段滤芯组合,将两段滤芯组合成一个完整的滤芯需要三步焊接。对滤芯完整性至关重要,57,滤壳制造,58,滤壳制造,制药级316 L不锈钢内表面抛光精度 Ra 0.4 m内表面抛光精度 Ra 0.8 m所有表面要求电抛光轨道焊或自动焊接无菌设计,59,滤壳制造,车床及磨床使用,60,滤壳制造,车床及磨床使用,61,滤壳制造,焊接,62,滤壳制造,机械及电抛光,抛光后表面,粗加工后机械抛光后,电抛光后电抛光的好处提供氧化表面更耐腐蚀减少机械抛光后的表面高度和表面应力表层杂质暴露并得以去除，增强清洗和灭菌的适应性,64,滤壳制造,标示蚀刻、压力测试、包装,常见材质聚丙烯纤维玻璃纤维聚醚砜聚乙烯尼龙 66金属粉末烧结不锈钢网烧结过滤精度 : 0.45 120um,直流式过滤预过滤 / 澄清过滤器,66,直流式过滤,深层平板过滤器超细纤维精细硅藻土珍珠岩活性碳,直流式过滤,除菌、除支原体、除病毒、除噬菌体、除热原,截留效率流速容污能力化学兼容性对活性成分的吸附率灭菌方式与寿命完整性测试,常见材质聚偏二氟乙烯（PVDF）聚醚砜（PES）尼龙66 （N66）醋(硝)酸纤维素 （CA)聚四氟乙烯（PTFE),68,直流式过滤,各种滤壳,囊式滤器,69,过滤器、管道、连接件及容器整合一体一次性使用无需安装、清洗和灭菌缩短上市准备时间生产和材料安排简单化,直流式过滤一次性过滤系统,70,生物工艺流程,制剂和灌装,液体预滤器,下游加工与纯化缓冲液过滤器,捕获色谱,除菌级液体过滤器,浓缩洗滤,纯化色谱,精制色谱,除病毒过滤,除菌级液体过滤器,空气预滤器,缓冲液过滤器,浓缩洗滤,浓缩洗滤,缓冲液过滤器,缓冲液过滤器,71,血浆,冷沉淀,第 I 阶段浆体过滤,第 II+III 阶段浆体过滤,无菌过滤,灌装因子 VIII,巴氏灭菌,无菌过滤,灌装白蛋白,色谱,无菌过滤,灌装纤维蛋白原,悬浮预过滤无菌过滤病毒灭活超滤预过滤无菌过滤,微粒过滤,悬浮预过滤减菌过滤薄膜吸附器色谱色谱预过滤超滤洗滤病毒过滤,离心减菌过滤,第 V 阶段浆体过滤悬浮预过滤减菌过滤色谱活化过滤超滤洗滤无菌过滤,免疫亲和色谱,减菌过滤超滤病毒灭活色谱预过滤超滤色谱超滤洗滤病毒过滤,预过滤减菌过滤病毒灭活亲和色谱 .薄膜吸附器色谱病毒过滤超滤预过滤,预过滤减菌过滤色谱超滤洗滤色谱无菌过滤巴氏灭菌,第 IV 阶段浆体