常用膜过滤技术总结

1、常用膜过滤技术总结魏欣目录膜过滤概述膜过滤概述普通过滤普通过滤切向流过滤切向流过滤完整性测试完整性测试1234原理、过滤分类、膜分类及材质为什么要过滤？为什么要过滤？保护下游设备保护环境保证产品质量膜分离法膜分离法系指以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的系指以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的方法。膜过滤法的核心是膜本身，膜必须是半透膜，即能透过一种物质方法。膜过滤法的核心是膜本身，膜必须是半透膜，即能透过一种物质, ,而阻碍而阻碍另一种物质。另一种物质。过滤原理过滤原理宏观宏观原料渗透物推动力单元膜相1相201大小分离大小分离吸附吸附颗粒由于电荷/化学

2、作用粘附在过滤介质上利用分子大小区别，进行拦截、筛分、表面捕获等机理02过滤原理过滤原理微观微观03010204RORO：0.00005m-0.001m分子量0.001KD-0.5KD分离盐、金属离子、矿物质几乎可去除水中一切杂质，水的淡化优先吸附-毛细管流动、溶解扩散MFMF：0.1m-10m分离细菌及微细的悬浮固体多利用颗粒大小、性状分离UFUF：0.001m-0.1m分子量：1KD-1000KD分离乳化油、色度、胶体多利用颗粒大小、性状分离NFNF：0.001m以上溶质分子量：0.1KD-2.0KD优先吸附-毛细管流动、表面电位微滤微滤MicrofiltrationMicrofiltra

3、tion超滤超滤UltrafiltrationUltrafiltration纳滤纳滤NanofiltrationNanofiltration反渗透反渗透Reverse osmosisReverse osmosis分类分类常用膜过滤分类常用膜过滤分类常用膜过滤分类常用膜过滤分类过滤图谱过滤图谱0.2微米滤芯无法过滤热原、病毒、内毒素，只可过滤菌常用膜过滤分类常用膜过滤分类RO membraneNF membraneUF membraneMF membrane仅水分子通过水分子、盐分子可以通过，胶体、糖不可通过水、糖分子可以通过，蛋白质不可通过水、糖、蛋白质病毒可通过，脂肪不可通过切向流切向流过滤

4、过滤TFFTFF0202Tangential Flow Tangential Flow FiltrationFiltration普通普通过滤过滤NFFNFF0101N o r m a l F l o w N o r m a l F l o w FiltrationFiltration过滤方式分类过滤方式分类微滤及超滤中常使用过滤方式分类过滤方式分类-普通过滤普通过滤过滤方式分类过滤方式分类-普通过滤普通过滤过滤方式分类过滤方式分类-切向流过滤切向流过滤过滤方式分类过滤方式分类-切向流过滤切向流过滤切向流过滤交叉流动过滤交叉流动过滤料液流向切向于（平行）于滤膜表面料液流向切向于（平行）于滤膜表面

5、一小部分液体透过过滤介质一小部分液体透过过滤介质截留的颗粒从膜的表面被截留的颗粒从膜的表面被“扫除扫除”普通过滤使用滤芯，也称死端过滤使用滤芯，也称死端过滤料液流向垂直于过介质料液流向垂直于过介质所有液体全部透过过滤介质所有液体全部透过过滤介质颗粒被截留在过滤膜内部或表面颗粒被截留在过滤膜内部或表面过滤方式分类过滤方式分类-对比对比超滤1432种类种类多孔膜：目前我们经常接触的多孔膜：目前我们经常接触的致密致密膜：电子显微镜难以观察膜：电子显微镜难以观察离子交换膜离子交换膜渗析渗析膜膜微孔过滤微孔过滤膜膜超滤膜超滤膜反渗透膜反渗透膜渗透汽化膜渗透汽化膜气体渗透膜气体渗透膜固体固体膜膜液体膜液体

6、膜天然膜天然膜合成膜：无机材料及有机高合成膜：无机材料及有机高分子材料分子材料膜材质膜材质膜结构膜结构膜材料来源膜材料来源膜功能膜功能膜分类膜分类单击此处添加文字阐述，添加简短问题说明文字，具体说明文字在此处添加此处单击此处添加文字阐述，添加简短问题说明文字，具体说明文字在此处添加此处膜分类膜分类-固体膜各类形态固体膜各类形态膜分类膜分类-材质分类亲水性材质分类亲水性纤维素材料：再生纤维素、醋酸纤维素，高流量截流性好，可能易被细菌及酶分解尼龙：可用于水性介质的除菌过滤及除菌过滤前的预过滤。该种滤膜强度高，滤膜表面具有电荷，对内毒素具有一定的吸附作用PVDF亲水性聚偏二氯乙烯：化学惰性好，除菌过

7、滤及除菌过滤前的预过滤PES亲水性聚醚砜：过滤流量大，水性介质的除菌过滤及除菌过滤前的预过滤，特别适用于洗瓶、胶塞清洗等使用点的注射用水过滤PP亲水性聚丙烯：可用于清洗循化水、活性炭吸附后过滤等澄清过滤，其滤膜孔径为平均孔径，不能用于除菌过滤。膜分类膜分类-材质分类疏水性材质分类疏水性PTFE聚四氟乙烯：疏水性滤芯，用于压缩空气、氮气等洁净气体的过滤及储罐等的呼吸口滤芯PVDF聚偏二氟乙烯聚砜圆盘过圆盘过滤器滤器层叠式层叠式圆盘圆盘折叠式折叠式所有过滤器平行，残液低承压能力高，有效过滤面积大，可蒸汽灭菌可使用深层、表面滤膜典型过滤器配置典型过滤器配置各类滤芯各类滤芯各类滤芯各类滤芯非膜过滤，钛

8、合金多孔过滤活性炭脱炭原理？目前使用孔径多为：1.0m、0.45m、0.2m；0.2m即为除菌滤芯滤壳滤壳过滤系统常见配制过滤系统常见配制过滤液体进液最终产品深层过滤深层过滤可能脱落纤维有吸附无确切孔径较大承污力可拦截30%-70%颗粒成本低，截留少预过滤预过滤可使用表面过滤，膜涂布较少吸附可拦截90%-99.9%颗粒不可进行破坏型完整性测试成本较低，截留中等终端过滤终端过滤无纤维释放，无吸附非常高的截留表面积可进行完整性测试无 菌 过 滤 器 具 有99.99999%的截留成本较高，截留高深层过滤和部分预过滤不属于膜过滤1检查检查序列号、孔径、材质、外观、合格证，填写使用记录2润湿润湿亲水性

9、使用前冲洗或润湿，疏水直接使用工艺用水中浸泡30-60min；0.1MPa工艺用水正向冲洗至少5min为什么要充分冲洗？冲洗后滤芯内TOC总量大幅度降低3安装安装使用工艺用水润湿O型圈和底座，减少摩擦确保接口无杂质，将接头垂直插入底座，轻旋加压使与底座完全吻合，翅片准确卡入避免裸手接触滤芯使用前打开滤芯排气口，进行排气4清洁保存清洁保存使用相应工艺用水0.1MPa正向冲洗；疏水滤芯还可使用75%乙醇冲洗，冲洗后需干燥。PVDF滤芯不可使用NaOH清洁保存相应工艺用水，定期换水；分过滤介质存放；与活性炭接触滤芯单独放；连续生产，疏水滤芯无特殊情况可保存实用点滤芯的安装、使用滤芯的安装、使用滤芯必

10、须分品种专用l使用洁净压缩空气0.1MPa正向吹干，吹干时间可根据实验结果判断l使用电热套60-80加热，加热时间需要评估l离线灭菌，灭菌柜的干燥功能l干燥效果评估：称重法干燥l121，30minl最大承受温度及最大灭菌次数，与滤芯种类及材质相关l在线灭菌需要控制压差，压差过大破坏滤芯l囊式过滤器不可进行在线灭菌灭菌滤芯的干燥、灭菌滤芯的干燥、灭菌“ This product must not be streamed in-situThis product must not be streamed in-situ ”除菌过滤一般装置除菌过滤一般装置安装冲洗安装冲洗完整性测试完整性测试灭菌灭菌除

11、菌过滤除菌过滤完整性测试完整性测试不合格清洁、保存清洁、保存丢弃丢弃灭菌后完灭菌后完整性可能整性可能受影响受影响切向流过滤系统模型切向流过滤系统模型切向流过滤系统模型切向流过滤系统模型-超滤机组超滤机组调节泵频率调节泵频率原液输送泵原液输送泵回流流量调节回流流量调节透过液管路透过液管路超滤膜包超滤膜包从左至右依次为：从左至右依次为：回流压力回流压力透过液压力透过液压力原液压力原液压力关键参数！关键参数！超滤膜包超滤膜包什么类型的膜？什么类型的膜？超滤膜包的组装超滤膜包的组装02020404010103030505浓缩、澄清浓缩、澄清透析、纯化透析、纯化除热原除热原脱盐脱盐细胞收获澄清细胞收获澄

12、清生物制剂、血液制品、生物制剂、血液制品、疫苗等常用疫苗等常用超滤的应用超滤的应用基本参数及术语基本参数及术语通量通量每单位面积，在单位时间内，透过膜的液体的体积特定膜孔径，在过滤不同物料时，具有不同的最适宜通量，需要进行试验确定。通量通量膜状态不好，通量会减小。膜堵塞，通量减少为0基本参数及术语基本参数及术语跨膜压跨膜压跨膜压 TMP=(PF+PR)/2 - PP压降 P=PF-PR回流压力透过压力原液压力原液流量基本参数及术语基本参数及术语通量通量跨膜压跨膜压切向流量切向流量最佳跨膜压最佳跨膜压不同切向流量下，通量与跨膜压的关系不同切向流量下，通量与跨膜压的关系目标：使用最小的膜面积，得到

13、最大的通量Q 切向流量上升，通量变化减小TMP上升，通量变化减小最佳切向流量考察三者关系，以得到最适应产品的参数，最大限度保护膜包考察三者关系，以得到最适应产品的参数，最大限度保护膜包基本参数及术语基本参数及术语最小工作体积最小工作体积物料平衡物料平衡要求注满截流端的管道和系统中所有通道，允许以最低泵速再循环的体积最小工作体积最小工作体积进液体积=回流体积+透出体积进液流量=回流流量+透出流量物料平衡物料平衡超滤基本工艺超滤基本工艺安装冲洗安装冲洗01010202030304040505060607070808水通量测试水通量测试完整性测试完整性测试缓冲平衡缓冲平衡浓缩浓缩透析透析清洁清洁储存

14、储存超滤工艺超滤工艺目的除去膜包中的保存液及清洁液，并除去原膜包热原清洁：使用足量60注射用水冲洗除热原：使用0.5mol/LNaOH冲洗30min除热原再次使用足量注射用水冲洗膜包 冲洗时，回流端、透出端均需要打开保证足够的液体流量及压力泵底阀门也需要进行冲洗冲洗过程避免水排干导致膜包进气损坏系统在超滤工艺前后均需要进行冲洗，在进行清洁、去除热原或消毒步骤后均需要进行冲洗注意事项冲洗介质何时冲洗冲洗冲洗超滤工艺超滤工艺冲洗冲洗一种水透过膜的能力的评估标准，在一定的泵速，原液、透过、一种水透过膜的能力的评估标准，在一定的泵速，原液、透过、回流压力，流速及温度下，水通量有相应的合格范围回流压力，

15、流速及温度下，水通量有相应的合格范围生产前、生产后均需要做生产前、生产后均需要做什么是水通量？什么是水通量？可以作为膜是否清洁干净的标准可以作为膜是否清洁干净的标准膜的状态及系统状态会影响膜的状态及系统状态会影响调节参数至要求值调节参数至要求值计时计时1 1分钟，开启泵输送注射用水分钟，开启泵输送注射用水从透过端接收所有水，称量其体积，确定是否合格从透过端接收所有水，称量其体积，确定是否合格有什么用？有什么用？怎么做？怎么做？超滤工艺超滤工艺水通量测试水通量测试区别区别溶质可以透过膜进入滤出液体溶质可以透过膜进入滤出液体溶质被截留溶质被截留小分子物质透过膜，目标大分子被截留小分子物质透过膜，目

16、标大分子被截留澄清澄清浓缩浓缩透析透析超滤工艺超滤工艺-澄清、浓缩、透析澄清、浓缩、透析在澄清澄清的应用中，用来提高透出物的透出效率在浓缩浓缩的应用中，用来置换缓冲溶液超滤工艺超滤工艺-浓缩浓缩溶质被截留溶质被截留超滤工艺超滤工艺-透析透析小分子物质透过膜，目标大分子被截留小分子物质透过膜，目标大分子被截留透出液从系统中被去除，加入另外一种缓冲液进行置换透出液从系统中被去除，加入另外一种缓冲液进行置换01清洗清洗保存保存l使用0.5mol/L NaOH溶液循环注满整个系统，保持膜包湿润，系统无需拆卸l可防止细菌、霉菌等滋生，减少热原l也可将膜包拆卸后浸泡在专用保存液中l去除系统中产品残余，避免

17、批间交叉污染l去除生物负荷l除热原、除菌l恢复膜的通透性，保证其可重复过滤l目前使用清洁剂：0.5mol/L NaOH，设定一定的压力、流速、泵速等进行冲洗30min02超滤工艺超滤工艺-清洁及保存清洁及保存什么是完整性？什么是完整性？下游无污染下游无污染下游污染下游污染完整性测试，验证滤芯是否完好，并非测量滤芯孔径完整性测试，验证滤芯是否完好，并非测量滤芯孔径01非破坏性非破坏性破坏性破坏性颗粒测试、细菌挑战测试亲水滤芯：气泡点测试、扩散流测试、压力保持疏水滤芯：水侵入测试02完整性测试方法完整性测试方法金标准，滤芯验证时常用金标准，滤芯验证时常用应当采取措施降低过滤除菌的风险。宜安装第二只

18、已灭菌的除菌过滤器应当采取措施降低过滤除菌的风险。宜安装第二只已灭菌的除菌过滤器再次过滤药液，最终的除菌过滤滤器应当尽可能接近灌装点再次过滤药液，最终的除菌过滤滤器应当尽可能接近灌装点GMP除菌过滤器使用后，必须采用适当的方法立即对其完整性进行检查并记除菌过滤器使用后，必须采用适当的方法立即对其完整性进行检查并记录录过滤除菌工艺应当经过验证，验证中应当确定过滤一定量药液所需时间过滤除菌工艺应当经过验证，验证中应当确定过滤一定量药液所需时间及过滤器二侧的压力及过滤器二侧的压力GMPGMP法规要求法规要求气泡点测试原理气泡点测试原理气体分子压力膜孔泡点压力润湿的膜润湿的膜 气泡点气泡点：气体从润湿

19、的最大膜孔，挤出液体快速流出时的压力。会出现大量连续、均一气泡常常 规规：上游压力小于泡点值时，下游不会出现大量连续、均一的气泡破破 损损：大孔泡点压力小于小孔低于该滤芯泡点值压力，下游既已出现大量连续、均一气泡出现影响气泡点因素影响气泡点因素BP=4*k*cos d泡点表达式：K：形状校正因子：表面张力：接触角d：孔径滤芯材料湿润液体类型，增大，cos减小，泡点压力减小膜孔径增大，BP减小，泡点压力减小目前通常使用水进行泡点测试。不同材质不同厂家相同孔径的滤芯，泡点压力不同泡点压力不同。气泡点测试方法气泡点测试方法滤芯先用水润湿泡点压力气源出现大量连续气泡u通常精度通常精度1m1m的膜式过滤

20、器的膜式过滤器u手动测试通常适用于过滤器面积小于手动测试通常适用于过滤器面积小于2000cm22000cm2u自动测试用于气体流速自动测试用于气体流速100ml/min100ml/min或与自动测试机械或与自动测试机械相匹配相匹配适合适合p非膜式过滤器：深层过滤器、部分预过滤器等非膜式过滤器：深层过滤器、部分预过滤器等p在较高的压力和较大的膜面积时，灵敏度降低。如超滤在较高的压力和较大的膜面积时，灵敏度降低。如超滤不适合不适合气泡点测试应用气泡点测试应用扩散流测试原理扩散流测试原理小于泡点压力膜孔 原理原理：气体分子溶解在完全湿润的膜孔内的液体中，因膜压差造成跨膜气体浓度差，使膜孔内溶解的气体

21、流出至下游。常常 规规：上游压力小于泡点值，维持恒定，下游气体流量小于一定的规定值破破 损损：大孔会扩散更多的气体，导致下游气体流量大于一定的规定值气体分子影响扩散流的因素影响扩散流的因素Diffusion=k*（P1-P2）*A*L扩散流表达式：K：扩散因子P1-P2：系统两边的压力差：膜开孔率A：膜面积L：有效膜孔长度溶液类型，温度，何种气体增大，扩散效果增强长度增加，扩散效果减弱扩散测试与膜孔径无关哦！-相同条件下，0.2m孔径和1.0m孔径具有相同的扩散。每种滤芯厂家有验证后的额定压力下的，扩散流限度值。通常为xx ml/min扩散流测试方法扩散流测试方法额定试验压力；小于气泡点压力计时计算自动完整性测试设备，利用流量计及压力表，测量上游流量及压力变化，计算下游气体单位时间体积 润湿的滤芯润湿的滤芯 气源气源压力表压力表 装满水的刻度容器装满水的刻度容器 测量置换测量置换体积体积 压力调节压力调节 u随着膜面积增加，气泡点难以测试随着膜面积增加，气泡点难以测试u大表面积过滤器大表面积过滤器u薄的膜薄的膜u有机溶剂湿润后的过滤器有机溶剂湿润后的过滤器适合适合扩散流测试应用扩散流测试应用膜面积增大，扩散流增多，影响泡点准确测试气泡点与扩散流气泡点与扩散流时间时间 压力压