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在當(dāng)今各行各業(yè)對過濾技術(shù)要求日益提高的背景下，切向流過濾工藝以其卓越的過濾性能和靈活的操作條件，贏得了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，成為液體分離純化的理想選擇。
 

切向流過濾工藝的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于確保流體在膜表面產(chǎn)生切向流動(dòng)，從而減少膜污染，提高過濾效率。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：
1. 選擇合適的膜材料和孔徑
作為工藝的核心，過濾膜的選擇需考慮孔徑大小、材料特性及耐久性，以確保其有效過濾目標(biāo)物質(zhì)并具備長期穩(wěn)定性。
2. 設(shè)計(jì)過濾系統(tǒng)
TFF系統(tǒng)通常包括膜模塊、泵、傳感器、控制單元和收集容器。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮系統(tǒng)的緊湊性、操作的簡便性以及清潔和消毒的便利性。
3. 預(yù)處理和后處理
預(yù)處理步驟包括對原料液的澄清，以減少膜污染和提高過濾效率。后處理則是對過濾液的進(jìn)一步純化或濃縮。

 

選擇合適的切向流膜組件對確保過濾效果和操作穩(wěn)定性至關(guān)重要。切向流過濾介質(zhì)可支持盒式膜包和中空纖維膜柱，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。
（一）盒式膜
盒式膜包組件的結(jié)構(gòu)是多片膜元件排列組裝而成，實(shí)現(xiàn)了膜片之間間隙可控，便于氣液混流對膜面進(jìn)行在線清洗，抗污染性能優(yōu)越。

優(yōu)勢：相比中空纖維膜，盒式膜包處理速度快、通量高，對預(yù)處理的要求較低。清洗方便，可在線或離線化學(xué)、物理清洗，用藥量和清洗次數(shù)少；膜結(jié)構(gòu)牢固，能承受高壓，組裝及拆卸方便，易于維護(hù)。
不足：但由于層層膜疊加篩網(wǎng)的設(shè)計(jì)，篩網(wǎng)的存在會(huì)引入湍流效應(yīng)，對樣品造成的剪切力會(huì)高一些，且單位容積上膜面積較??；一次性投入稍高。
 
（二）中空纖維膜柱
中空纖維柱是將過濾用的膜做成中空管柱。當(dāng)過濾液流經(jīng)中空纖維膜中間時(shí)，利用切向流過濾（TFF）技術(shù)實(shí)現(xiàn)分離大分子和小分子的有效分離。TFF這種過濾方式允許物質(zhì)在膜表面平行流動(dòng)，而不是直接穿過膜，從而減少了堵塞的風(fēng)險(xiǎn)并提高了過濾效率。

優(yōu)勢：中空纖維膜構(gòu)造簡單，管壁上布滿微孔，開放式的通道設(shè)計(jì)非常適合剪切力敏感，高固體、高粘度的樣品。且中空纖維膜柱膜孔相對致密均一，大孔結(jié)構(gòu)少，強(qiáng)度高，高溫穩(wěn)定性好，可以避免由于升溫使孔隙塌陷造成通量降低的情況。高流體通量，緊湊設(shè)計(jì)節(jié)省空間，適合連續(xù)操作。成熟的管狀流路流體力學(xué)模型，為直接的線性放大提供完善的理論依據(jù)，保證工藝放大的成功率。
 
不足：
①　膜絲容易堵塞，易斷絲；
②　需要頻繁的化學(xué)清洗；
③　對壓力沖擊敏感，壓降高；
④　膜組件受膜形式限制。
 
那么該如何讓選擇合適的膜組件呢？
1. 膜材料選擇：根據(jù)過濾目標(biāo)物的性質(zhì)選擇合適的膜材質(zhì)，如聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、再生纖維素（RC）等。不同的膜材料具有不同的過濾特性和耐久性，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

2. 孔徑大小選擇：根據(jù)過濾要求和目標(biāo)物質(zhì)的粒徑大小，選擇合適的孔徑大小?？讖竭^大可能導(dǎo)致無法有效過濾目標(biāo)物質(zhì)，孔徑過小可能導(dǎo)致過濾阻力增大，影響過濾效率。我們推薦的孔徑選擇原則是：在濃縮操作中 (產(chǎn)品被截留)，超濾膜孔徑比產(chǎn)品小3~5倍。 在澄清操作中 (產(chǎn)品被透過)，超濾膜孔徑比產(chǎn)品大3～5倍。
 
 

一個(gè)切向流過濾的生產(chǎn)工藝由許多參數(shù)決定，它們既相互影響又相互制約，想要要同時(shí)達(dá)到提高生產(chǎn)效率和節(jié)約成本的目的，就必須首先對這些參數(shù)進(jìn)行合理控制。
1. 流速控制和TMP控制
設(shè)計(jì)合理的流速，以確保高效的過濾和最小的膜污染。減少凝膠層的形成，降低透過的阻力，提高通量。而TMP跨膜壓，是物質(zhì)跨膜所需的驅(qū)動(dòng)力，也是工藝放大的基本和必要參數(shù)。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體的過濾要求和目標(biāo)物質(zhì)的特性，合理控制流體的速度和壓力，以達(dá)到最佳的過濾效果。

2. 膜的面積
在確定了通量和處理體積之后，還需要確定濾膜的面積。在流量和通量一定的情況下，膜面積和工藝時(shí)間會(huì)相互影響。延長工藝時(shí)間可以減小膜面積，降低成本和減少系統(tǒng)的死體積。
但是，工藝時(shí)間的延長增加了產(chǎn)品失活和發(fā)生微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)。
3. 溫度控制
根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)的特性和過濾要求，合理控制過濾液體的溫度。溫度過高或過低可能會(huì)影響過濾效果。
 

 

切向流過濾作為一種高效的分離技術(shù)，在產(chǎn)品回收方案中扮演著重要角色，它可以高效地回收目標(biāo)物質(zhì)，提高資源利用率。而對于產(chǎn)品回收的具體方案是怎樣的呢？
1. 需求分析：在制定回收方案之前，首先要對需要回收的產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)的分析，包括產(chǎn)品的成分、粘度、固體含量等特性，以便選擇合適的切向流過濾設(shè)備和操作參數(shù)。
2. 設(shè)備選擇：根據(jù)產(chǎn)品特性和回收目標(biāo)，選擇適合的切向流過濾設(shè)備。設(shè)備的選擇應(yīng)考慮過濾效率、操作成本、維護(hù)便捷性等因素。
3. 預(yù)處理：對原料進(jìn)行必要的預(yù)處理，如調(diào)節(jié)pH值、去除大顆粒雜質(zhì)等，以保護(hù)過濾膜，延長其使用壽命。
4. 操作參數(shù)優(yōu)化：確定最佳的工作參數(shù)，如流速、壓力、溫度等，以確保高效的分離效果和產(chǎn)品的回收率。
5. 過程監(jiān)控：在過濾過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)操作參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，確保過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的一致性。
6. 產(chǎn)品后處理：對過濾后的產(chǎn)品進(jìn)行必要的后處理，如濃縮、干燥等，以滿足最終產(chǎn)品的規(guī)格要求。
7. 廢物處理：對過濾過程中產(chǎn)生的廢物進(jìn)行妥善處理，減少對環(huán)境的影響。
 

切向流過濾系統(tǒng)的清潔需要注意：
1. 預(yù)沖洗：使用適當(dāng)?shù)木彌_液或清潔劑對膜組件和設(shè)備管道進(jìn)行預(yù)沖洗。
2. 清洗程序：根據(jù)膜材質(zhì)和污染程度選擇合適的清洗劑和清洗周期。選擇合適的清洗液體，以避免對過濾膜組件造成損害，并確保清洗效果。
3. 消毒：使用消毒劑確保系統(tǒng)的無菌狀態(tài)。
 

在進(jìn)行切向流過濾的放大生產(chǎn)時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面：
1. 設(shè)備的選擇：根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和過濾要求，選擇合適的設(shè)備和系統(tǒng)，以滿足產(chǎn)量和效果的需求。
2. 操作人員的培訓(xùn)：針對放大生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題和操作要點(diǎn)，進(jìn)行操作人員的培訓(xùn)，以確保操作的安全和穩(wěn)定。
3. 過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄：建立完善的過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
 
本篇文章已經(jīng)從各個(gè)方面帶大家了解到了切向流過濾的工藝、參數(shù)以及注意事項(xiàng)，有關(guān)切向流過濾的知識還有很多，關(guān)注霍爾斯（HOLVES），后續(xù)會(huì)帶給大家更多知識與資訊。