切向流過濾的深層理解

相關術語

為更好的理解切向流過濾技術，需要對該工藝的常見術語及其含義有所了解。下面意凱高剪切均質機小編就來為大家一一介紹！

切向流過濾技術的常規(guī)術語包括壓降(△P)、跨膜壓(TMP)、通量(Flux),截留率、濃縮倍數(shù)及收率等。

圖2.87是典型切向流過濾流道示意圖。圖及下述公式中進料端壓力為Pf;回流端壓力透過端壓力為Pp;相應的進料端流量為Qf;回流端流量Qd;透過端流量為QP;膜面積為A;過濾時間為T;濾液體積為V。

圖2.87典型切向流過濾流道示意圖

壓降(△P)為提供給切向流的動力，可由如下方程描述：

壓降與進料流量成正比，可以通過流量來調節(jié)壓降。

跨膜壓(Transmembranepressure,TMP)為提供給透過液的動力，TMP=(Pf+Pr)/2-Pp。調節(jié)TMP的方法包括通過調節(jié)泵速改變切向流量、通過開啟/關閉回流閥改變回流壓力等。對于切向流微濾工藝而言，還可以通過開啟/關閉透過端閥，或透過液泵來調節(jié)透過端壓力來調節(jié)TMP。

通量(J)指單位膜面積的過濾速度，它代表了切向流過濾工藝的工作效率。通量=透過液流量/膜面積=透過液體積/(過濾時間*膜面積)=QP/A=V/(TxA)。通量的常用單位為L/(m2?h)。

截留率是指用來衡量膜對某種物質的截留效率，可用以下方程式表述。

透過率(%)=(透過液濃度/回流液濃度)*100%

截留率(%)=1-透過率(%)

體積濃縮因子(VCF)是指在濃縮操作中體積減少的倍數(shù)。濃縮倍數(shù)(CF)是指某種物質濃縮過程中的實際濃縮倍數(shù)，通常小于體積濃縮因子。兩者可用如下方程表述：

VCF=起始體積/最終體積=Vinitial/Vfinal

CF=最終濃度/起始濃度=Cinitial/Cfinal

收率損失來源

收率是指切向流工藝結束后可以最終得到的產(chǎn)物總量與起始產(chǎn)物總量的比值。對于切向流過濾工藝而言，收率很難達到100%。主要損失來源于以下幾個方面：

1. 透過端損失和回流端損失，例如，濃縮操作中，截留率不是100%情況下，大分子產(chǎn)物會泄漏到透過端造成透過端損失，澄清操作中，小分子產(chǎn)物會殘留在回流端造成的回流端損失;
2. 膜吸附，主要是指過濾膜對產(chǎn)物的吸附;
3. 由于硬件限制導致不可回收的產(chǎn)品，例如，死體積等影響因素。

圖2.90濃差極化示意

濃差極化

濃差極化是指在切向流工藝中，溶液在膜的高壓側(回流端)，由于溶劑和低分子物質不斷透過濾膜，結果導致在膜表面的溶質(被截留的大分子物質)的濃度不斷上升，產(chǎn)生膜表面濃度與主體發(fā)生濃差極化時，大分子物質在膜表面截留時會形成一個高濃度層(凝膠層)，有凝膠層時超濾的阻力增加，因為除了膜阻力外，還有凝膠層的阻力，在給定的壓力下，凝膠層勢必影響液體透過超濾膜的通量。減緩濃差極化的措施包括提高切向流的流速和控制料液的流動狀態(tài)(使料液處于湍流狀態(tài)并讓膜面處的液體與主流更好地混合，可有效降低跨膜壓)、改變溫度和濃度等方式。

透析

透析(Diafiltration)是指在切向流過濾工藝中，當透出液從系統(tǒng)中去除時，在料液罐中加入另外一種液體(緩沖溶液)來進行置換的方法(圖2.91)。在澄清的應用中，它可以用來提高透出物的透出效率、提高收率;在濃縮的應用中，它可以用來置換緩沖溶液，以及去除小分子雜質。

圖2.91透析示意