1切向流过滤原理

超滤系统原理

超滤系统原理
1.超滤概念
超滤是切向流过滤(据滤膜的截留孔径分类)中的一种,也称切向流超滤,能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质,允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。

超滤膜的运行压力一般1-7bar。

2超滤基本原理
2.1切向流概述
在分离中通常有两种类型的过滤：垂直过滤(NFF)和切向流过滤(TFF)。

在垂直过滤中，所有的流体直接通过滤膜，被截留的物质堆积膜表面。

由于这些物质的堆积，通过滤膜的流量迅速下降直至完全停止;在切向流过滤中，流体如下图所示十字地流过滤膜。

2.2基本原理
超滤是一个错流合切向流的过程，待过滤的液体沿膜表面流动，在过滤膜上形成流体剪切，使得污染物较难在膜表面形成。

以现在超滤系统为例，要过滤的样品经泵加压后输入膜组件中，由于膜内外的压力差，一部分液体渗过滤膜进入较小的孔即透过液，而样品中的病毒等较大分子（或大分子）则截留进入较大孔即回流液。

下图是超滤膜过滤的示意图。

PALL 过滤膜预组装好的,并通过膜和隔离层粘接和固定在一起,膜堆
中每个膜片被固定于分离网之间,因此膜堆里每个膜层是平行的,这种盒式膜堆在较小的容积内能提供很大的膜表面积,流体被泵入超滤系统的进液口,流入底部导流板进入膜堆的大孔孔中,流体切向地通过膜,没有通过膜的部分流入膜另一侧的大孔中,流出回流口.透过膜的流体(透过液)流进底部导流板的小孔孔中,最后流出透过液口.如下图所示，未能找到到实际使用的图片，实际使用的稍有差别。

滤液入口
浓缩液
膜泵
回流。

切向流关键工艺参数

切向流工艺的关键工艺参数包括：
1.切向流流量：它是由液流流经膜表面而产生的对膜表面的冲刷作用，影响过滤效率。

2.跨膜压（TMP）：即切向流压力，是膜的推动力，是切向流过滤得关键参数，它代表沿流道两侧的平均压差。

3.切向流速：它是单位时间内流过单位面积的流体量，是影响切向流过滤效率的重要因素。

4.温度：温度会影响流体的粘度、密度等物理性质，进而影响切向流的流动特性。

5.料液性质：料液的浓度、粘度、pH、电导、分子稳定性等都会对切向流工艺产生影响。

此外，料液的入口压力和回流压力也是影响切向流工艺的关键参数。

当压力差确定时，切向流量和切向流速恒定，并且跨膜压力控制液体过滤的速度。

因此，必须控制入口压力和回流压力。

请注意，以上只是部分关键参数，实际生产中可能还有其他因素需要综合考虑。

如果需要更详细的信息，建议查阅切向流工艺相关的学术文献或咨询该领域的专家。

切向流过滤原理

默克密理博生物制药工艺部主要内容过滤的分类过滤的操作方式切向流（TFF）过滤的基本概念过滤的分类膜分离过程微滤超滤反渗透/纳滤滤膜孔径分布反渗透纳滤超滤微滤0.001 kD - 0.5 kD 0.00005 - 0.001 um0.1 kD - 2.0 kD 1 kD – 1 000 kD 0.001 - 0.10 um 0.1 - 0.65 µm区分谱图过滤方式普通过滤 (NFF) 滤芯形式或“死过滤”流向是垂直于过滤介质的所有的液体全部透过过滤介质颗粒被截留在过滤膜内部或表面切向流过滤 (TFF) 交叉流动过滤流向是切向(平行)于过滤膜表面的一小部分液体透过过滤介质截留的颗粒从膜的表面被”扫除””普通过滤(死端过滤)液体流向膜表面过滤方式普通过滤 (NFF) 滤芯形式或“死过滤”切向流过滤 (TFF) 交叉流动过滤流向是垂直于过滤介质的流向是切向(平行)于过滤膜表面的所有的液体全部透过过滤介质一小部分液体透过过滤介质颗粒被截留在过滤膜内部或表面截留的颗粒从膜的表面被”扫除””切向流过滤(错流过滤) 透过流速溶液浓度 Cb切向流速膜表面浓度 Cw膜表面切向流过滤(TFF)料液浓度 Cb 料液切向流膜表面浓度 Cw透过液膜表面透过液膜表面[ ] permeate = [ ] retentate= 100 -VdfVdf(P R)) Permeate。

切向流过滤原理

切向流原理
press
普通过滤：随着浓缩的进行，膜表面的大分子逐渐增多。普通过滤：随着浓缩的进行，膜表面的大分子逐渐增多。
切向流原理
press
普通过滤：随着浓缩的进行，膜表面的大分子逐渐增多。普通过滤：随着浓缩的进行，膜表面的大分子逐渐增多。
切向流原理
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普通过滤：随着浓缩的进行，膜表面的大分子逐渐增多。普通过滤：随着浓缩的进行，膜表面的大分子逐渐增多。
• 1、压力过滤分类压力过滤分类 • 2、切向流原理切向流原理 • 3、切向流步骤切向流步骤
谢谢大家！
压力过滤分类
1、微滤(micro-filtration, MF) 2、超滤(untra-filtration, UF) 3、反渗透(reverse osmosis, RO)
压力过滤分类
微滤(micro-filtration) 微滤
超滤(untra-filtration) 超滤
反渗透(reverse osmosis) 反渗透
切向流原理
2012 年 03 月07 日
切向流原理-主要内容切向流原理主要内容
• 1、压力过滤分类压力过滤分类 • 2、切向流原理切向流原理 • 3、切向流步骤切向流步骤
压力过滤分类
定义：指以压力为推动力，定义：指以压力为推动力，依靠膜的选择性，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膜必须是半透膜，身，膜必须是半透膜，即能透过一种物质, 能透过一种物质,而阻碍另一种物质。一种物质。
切向流步骤-置换缓冲溶液切向流步骤置换缓冲溶液
置换缓冲溶液：溶剂逐渐被置换。置换缓冲溶液：随着实验的进行溶剂逐渐被置换。

切向流过滤在制药工艺中的应用

层流和湍流
透过液
透过液
层流层
层流
湍流层
层流层透过液透过液
层流过滤
湍流过滤
浓差极化模型
进料
回流液
凝胶层
滤过液
由于膜对溶质的截留，使得越接近膜界面的区域浓度越高。
切向流过滤装置
循环
浓缩液
LC 料液罐 P2
P1
P3
泵
过滤器
透过液
主要内容
• 切向流过滤原理 • 切向流过滤的应用
• 切向流过滤膜的选型
1. 对已知分子量蛋白marker的截留率
切向流过滤膜的截留率
（Rejection Coefficient）
2. 对特定dextran 标准物质的截留率通过凝胶渗透色谱（GPC）检测Dextran分子量和含量，判断超滤膜的截留率
切向流过滤膜的截留率
（Rejection Coefficient）
长期保存
20%乙醇 0.05~0.1N NaOH 膜包清洗循环冲洗系统5min后，拆下膜包，用上述溶剂浸泡
主要内容
• 切向流过滤原理 • 切向流过滤的应用
• 切向流过滤膜的选型
• 膜包的使用方法和清洗
• 切向流过滤工艺优化
• 应用举例
切向流过滤工艺优化
切向流过滤工艺影响因素

料液性质操作参数滤膜性能操作设备
300 kDa
500 kDa 1000 kDa
切向流膜包
材质选择——蛋白吸附不同膜材质蛋白吸附性能比较（以IgG 为例）
膜材 IgG吸附量（ug/cm2）
PESU
（聚醚砜）
4.7 2.7
Cellulosetriacetate

过滤原理以及过滤介质分析

过滤原理以及过滤介质分析一、过滤原理(一)基本概念过滤是利用某种多孔介质对悬浮液进行分离的操作。

工作时，在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道流出，固体颗粒被截留，从而实现分离。

一般将待过滤的悬浮液称为滤浆；所采用的多孔介质称为过滤介质；通过介质孔道的液体称为滤液；被截留的固体物称为滤饼或滤渣。

过滤操作的推动力是过滤介质上下游两侧的压力差，产生压力差的方法有以下几种：①利用滤浆自身的压头；②在滤浆表面加压；③在过滤介质的下游一侧抽真空；④利用惯性离心力。

过滤操作根据作用原理可分为两类：①筛析过滤过滤介质的孔目数小于固体颗的直径，依靠筛析作用将固体颗粒从悬浮液中除去。

筛析过滤在过滤初期细小颗粒流出，滤液比较混浊。

随着饼层的形成和加厚，滤液逐渐变清。

由于筛孔逐渐受堵，过滤速度呈降低趋势。

过滤过程当滤饼层形成，筛析作用便由饼层产生，过滤介质失去筛析作用，只起支撑饼层的作用，称饼层过滤。

②吸附过滤(深床过滤)：过滤介质的网孔目数大于固体颗粒的直径，固体颗粒进入过滤介质孔道后被介质表面所吸附。

实际生产中，筛析和吸附同时作用，吸附过滤介质截留较大颗粒；筛析过滤介质饼层可以吸附较小颗粒。

二、过滤介质和助滤剂1.过滤介质?过滤介质的主要作用是支撑滤饼，须具有多孔结构，足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性。

常用的过滤介质有以下类型：①织物介质，如工业滤布，金属丝网等；②粒状介质，如珍珠岩粉，纤维素，硅藻土等；③固体纸板，如脱色木质纸板，合成纤维板等；④过滤膜，由纤维素和其它聚合物构成。

粒状介质是作为助滤剂预涂于织物介质表面使用，用于粗滤；固体纸板介质多用于半精滤及精滤；过滤膜介质用于精滤及超精滤。

2，助滤剂将某些坚硬的粒状物预涂于过滤介质表面或添加于滤浆中，以形成较为坚硬而松散的滤饼，使滤液能够顺利通过，这种粒状物称为助滤剂。

对助滤剂的要求：助滤剂是一种坚硬，疏松结构的粉状或纤维状的固体，能形助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合适，不含可溶于滤液的物质。

超滤系统原理

超滤系统原理
1.超滤概念
超滤是切向流过滤(据滤膜的截留孔径分类)中的一种,也称切向流超滤,能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质,允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。

超滤膜的运行压力一般1-7bar。

2超滤基本原理
2.1切向流概述
在分离中通常有两种类型的过滤：垂直过滤(NFF)和切向流过滤(TFF)。

在垂直过滤中，所有的流体直接通过滤膜，被截留的物质堆积膜表面。

由于这些物质的堆积，通过滤膜的流量迅速下降直至完全停止;在切向流过滤中，流体如下图所示十字地流过滤膜。

2.2基本原理
超滤是一个错流合切向流的过程，待过滤的液体沿膜表面流动，在过滤膜上形成流体剪切，使得污染物较难在膜表面形成。

以现在超滤系统为例，要过滤的样品经泵加压后输入膜组件中，由于膜内外的压力差，一部分液体渗过滤膜进入较小的孔即透过液，而样品中的病毒等较大分子（或大分子）则截留进入较大孔即回流液。

下图是超滤膜过滤的示意图。

PALL 过滤膜预组装好的,并通过膜和隔离层粘接和固定在一起,膜堆
中每个膜片被固定于分离网之间,因此膜堆里每个膜层是平行的,这种盒式膜堆在较小的容积内能提供很大的膜表面积,流体被泵入超滤系统的进液口,流入底部导流板进入膜堆的大孔孔中,流体切向地通过膜,没有通过膜的部分流入膜另一侧的大孔中,流出回流口.透过膜的流体(透过液)流进底部导流板的小孔孔中,最后流出透过液口.如下图所示，未能找到到实际使用的图片，实际使用的稍有差别。

滤液入口
浓缩液
膜泵
回流。

切向流过滤工艺的优化

切向流过滤工艺的优化王斌(密理博中国bin_wang@)切向流过滤（Tangential Flow Filtration ，简称TFF ）是制药工艺中已经被广泛采用的一种过滤操作方式，它的应用包括澄清过滤、产物浓缩、除热原、除小分子杂质、脱盐和缓冲液置换等等。

切向流过滤的概念是相对于常规过滤（Normal Flow Filtration ，简称NFF）而言的，如下图1 所示：图1 常规过滤与切向流过滤示意图常规过滤是指在压力的作用下，液体直接穿过滤膜进入下游，而大的颗粒或分子则被截留在膜的上游或内部，小的颗粒或分子透过膜进入下游。

在这种操作方式下，液体的流动方向是垂直于膜表面进入下游的，所以也有人称之为“死端过滤”（Dead End Filtration）。

常规过滤的应用包括澄清过滤、除菌过滤和除病毒过滤等等，不是本文讨论的重点。

而切向流过滤则是指液体的流动方向是平行于膜表面的，在压力的作用下只有一部分的液体穿过滤膜进入下游，这种操作方式也有人称之为“错流过滤”（Cross Flow Filtration）。

由于切向流在过滤过程中对膜包的表面进行不停的“冲刷”，所以在这种操作模式下有效的缓解了大的颗粒和分子在膜上的堆积，这就使得这种操作模式在很多应用中具有独特的优势。

从滤膜的截留孔径进行分类，可以将过滤分为澄清过滤、微滤、超滤和反渗透等等。

下图2 粗略的标明了不同级别的滤膜和截留图谱。

图2. 滤膜截留图谱相应的，将不同孔径的滤膜采用切向流的操作方式进行过滤，即可称之为切向流微滤、切向流超滤等等。

下图3 为典型切向流过滤系统的示意图，通常包括泵、膜包和夹具、贮罐、连接管件以及阀门和压力表等。

本文将对切向流过滤工艺的优化思路进行介绍。

图3. 典型切向流过滤系统示意图一个切向流过滤的生产工艺由许多参数决定，其中关键的工艺参数有：切向流流量、跨膜压（TMP）、透出液控制、膜面积、透析条件等。

这些参数既相互影响又相互制约，要同时达到提高生产效率和节约成本的目的，就必须首先对这些参数进行优化。

超滤系统原理

切向流 关键工艺参数

切向流过滤原理

切向流过滤原理

切向流过滤在制药工艺中的应用

过滤原理以及过滤介质分析

超滤系统原理

切向流过滤工艺的优化

切向流关键工艺参数