过滤器选择

从本期开始，我们将会逐步介绍如何选择符合工艺要求的过滤器。本期的内容是介绍最常用的恒压载量测试实验Vmax ，该实验是一种加速实验。它在很短的时间内用小量体积料液即可确定过滤器的载量，并根据该载量确定在要求的工艺时间内完成一定规模料液过滤的过滤器配置。因此，该实验可以在最短的时间内用最少的成本(包括滤器和料液)，高效的完成预过滤和终端过滤器的配置。但该实验方法仅适用于膜过滤器和表面过滤器，不适用于以吸附机理为主的深层过滤器的放大。

通常对于恒定流速的过滤，存在两种堵塞模型(图一，见下期)。一种是压力随时间呈线性上升，我们称之为滤饼过滤。这种堵塞模型通常发生在料液中存在刚性颗粒时，在滤膜上方会形成一个滤饼层，这种堵塞模型不会引起滤膜的完全堵塞，只要提高过滤压力就会不断有滤液滤出。另一种堵塞模型是逐渐堵塞模型，对于这种堵塞情况，会引起滤膜的完全堵塞，在后期增加压力不能使更多滤液滤出。在绝大多数的情况下，特别是对于含生物大分子的料液，膜过滤器和表面过滤器均符合逐渐堵塞模型。对于不符合逐渐堵塞模型的工艺，需要用另一种载量测试实验进行(Pmax 恒流实验)。

图1. 两种堵塞模式

下面以一个实际例子来说明如何进行滤膜面积的确定

某未经充分预过滤含细小颗粒的原料液直接进行除菌过滤，批量为1000L，要求的工艺时间为2 小时。我们用Millipore Express SHF 0.2µm 膜片进行小规模实验，用时间和t/V 作图，可以做出如下图线。

我们可以从该直线求出Vmax 和Qi

Vmax = 1/0.0008 =1250ml

由于该滤膜面积为13.8cm2,所以单位面积Vmax 为1.25L/0.00138 m2= 905.8 L/m2 Qi = 1/0.0056 = 178.6ml/min = 10.7 L/h

单位面积Qi 为10.7L/h / 0.00138 m2 = 7765.2 LMH

因此，在无时间要求时，所需Millipore Express SHF 最小面积为

Amin = Vb/Vmax = 1000L / 905.8 L/ m2= 1.10m2

要求在2 小时内完成过滤，所需Millipore Express SHF 最小面积为

Amin = Vb/Vmax + Vb/(QiTb) = 1000/905.8 + 1000/(7765.2X2) = 1.17m2

在通常情况下，需要在最小面积基础上设定一个1.2~1.5 左右的安全系数。所以在该工艺中一个30”的Millipore Express SHF 滤芯过滤器(实际过滤面积为1.62)，可以满足过滤工艺的要求，安全系数为1.38。

过滤器选择系列——恒压载量测试实验Vmax（五）

下面以一个实际例子来说明如何进行滤膜面积的确定。

某未经充分预过滤含细小颗粒的原料液直接进行除菌过滤，批量为1000L，要求的工艺时间为2 小时。我们用Millipore Express SHF 0.2µm 膜片进行小规模实验，用时间和t/V 作图，可以做出如下图线。

我们可以从该直线求出Vmax 和Qi

Vmax = 1/0.0008 =1250ml

由于该滤膜面积为13.8cm2,所以单位面积Vmax 为 1.25L/0.00138 m2= 905.8

L/m2

Qi = 1/0.0056 = 178.6ml/min = 10.7 L/h

单位面积Qi 为10.7L/h / 0.00138 m2 = 7765.2 LMH

因此，在无时间要求时，所需Millipore Express SHF 最小面积为

Amin = Vb/Vmax = 1000L / 905.8 L/ m2= 1.10m2

要求在2 小时内完成过滤，所需Millipore Express SHF 最小面积为

Amin = Vb/Vmax + Vb/(QiTb) = 1000/905.8 + 1000/(7765.2X2) = 1.17m2

在通常情况下，需要在最小面积基础上设定一个 1.2~1.5 左右的安全系数。所以在该工艺中一个30”的Millipore Express SHF 滤芯过滤器(实际过滤面积为1.62)，可以满足过滤工艺的要求，安全系数为1.38。

以下为重组蛋白工艺中的典型Vmax 和通量数据，仅供参考

上图点击可放大。全文完