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1、制药过滤器的特性与选择撰稿人：田耀华改编备注：原著秦保振摘要：从制药使用结构与特性入手，介绍了过滤器的过滤机理与影响因素，探讨了过滤器的选择原则与过 滤系统的常规配置，同时也介绍了常用的几种典型过滤器与过滤膜的完整性测试。关键词：过滤器；特性；选择原则；过滤机理；影响因素；过滤属于流体的净化过程中不可缺的处理手段，主要用于去除流体中的颗粒状等其他悬 浮物。过滤器的原理是利用有孔介质，从流体（液体或气体）中去除污染物，使流体达到 所需的洁净度水平。过滤器经常被人们认为是一种简单的网或筛子，过滤或分离是在一个 表面上进行的。这是过去存在的方式，现在大多过滤器的滤壁是有一定厚度的，也就是说 过滤器材
2、具有深度，以“弯曲通道”的形式对祛除污染物起到了辅助作用。过滤器是除去液体 中少量固体颗粒的小型设备，当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而 清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，旋开支管底部螺塞，排净流体，拆下法 兰盖，取出滤筒，处理后重新装入即可。众所周知，过滤器的核心原件是滤膜，这是一种制 备在微孔承托层（支撑体）上的布满更微小孔隙的薄膜。制作滤膜的材料有很多，分为有机膜 （如聚飒中空纤维膜）和无机膜（如陶瓷膜）。膜过滤器的过滤精度较高，粒径控制比较稳定， 而且反冲洗容易恢复性能。因此，使用维护极为方便。1过滤器特性与结构过滤器一般分为深层过滤器（初级过滤）、表面过滤
3、器（中间过滤）和膜过滤器（深度过 滤）三种。（1）深层过滤器的纤维时有脱落，不能给出一个确切的孔径，厚度一般在3-20mm， 通常有吸附作用，并有较大的承污能力；（2）表面过滤器的纤维一般用热粘合或膜涂布而成， 可以给出额定孔径，比较薄（小于1mm）,吸附能力较小；（3）膜过滤器的主要特点是质地坚硬， 不易破碎，有曲折的通道和非常高的内表面积，有一定的开孔率，能做完整性测试，常用 于深级过滤，如无菌过滤器。把上述三种过滤器的主要特性和过滤效果列表进行比较（如表1所示）。表1三种过滤器的主要特性和过滤效果比较探层过滤器表面过滤器膜过滤器厚度3 - 20.mm,高产品残留甚，较少的残留/损失非常随
4、，几乎无吸附、无残留孔径分布范围广，无额定孔径，不能 进行粮体非破坏性完整性刑试狭窄孔径分布，较好截留率90 -99.9%.不能进行被体非破坏性完 整性凋试狭窄孔径分布，有一定的开孔率， 有确切截留率，可微非破坏性完整 性测试随机结构，颗粒截留率30%-90%较明确的多聚合物结构性能较稳 定,变化小祷造膜，制造一致，强度好，坚硬， 截留率不随环境改变在动态条件下，结构登移动，导致过 滤后少星微粒会进入滤池，有基质 污染无或非常低的纤缝释放，较高过滤 质星，无基质污染无纤维释放，非常干净颗粒吸附在膜基质上和物理拦截， 颗粒可能由于过载或移动发生穿透具有深层和膜的特性，膜内部颗粒 吸附在膜基质上和
5、物理拦截，膜表 面大小排除机理颗粒截留机理，大小排除.吸附、拦 截作用，非常高薮截留率99.99-99.9999999%高承污能力，膜寿命长中等承污能力，合理寿命低容污能力，容易堵塞截留率随流速和压力而改变，较好 使用在非脉动流动中截留不随流速和压力改亶，能使用 在蒲速不稳定和改斐的恰况截留与流体特性无关性能可靠.，恒 定口低运行压差，应用在（0 - 1 bar） 典型生物过滤和（0-2 bar）典型胴 粒过滤较好的运行压差，。-Z b*典型生物过浦，口 -3 bar典型胴粒过滤好的运行压差0 - 2 br典型生物 过滤,0 -3 bar典型颗粒过浦如玻璃纤能,瞬虱压枝式如寇晦觥畿或聚酯片如除
6、菌膜2常用的几种典型过滤器2.1圆盘过滤器圆盘过滤器（如图1所示）是比较传统的一种过滤器，通常用于小批量过滤，可同时使用深 层、表面滤膜，直径一般在13-293mm。圆盘过滤器占地面积大、份量重、安装复杂，但成 本低。广泛适用于大医院制剂，药厂大输液、口服液生产，白酒、黄酒、饮料及化工、冶 金、电子、环保等部门液体的精密过滤或除菌过滤，也可用于气体。2.2层叠式圆盘过滤器层叠式圆盘过滤器（如图2所示）具有不可变形构造，一般用非金属制作而成，它的膜结合 在圆盘支撑的两边，然后所有的圆盘支撑结合在一起，各个过滤器之间是平行的，层叠式 圆盘过滤器承受反压低，使用方便紧凑，有可替换的和一次性使用的两种
7、，过滤完药液后 会留有少量的残液。3.3折叠式过滤器折叠式过滤器（如图3所示）有2-5种结构材料，过滤面积大，有较高的正/反压承受能力， 膜在支撑材料间，采用热熔，能适应多次蒸气灭菌。折叠式过滤能将予过滤和除菌过滤膜 结合在同一过滤芯内。主要用于生物制品、大输液，小针剂，制药过程用水，组织培养基， 诊断试剂，洗瓶水，溶剂等终端除菌过滤。3过滤机理与影响因素3.1过滤机理流体的过滤机理主要有两种。一种是基于颗粒的大小来分离，例如拦截、筛分和表面捕 获等；另一种是吸附，即颗粒在化学/电荷作用下粘附在滤器上。这就要求各个药厂根据自 身的实际需要来选择不同的过滤膜。3.2影响过滤的因素3.2.1流体的
8、特性与流体的特性有关。例如，流体的粘度和化学/离子成分，流体的粘度越大在同样的压力 条件下流速越慢，流体与膜之间有较多接触，过滤效果较好；再如，流体和膜的混合/接触 时间对过滤效果也有较大影响，混合/接触时间越长则过滤效果越好。此外，需要注意的 是流体的特性只影响膜对流体的吸附截留效果而不影响颗粒大小的排除。3.2.2操作条件与实际操作条件有关，如颗粒的流速和过滤压力。要想取得好的过滤效果，一般选择较 低的流速，流速越低截留效果越好。实践证明膜的结构移动对过滤是不利的，一旦膜的结 构在过滤过程中发生了变化，则颗粒和纤维就能从深层过滤器析出，影响到过滤效果。但 是，速度/压差仅对吸附截留有重要影
9、响，对大小排除影响相当小。3.2.3颗粒类型颗粒类型与过滤效果也有很大关系，颗粒分为可变形颗粒和不可变形颗粒两种。在一定 的压力下，可变形颗粒会进入过滤膜内并导致更多的过滤网孔堵塞，从而影响到过滤效果， 如凝胶的过滤。然而，不可变颗粒过滤时则会在滤膜上形成一层类似饼状的物体。3.2.4过滤膜类型与过滤膜的类型有关，不同过滤膜的孔径和结构不同，有些膜的结构是刚性的，有些膜 的结构是可移动的。预过滤膜的额定孔径没有一个统一的国家标准，不同的制造商有自己 的定义和方法，所以选择和更换商家时需引起高度注意，同样是0.22pm的预过滤膜，不同 制造商的过滤效果存在很大差别。而除菌过滤的公共孔径是有法规定
10、义的，各个商家执行 的是同一个标准，在选择和更换时就相对要简单一些。3.2.5过滤材质与过滤的材质有关，过滤材质按与水的关系分为亲水性（水可浸润的）和疏水性（水不 浸润）两种。亲水性的过滤器主要应用在水或水/有机溶液混合的过滤和除菌过滤，如纤维 素材料（再生纤维素、混合纤维素酯）、PVPP聚碳酸酯、（PVDF）改良聚偏二氟乙烯；疏水 性过滤器是通过水被截流或“引导”进入滤膜，主要应用在溶剂、酸、碱和化学品过滤，罐/ 设备呼吸器,工艺用气，发酵进气/排气过滤，如PTFE聚四氟乙烯、PVDF聚偏二氟乙烯、聚 丙烯、聚飒、聚碳酸酯等。4过滤器的选择原则目前制药生产的许多工艺都用到了过滤系统，过滤系统
11、在药厂生产工艺中具有至关重要 的作用，为了使生产能够高效有序的进行，对流体中的颗粒、胶质和微生物等杂质的去除， 必须使用科学规范的方法。选择正确的过滤器，不仅可以得到满意的产品质量，还可以提 高过滤效率，降低过滤成本。由于过滤过程本身的动态变化和许多物料性质的不均一性， 以及二者之间的复杂关系，再加上过滤器的类型和规格繁多，使得过滤器的选择十分困难。 要实施一个既安全经济、又可靠有效的过滤方案，要充分考虑影响因素，表2为过滤器的 选择原则。深层表面膜澄清预过沙最象图4为过滤系统的常规配置示意5过滤系统的常规配置生物制药中过滤系统的配置一般遵循孔径逐渐减小的原则，在过滤系列开始阶段一般使用 大过
12、滤容量的深层过滤器，这种过滤器成本低，起到澄清过滤的作用，深层过滤的载量影 响后续除菌过滤的能力（载量与除菌能力呈负相关）。中间级过滤一般使用中等截留、中等载 量的表面过滤器，表面过滤器的成本较低，一般用它起到预过滤的作用，末端一般使用最大过滤截留率的膜过滤器来达到最终过滤的效果。最终的膜过滤器是昂贵的，为了降低成 本，常对过滤组合进行优化，应增加深层过滤和表面过滤来提高膜过滤的载量。图4为过 滤系统的常规配置示意。表过滤器的选择原则选择项目影响因素选择内容过滤类型及 过滤精度过滤目的：澄清、除菌、 萨、分离微滤、超滤、纳滤、过滤褚度-除菌：选用0.22km或口.45四m； 除颗粒：选用1 一
13、6肿m ：大分子分离：分子量1000- 30， 选用超滤：（4）小分子分离：分子量雹。- 1000 ,选用纳滤。滤材过滤池体的特性:气体 或池体、蒲体的成份、 pH值、化学性质、温度 及工艺要求等参考化学相容性表及滤材特性选择_ （1）过滤水溶谶时，尽星选择 亲水性滤材,如聚酷砚膜（F3E型）、尼龙膜（3建）；但）过滤气 体、强酸强碱和特种溶媒时，选择疏水性滤材，如FTFE滤林SF型L耘过滤流体特性:气体或 池体、流体的成份、化 学性质、温度及工艺要 求等3可选用明4或锈钢材料。用于除菌过滤的选用卫生簸外壳： 少用或不用螺纹、无死角、易清洗、内外表面憧面抛光、采用隔膜压力表-过滤器大小布量、椒
14、体粘度、工作 方式根宠有效压差、初始压差、过滤量确定。若谶体有粘度，还需加大， 因嘏体的粘度与第量成反比。理续操作比间隙操作至少选大1/3-是否需要预 过滤器污染程度、颗粒分布、前处理恰况使用合适的过滤器，可延长籍端过滤器的寿命，降低使用成本。选 用聚丙烯膜滤芯（3F型）6过滤膜的完整性测试比较常用的完整性测试方法是水压法，如图5所示。先把测试膜放在一个密闭容器中， 把水灌在膜表面，然后加压至小于膜的水浸入压，维持一定的压力不再加压，这时折叠式 结构会进一步压缩，如果膜是完整的，则上游的压力不会太快下降，否则膜就可能有质量 问题了，需要及时更换，以保证过滤效果。7结语本文从制药使用过滤器的过滤
15、机理与影响因素入手，介绍了过滤器结构与特性，探讨了 过滤器的选择原则与过滤系统的常规配置，同时也介绍了常用的几种典型过滤器与过滤膜 的完整性测试。本文改编于：秦保振.制药使用的过滤器特性与选择原则探讨.中国制药装备J.总48 期.2009（8）原作者介绍：秦保振，神威药业有限公司，河北省石家庄市，051430Irtlwrity Tester图5过滤膜的完整性咧试示意多袋式袋式过滤器多袋式袋式过 滤器采用侧进底出方式（也可采用底进 底出方式），通过管道中的 压力将过滤液体介质压入或抽入过滤器桶体，要过滤的液体介质经由 电抛光冲孔支撑 滤蓝承托的过 滤袋的过滤，产生理想的固 液分离达到液体介质被过
16、滤的效 果。不同的 过滤精度，取决于不同精度的过滤袋。由于液体介质 进入滤器后是从滤 袋顶端流入， 使得液体可均匀分布在整个滤袋的过滤表面，令整个层面中的流体分布基本恒定一 致，紊流的负 面影响小，过滤效果好。正浩公司多袋式袋式过滤器具有结构合理、密封 性好、流通能力强、操作简便等 诸多优点。尤其是滤袋侧漏机率小，能准确地 保证过滤精度，并能快捷地更 换滤袋， 使得操作成本 降低。滤器内外表面采用机械 喷砂抛光处理，均匀、易清 洗。过滤还可 据客户使用要求，提供带吊拄手动、吊拄液压、吊拄弹簧辅助、弹簧辅助、平衡陀等 多种形式的开启闭合 装置，以满足 不同客户的使用。袋式过滤系统，过滤 器，过滤
17、 袋，过滤芯型号规格：2*3*4*5*6*8*10*12*14*16*18*20*22*24流入方式：侧进底出、底进底出过滤袋尺寸：（P 180（ 7英寸）* 820（ 32英寸）最大流量（m/h）: 901080最高操作压力（MPa）： 0.83.0标准联接（进/出）：DN100-1000滤器材质：304、316L滤芯选择折叠式滤芯材质：折叠式滤芯、支撑层、端盖、内外筒均为 聚丙烯。焊接：采用独特的热熔方法，无粘合剂、无异物脱落。典型用途：可用于医药工业、食品工业、化学工业、电子工业。主要技术性能指标（10 ”滤芯）过滤精度：气体0.2um液体：0.2um, 0.45um,1.0um,2.0
18、um,5.0um.过滤面积：0.72M2使用方法：一滤芯消毒方法1消毒柜内消毒，把滤芯从塑料袋中取出，置于消毒柜内在121ºC下消毒 30分钟.2在线消毒请，滤芯按正确的方法安装在滤器内（固定板与滤芯间隔0.5mm）.通 蒸汽30分钟二进出流向识别滤芯外面进中间出，正反冲可按不同方向进行.三孔径识别滤芯壳体有热熔字体，标明滤芯材质及孔径。四滤芯安装方法1将O型圈湿润，慢慢将滤芯垂直 插入，必须全部插到不锈钢第圆 槽内。2将滤芯部翅片用不锈钢孔板压好，压板不需太紧，以防高温消毒时滤芯变型。3避免直接用手接触滤芯。4使用前尽可能冲洗滤芯。5开机或关机时，请慢慢转动阀门，不要一下子打开或关
19、闭，以防在高温消毒时 滤被吸瘪。五滤芯维护方法滤芯使用至不能满足 设计流量时（流量明显下降前后 压力表差在0.1MPa）请停机 后 打开滤器从滤器，从中取出滤芯，用清水冲洗表面赃物，然后先 在的4%的盐酸中 浸泡24小时，再在4%的氢氧化钠中浸泡24小时，后用清水冲洗（浸泡时取下二根 O型圈，以防膨胀）。六储存法1将滤芯浸泡在消毒剂中，将滤器不锈钢外壳灌满消毒剂。2滤芯取出烘干，（50ºC 36小时）3将滤芯取出晾干，在气候干 燥地区。4未干燥的滤芯请不要用塑料 袋包装以防发霉。聚丙烯滤芯：（PP）材质：聚丙烯滤芯介质为聚丙烯膜。主要特性：低压差、高通量、多次重复冲洗、长寿命、过滤精
20、度优良、低廉的经济费用特别 适用预过滤及 洁净过滤。聚醚飒滤芯：（PESU）材质：聚醚飒滤芯介质为聚醚飒膜主要特性：是一种亲水性无菌级折叠滤芯，具有占滤膜面积百分之八十以上 的微孔率及独特 的微孔几何形状。通量大，对蛋白质及微生物 制剂的吸附比尼龙膜和醋纤膜 低。聚四氟乙烯滤芯：（PTFE）材质：聚四氟乙烯滤芯介质为聚四氟乙烯膜性能优异有广泛的化学适用性、生物 安全性及热原控独特的疏水性和亲水性二种。疏水性：用于气体过滤大到无菌，大通量，耐高温，耐强 酸、碱，化学适用性广， 适用于发酵罐，二氧化碳，氮气，压缩空气。用于气体 过滤时，能达到100%截留0. 02um以上各种噬菌体、细菌及微粒。亲水性：用于液体过滤达到无菌，化学适 用性广，耐强酸、碱，臭氧强 度高。
