高效一体式折叠膜过滤器的研发与应用

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2019-12-18   环球过滤分离技术网   fsp8
      高效一体式折叠膜过滤器的研发与应用
邢书芳  胡春光  郭  健  贾福成

（核工业理化工程研究院，天津 300180）

摘  要：对发酵行业不同时期的无菌空气过滤器结构进行了总结分析，重点介绍了节能型一体式折叠膜过滤器的研发过程与应用。与传统的无菌空气过滤器相比，一体式折叠膜过滤器具有结构合理、节能降耗、性价比高的特点，在同类产品中竞争优势明显。

关键词：一体式折叠膜过滤器；结构说明；工作原理；产品特点

0 引言

“过滤”是指流体（气体和液体）中的微小固体颗粒或气溶胶粒子与流体之间的分离，用于实现这种分离的装置就是过滤装置，过滤装置必须安装过滤膜，只有当过滤膜具备较高的过滤效率，才能使流体变得纯净或无菌。“净化”也是一种分离，但一般的净化装置，例如旋风分离器、涡旋管分离器、气液分离器等没有过滤膜，依靠科学合理的机械结构设计，只能分离较大的粒子，一般净化精度都在1μm以上。在生物制药等发酵行业中，空气过滤与净化技术被广泛应用于无菌空气系统的制备中。

折叠膜空气过滤器，可替代传统的以棉花、活性炭为介质的空气过滤器，在节能、环保、降耗等方面显示出了巨大的优越性。在近30年时间里，我院研发了多种无菌空气系统装备，这些装备应用到发酵行业后，得到了用户的一致好评和认可。含一体式折叠膜过滤器等5个国家专利产品的新型节能无菌空气过滤系统流程如图1所示。





1  新型节能无菌空气过滤系统流程简图（图中为“一体式折叠膜过滤器”）

1—空压机前处理器  2—空压机  3—储气罐  4—冷却器  5—气液分离器  6—加热器

7—涡旋管分离器  8—总空过滤器  9—蒸汽过滤器  10—一体式折叠膜过滤器

11—止逆装置  12—发酵罐  13—逃液捕集器

1 无菌空气过滤器结构分析

发酵行业使用的无菌空气过滤器经历了一个由低效、高耗能向高效、低耗能转变的过程。当总空过滤器、分过滤器的过滤介质均为棉花、活性炭时，称为棉炭+棉炭过滤器；当总空过滤器、分过滤器的过滤介质为棉花、活性炭和玻璃纤维时，称为棉炭+层叠板式过滤器；当总空过滤器、分过滤器的过滤介质为玻璃纤维、金属复合膜时，称为玻璃纤维+金属膜过滤器；当总空过滤器、分过滤器的过滤介质为玻璃纤维、聚四氟乙烯膜时，称为折叠膜+高分子膜过滤器。

1.1   棉炭过滤器结构

我国的发酵工业生产始于20世纪50年代，从那时起至80年代中期，一直沿用以棉花、活性炭为主要介质的无菌空气过滤设备。

在棉炭过滤器壳体内部，棉花和活性炭分层摆放，靠隔板和螺钉固定。空气由壳体底部进入，经过数层棉花、活性炭后从顶部排出。


图2为棉炭过滤器结构简图。棉炭过滤器分为两种类型，即总空过滤器和分过滤器。根据流量大小，其外形尺寸也不同，但内部结构是一样的。总空过滤器为第一级过滤，主要拦截油雾、水雾和较大粒子。分过滤器是第二级过滤，通过两级过滤的空气，若还未能达到发酵料液需要的过滤精度，可再增加一级过滤，确保过滤空气满足发酵工艺需求。

棉炭过滤器的优点：

（1）系统中配置的设备较少，便于集中布置和管理；

（2）棉花、活性炭这些介质材料易得，价格相对较低，使用寿命较长；

（3）通过总、分两级无菌过滤，容易配置及经常更换分过滤器介质，且在每批介质进罐前可对其进行高温蒸汽灭菌，能够较为可靠地提供发酵过程所需的无菌空气。鉴于上述这些优点，使得棉炭过滤器在过去几十年的时间内，在中外发酵行业生产中一直占据着不可替代的统治地位。

但是，根据棉花、活性炭本身的特性，作为无菌空气过滤器的过滤介质，其存在一些无法克服的缺陷：

（1）压力损失大，两级过滤总损失压降为0.06～0.07 MPa；

（2）容易染菌，造成大量蒸汽、原材料的浪费；

（3）更换介质费时费力，工人劳动强度大，环境污染严重。由于生物制药等发酵产品是连续生产，年耗能量很大，因此使用棉炭过滤器会给企业带来沉重负担，发酵行业节能降耗的需求尤为突出，市场和用户迫切需要更可靠、更高效的过滤介质和过滤系统来满足发酵行业的生产需求。

1.2 QJX型高效气体净化系统

QJX型高效气体净化系统（以下简称为金属膜过滤器）的研制始于1985年，面对发酵行业对新型空气过滤系统的迫切需求，我院技术人员将军工分离膜技术创新应用于民用产品，成功研发了过滤精度达0.01μm的金属膜过滤器，打破了棉炭过滤器在发酵行业一统天下的局面。

金属薄膜是用于核工业的一种特种膜，金属膜过滤器利用表面和深层过滤机理，流体形式为涡旋剪切十字流。金属膜表面容易清洗，深层过滤具有较大的容尘量，而涡旋剪切十字流形式可以连续排尘，从而保证了金属膜过滤器的超长使用寿命可达到5年以上。其显著特点为：（1）系统可靠性强；（2）过滤机理先进；（3）系统性价比高。采用纳米技术制作的金属膜过滤精度可以达到0.01μm。

金属膜过滤器主要包括预过滤器、主过滤器、止逆装置。系统采用预、主过滤器垂直连接的形式，预过滤器滤芯为圆筒式，气体外进内出，单支流量大，安装更换方便。膜管采用阵列式排列，气流方向为内进外出。膜管与管板采用冷焊技术连接，整机无接点，消毒温度可达180℃，多次消毒不会引起系统性能下降。止逆装置是主过滤器的保护装置，装置浮子设计为双浮子结构，既可有效预防反压、料液倒流对主过滤器的损坏，又可保护发酵罐，并有利于突遇停电、停气或其他事故过程中的发酵罐保压。金属膜过滤器及金属膜管如图3所示。



图3  金属膜过滤器及金属膜管

从20世纪80年代后期开始，金属膜过滤器在华北制药厂、江西东风制药厂、山东鲁抗集团、南阳普康药业公司等近百家发酵企业得到成功应用，发酵产品的发酵单位/平均收率、单罐产量、染菌率等指标有了较大的提高和改善，均取得了可观的经济效益。

仅以华北制药厂108发酵车间为例，全面使用金属膜过滤器后收效明显：（1）种子罐染菌率下降30%以上，经济效益达142.8万元/年。（2）百吨发酵罐的染菌率下降50%以上，仅此一项，年经济效益达98万元。由于空气质量提高，单位产品成本大幅度降低，年创收达457万元。（3）彻底替代了棉炭过滤器，每年节约棉花、活性炭资金17.3万元。（4）年节约消毒蒸汽1 000 t以上，价值2万元。合计年经济效益717.1万元。

国内洁霉素重点生产企业通过使用金属膜过滤器，替代了落后的棉炭过滤器，使空气质量得到根本改善，收益明显。无菌空气过滤器改进前后的相关指标对照如表1所示。

表1  无菌空气过滤器改进前后的相关指标对照表


随着过滤技术的不断进步以及用户对过滤产品认知的提高，金属膜过滤器的不足之处也逐渐显现出来，主要体现在以下几个方面：（1）设备价格高，几乎是相同流量折叠膜过滤器的2～3倍；（2）单台体积较大，维修更换复杂，需专业人员维修更换；（3）检测费时费力，一台金属膜过滤器的膜管检测更换需要6～8 h左右，而折叠膜过滤器仅需1 h（以60 m3/min过滤器为例）；（4）成本升高，利润降低，金属膜管的主要原材料为镍，每吨由几万元已涨至几十万元，成本压力巨大。

1.3 分体式折叠膜过滤器结构

20世纪90年代，英国多明尼克·汉德（Domnick Hunter，DH）公司首先推出了全新概念的膜折叠滤芯，这是空气膜过滤技术的重大突破，使得无菌空气净化技术上升到了一个新高度。

美国戈尔公司（Gore）利用机械压延技术得到了孔径分布窄、空隙率高的聚四氟乙烯微孔膜，进一步提高了聚四氟乙烯膜的加工制造水平。其制造方法：经挤出、压延得到厚度为250 µm左右的基带，再在22～320 ℃下进行热定型处理，得到由亿万条连续不断的互连纤丝非同心交叉排列而成的微孔，孔径小于0.2 µm，孔隙率最大可达80%。

由于过滤技术控制在国外过滤器厂家手中，无菌空气滤芯造价不菲，每支20"高效滤芯（聚四氟乙烯膜）售价达到8 000元左右。现在常规使用售价几千元的折叠膜过滤器，在当时需要十万元，昂贵的价格，加上技术上的垄断，使得过滤膜新技术、新产品在国内无法大面积推广。直到2000年左右，国内高分子膜过滤技术的研制实现了重大突破，膜过滤技术开始在发酵行业大面积使用。

相比金属膜过滤器，分体式折叠膜过滤器具有以下优点：

（1）产品价格低，几乎是相同流量金属膜过滤器的1/3～1/2；

（2）滤芯通气量大，更换便捷，不需要专业的维修人员更换；

（3）滤芯检测更换方便，以60 m3/min折叠膜过滤器为例，其滤芯检测更换的时间是金属膜过滤器的6～8倍，节省了大量时间；

（4）降低维护成本，用户可以自行更换滤芯，降低供方的费用支出。

分体式折叠膜过滤器采用中效、高效过滤器分体结构，两者之间通过不锈钢阀门连接。中效、高效过滤器结构基本相同，进出口管道在同一水平线上。中效、高效滤芯介质均为高分子材料。其中，中效滤芯介质为超细玻璃纤维材料，滤芯内外支撑为聚丙烯材料，滤芯接口采用国际通用标准的CODE7、双-226硅橡胶圈。中效滤芯一般不需消毒，空气温度控制在＜70 ℃（若消毒也可配置耐高温滤芯），可以去除＞0.3 µm的颗粒，滤芯支数依据空气流量确定。高效滤芯采用聚四氟乙烯膜和逐级加密的微孔过滤材料，滤芯内外支撑全部采用不锈钢材料，滤芯接口采用国际通用标准的CODE7、双-226硅橡胶圈，消毒温度＜150 ℃，除菌效率达到99.999 9%，过滤精度可以达到0.01 µm，滤芯支数依据空气流量确定。分体式折叠膜过滤器结构及其在发酵车间的使用如图4所示。






图4  分体式折叠膜过滤器结构及其在发酵车间的使用

目前，发酵行业使用的分体式折叠膜过滤器作为主流产品占整个过滤器市场的90%以上，其弊端日益显现，主要体现在以下几个方面：（1）占用空间较大，是同流量金属膜过滤器的两倍多；2）结构设计不合理，采用分体式结构，不能整体消毒；（3）产品投入成本高，由于不能整体消毒，需在中、高效过滤器之间增加阀门；（4）系统不具备在线检测空气系统是否染菌的功能。

分体式折叠膜过滤器存在的缺陷，使得发酵行业的广大用户再次期盼出现更加符合用户需求的空气过滤新产品。

1.4  一体式折叠膜过滤器结构

为满足用户和过滤器市场的需求，我们开发设计出了一体式折叠膜过滤器（以下简称为一体式过滤器）。它集金属膜过滤器和分体式折叠膜过滤器的优点于一身，由分体式结构升级为一体式，设计新颖，结构合理，与分体式折叠膜过滤器相比，竞争优势明显。

（1）整体结构：与同等流量分体式折叠膜过滤器相比，其占据的空间可节省＞1/2；

（2）发酵工艺：中、高效过滤器可以同时消毒，消毒温度＜150 ℃；

（3）产品成本：对比分体式折叠膜过滤器，节省了阀门和壳体，价格降低1/3；

（4）预防染菌：可在线检测空气过滤精度，有效预防染菌事故的发生。

一体式过滤器采用了中效、高效过滤器垂直连接的结构。中效过滤器由折叠圆筒式或耐高温塑封折叠滤芯组成，高效过滤器由聚四氟乙烯膜滤芯组成。

在中效过滤器和高效过滤器之间设置有连接底座，在中效过滤器的一侧设置有进气管，在中效过滤器的另一侧设置有上排气阀，在中效过滤器内设置有中效滤芯，中效滤芯的下端与连接底座固定。中效滤芯的一侧设置有挡风板，在中效过滤器和高效过滤器内侧均设置有除水效果明显的导流疏水板装置。在高效过滤器的一侧设置有中排气阀，另一侧设置有排气管，在高效过滤器内设置有高效滤芯，高效滤芯的上端与固定压板连接，固定压板和固定管板之间由支撑杆连接。在排气管上设置有检测阀门，在高效过滤器的底部设置有下排气阀。一体式过滤器结构及其在发酵车间的使用如图5所示。





图5  一体式过滤器结构及其在发酵车间的使用

中效滤芯有两种形式：（1）滤芯采用经济型设计，为大通量、低阻力折叠圆筒式结构，顶部密封，筒壁由耐高温的片状超细玻纤高分子材料折叠而成，筒壁内表面由多孔不锈钢板支撑，筒壁外表面由不锈钢丝网支撑，用户可以非常简便地自行更换。中效滤芯通过螺栓与连接底座固定。中效滤芯的支数根据空气流量确定，一般在1～3支左右。（2）滤芯采用耐高温塑封折叠滤芯，过滤介质为超细玻纤高分子材料，内外支撑均采用聚丙烯材料（内支撑也可采用不锈钢材料），滤芯接口采用国际通用标准的CODE7、双-226硅橡胶圈，中效滤芯的支数根据空气流量确定。第二种形式的滤芯相比第一种形式的滤芯更换较为麻烦，用户实际采用的较少。

高效滤芯采用了聚四氟乙烯膜和逐级加密的多孔材料保护滤层结构。其内外支撑全部采用不锈钢材料，插接管头采用国际通用标准，配以高温硅橡胶双密封圈，消毒温度＜150℃，除菌效率达到99.999 9%，过滤精度可以达到0.01 µm。高效滤芯与固定管板密封固定，滤芯的支数需根据空气流量确定。

一体式过滤器的中效滤芯和高效滤芯外形如图6所示。


6  一体式过滤器的中效滤芯和高效滤芯外形

分体式过滤器逐步推广使用后，部分厂家放弃了金属膜过滤器转用折叠膜过滤器，并提出中肯的建议，希望在保留原金属膜过滤器工艺管道和阀门不变的情况下进行改造。我们采纳了用户的建议，进行了全面的研发。通过分析过滤器结构，结合金属膜过滤器特点及折叠膜过滤器优势，发现如果原封不动地将金属膜过滤器改造成分体式过滤器，势必造成原管道和阀门的变动，这个方案肯定不可行。经过多次深入车间与用户沟通，最终确定了较成熟的金属膜过滤器改造折叠膜过滤器方案（以下简称为“金改折”方案）。就是在原有金属膜过滤器壳体不变、原有工艺管道和阀门进出口不变的基础上，设计改进为两级式折叠膜过滤器结构。这样既保留了一批使用金属膜过滤器的用户，又将两级式过滤器设计为一个新的过滤产品，即新型一体式过滤器，其改进效果得到了用户的肯定。

“金改折”方案的具体改进：受限于原工艺管道和阀门进出口不能改变，一体式过滤器保留了原金属膜过滤器壳体。中效过滤器的滤芯采用圆筒式和塑封折叠式结构，高效过滤器内部的金属膜管全部改造成聚四氟乙烯膜高效滤芯。为有效排除液态水造成的染菌隐患，高效过滤器内增设了消除液态水效果明显的导流疏水板装置。改造中必须要解决的两个问题：（1）折叠滤芯的数量：同等流量下需要多少支折叠滤芯。（2）折叠滤芯的排列方式：高效过滤器的筒体是固定的，折叠滤芯能否在管板上排列开。

依据以下空气流量计算公式，计算滤芯数量：

Q=q·n

式中  Q——管道空气流量，m3/min；

q——单支滤芯流量，m3/min；

n——折叠滤芯支数。

已知系统空气流量为60m3/min，单支折叠滤芯的设计流量是多少呢？受筒体高度所限，选取10"折叠滤芯（新产品设计时，可不受滤芯高度限制），通过实验可以得出10"折叠滤芯流量与压降关系曲线（图7），从图中可以看到，在入口空气压力0.2 MPa、压降0.008 MPa条件下，每支10"（250 mm）折叠滤芯可以提供300Nm3/h的流量。匹配时一般选取＜5 m3/min的滤芯，可按3～4 m3/min的流量选取，以保证实际流量偏大，延缓滤芯使用寿命。

图7  10"折叠滤芯流量与压降关系曲线（纵坐标改为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06，压降/MPa）

已知管道空气流量60m3/min，单支滤芯流量选取4m3/min，代入空气流量计算公式：Q=q·n，n=Q/q=60/4=15（支）。空气管道在60 m3/min流量下，需匹配10"折叠滤芯15支。

已知60 m3/min的金属膜过滤器筒体内径为450 mm，依据折叠滤芯实际排布情况，完全可以在过滤器管板上排列15支高效滤芯。



2 一体式过滤器工作过程和原理

一体式过滤器在工作状态下，空气从进气管进入上壳体，撞击到挡风板上，使空气均匀地通过中效滤芯，将＞0.3µm的尘埃颗粒拦截在中效滤芯的最外层。中效滤芯分为两种形式，进气方式为外进内出。经中效滤芯过滤后的空气通过连接底座的中心孔进入下壳体，空气从高效滤芯的外部进入滤芯，将＞0.01µm的尘埃颗粒拦截在高效滤芯的最外层，进气方式为外进内出，过滤后的空气经排气管进入发酵罐，保证发酵料液的安全生产。经中、高效两级过滤后，空气过滤精度为0.01μm，满足无菌空气要求。

一体式过滤器主要技术参数如表2所示。

表2  一体式过滤器主要技术参数




一体式过滤器的特点

3.1 设计新颖，结构合理

一体式过滤器改进了分体式过滤器的结构（中、高效过滤器通过阀门相连接，中效过滤器不能消毒），将中、高效过滤器垂直相连。相同空气流量情况下，一体式过滤器整体占地空间小，是分体式过滤器的1/2，滤芯安装更换方便。

3.2  初始压降低，节能效果好

由于结构设计合理，一体式过滤器一方面减少了空气流经90º转弯的管道数量，另一方面采用了大流量、低阻力的折叠圆筒结构的中效滤芯，减小了空气阻力。两方面共同起到降低空气系统压降的作用，使其初始压降小于分体式过滤器。

3.3  整体消毒，可靠性高

分体式过滤器的中、高效过滤器之间由阀门连接，中效过滤器不能消毒，这样就增加了发酵料液染菌的可能性。一体式过滤器有效克服了这种不足，中、高效过滤器可同时高温消毒，消毒温度＜150 ℃。

3.4  降低成本，性价比高

一体式过滤器节省了分体式过滤器的壳体，即中效过滤器的下壳体、高效过滤器的上壳体，节省了中、高效过滤器之间用于连接的不锈钢阀门。以上两项约占分体式过滤器价格的1/3左右，降低了一体式过滤器的成本。

3.5  根除隐患，防患未然

过滤器在消毒后或在空气湿度较高的条件下，容易形成中效和高效过滤器的壳体内有液态水。针对这种情况，在一体式过滤器内腔巧妙设计了导流疏水板装置。在空气压力的作用下，液态水沿着设计好的导流通道排出，从根本上杜绝了发酵料液染菌的可能性。

3.6  增加在线检测功能，预防染菌事故

在高效过滤器排气管上安装了检测阀门，可与检测空气精度的激光粒子计数器通过乳胶管连接。工作状态下，依据一体式过滤器检测到的数据，可判断空气精度是否满足发酵工艺的要求。若数据不达标，可及时采取有效措施，如更换滤芯或排查可能引起料液染菌的其他隐患。

无菌空气过滤器的相关性能对照如表3所示。

表3  无菌空气过滤器的相关性能对照表




4  一体式过滤器相关事项说明

4.1  滤芯安装操作

滤芯为折叠式结构，通量大、阻力低，安装更换方便。滤芯接口均采用国际通用标准的CODE7、双-226硅橡胶圈。

（1）打开滤芯包装后，应认真检查滤芯外观是否光滑、有无毁损，硅橡胶圈是否完好，检查无误后再进行安装。

（2）在折叠过滤器外壳带有压力的情况下，绝对不允许打开过滤器外壳。一定要在确认隔离压缩空气并且将过滤器完全泄压的前提下，才能打开过滤器的外壳。

（3）拆卸完被替换的滤芯后，用非腐蚀性清洗剂将过滤器壳体上的接头插孔清洗干净，在插孔充分干燥后方可安装滤芯。

（4）将装有滤芯的塑料袋（有双胶圈的一端）打开，不要去掉塑料袋，只将两个橡胶圈露出，对橡胶圈进行适当润滑，双手卡紧滤芯的另一端，将滤芯端头插入插孔底部，然后顺时针旋转锁紧滤芯。注意不可握住滤芯的最上端进行安装操作，否则会导致滤芯的永久性损坏。

（5）全部滤芯安装完毕后，将尾部的固定卡盘装好，此时一定要注意不可过分拧紧锁紧螺母，以防压坏滤芯。

4.2 过滤器消毒注意事项

（1）使用的饱和蒸汽一定要经过蒸汽过滤器过滤，将蒸汽中的杂质和冷凝水经阀门排放干净后，视蒸汽达到似雾状时，再打开进入蒸汽过滤器的阀门，以防蒸汽滤芯过早损坏。

（2）使用饱和蒸汽进行消毒时，建议蒸汽压力控制在198～270kPa，温度控制在120～130 ℃，时间控制在30min左右。

（3）蒸汽消毒时，各个阀门要全部打开，不留死角，消毒结束时，一定要缓慢通入压缩空气，通气速度不能太快，防止通过气流与过滤介质摩擦引发安全事故。

（4）蒸汽消毒结束通入压缩空气时，要严格控制过滤器的压降，仔细观察过滤器管道前、后压力表的变化，杜绝出现过滤器膜前压力低于膜后压力的现象，避免滤芯弯折。

（5）蒸汽消毒后，如果工艺允许，要全开过滤器的进口阀门，通气时间30 min，将过滤器完全吹干后才能投入运行。如果过滤器在潮湿状态投入运行，有可能造成发酵料液染菌。

（6）蒸汽过滤器在使用完毕后，要关闭其进出口截止阀门，一定要全开蒸汽过滤器底部的排污阀门，杜绝阀门泄漏，蒸汽冷凝水渗入发酵罐，造成不必要的损失。

（7）使用过热蒸汽对过滤器进行消毒时，务必要对过热蒸汽进行减压、降温处理，达到发酵行业对蒸汽的压力、温度要求后才能使用。

（8）在保证正常生产的前提下，要尽量减少对过滤器消毒的次数，延长滤芯的使用寿命。由于发酵企业生产的产品、工况等不同，提供过滤设备的单位一般不会提供消毒周期，企业应根据发酵料液的生长情况，摸索出切实可行的消毒周期，达到既降低生产成本，又保证安全生产的目的。



5 一体式过滤器的在线检测与激光粒子计数器

5.1 一体式过滤器的在线检测

无菌空气过滤是发酵过程中的关键环节，菌的培养、生长以及发酵液的搅拌等都涉及到无菌空气。传统观念认为空气是发酵过程中染菌的第一污染源。

在实际工作中，料液染菌是由多种原因造成的，多数发酵罐大面积染菌，若发生在早期，可能是种子带菌或是连消设备问题引起；如果染菌发生在中、后期而且染的是同一种菌，很可能是空气过滤器除菌不净、空气带菌或是补料系统带菌造成的。此外，阀门泄漏、消毒不彻底、员工操作失误等都有造成料液染菌的可能。

如何判断无菌空气是否是造成料液染菌的原因，还需要有相对比较科学的检测方法。折叠膜过滤器的检测目前没有统一的标准，各个生产厂家按照自己的方法进行检测，在检测无菌折叠膜过滤器过滤精度时，有一种供参考的检测方法，即采用粒径精度为0.3μm的激光粒子计数器，对一体式过滤器和滤芯质量进行现场在线检测，如图8所示。对激光粒子计数器的校验则采用0.1 μm或更高级精度的检测仪器。

激光粒子计数器与一体式过滤器排气管上的检测阀通过乳胶管线连接，进行在线检测，可较准确地判断高效过滤器出口的空气精度是否达标。如果检测不合格，可及时采取有效措施，如检测每一支高效滤芯，更换不合格滤芯或逐一排查能引起染菌的其他隐患。激光粒子计数器也可对单支滤芯进行质量检测，检测时需配置相关专用工具。



图8  一体式过滤器和滤芯质量的现场在线检测

例如，河南某大型发酵企业的百吨发酵罐，在发酵过程中，从取样中发现了料液染菌情况。若在发酵周期的初始阶段，能及时找出染菌原因，那么对发酵罐的单产影响不是很大。若是染菌发生在发酵周期的中、后期，则会给生产带来较大损失，甚至要将发酵料液全部倒掉。技术人员及时到达现场，在车间人员的积极配合下，通过激光粒子计数器对空气进行在线检测，分析出空气的确存在问题后，及时采取了有效措施，将备份的过滤器及时补位恢复生产，将替换出来的过滤器中的滤芯逐一检查，查找出了有问题的滤芯，将事故带来的损失降到最低。究其原因，原来是由于员工操作失误，滤芯消毒温度过高，造成少数滤芯失效。

5.2 激光粒子计数器在线检测的注意事项

（1）检测前，乳胶管和过滤器检测阀需用酒精冲洗干净，确认吹干后才能投入使用。

（2）检测前，打开过滤器检测阀门，排出的气体中无水和其他杂质，确认空气干燥后再进行检测。否则，不能进行检测。

（3）检测前，仪器内浮子应显示在正确的位置，需校核粒子计数器的空气内循环粒径0.3 μm的颗粒个数显示为0。检测时，其采样空气流量为2.83L/min，以保证检测数值的准确性。

（4）进行记录前，程显档（或观察档）显示不同粒径数为3～4个周期左右，数据显示趋于稳定后再进行记录较为准确。

（5）在空气正常流动的情况下，观察浮子在比较稳定的状态下，再对过滤器进行检测，否则检测的数据不准确。

（6）检测过程中，若粒径0.3 μm的颗粒个数显示出现0，或间断出现或连续出现均可视为合格。若时间允许，可多测几个周期，数值准确度会更高。

（7）检测粒径的数据，可选择程显档，按6个粒径通道为一个周期显示，即每个粒径通道显示粒子数时间为10 s，6个粒径通道显示粒子数时间为1min。或选择观察档，按时刻随时显示指定通道中的粒子数。两种检测方法选一即可，根据不同需要，也可交叉选用。

（8）在过滤器检测过程中，可记录不同周期、不同粒径的相关数值，便于对产品性能进行比对分析。

以赤峰某制药厂使用折叠膜过滤器一年后为例，通过粒子计数器检测过滤后的空气精度，以判断是否满足发酵空气要求，表4～表6为空气粒子数据检测报告。

表4  101罐空气粒子数据检测报告





表5  202罐空气粒子数据检测报告

6  一体式过滤器的应用与展望

青岛某科技有限公司在葡萄糖酸钠项目设计中，均采用了高效节能的一体式过滤器、气液分离器、逃液捕集器等过滤产品。在山东、通辽共4个葡萄糖酸钠项目中，采用了我院生产的高效节能的一体式过滤器，与分体式过滤器相比，具有明显的竞争优势，领先全国过滤器行业同类产品。


内蒙古赤峰某制药公司两个发酵车间使用了数十台10m3/min、20 m3/min、70m3/min等的一体式过滤器，一直保持着良好的生产记录。在发酵项目扩建中，再次使用了新型节能的一体式过滤器，已经成功投入使用5年多。

山东潍坊某科技公司使用了多台10m³/min、20m³/min、100m³/min高效节能的一体式过滤器、逃液捕集器等相关过滤产品，现已使用了4年多时间，设备一直在良好的状态下运行，为消除料液染菌隐患、稳定生产做出了突出贡献，给企业带来了很好的经济效益和社会效益。

从国内市场来看，发酵行业已有数十家企业成功使用了高效节能的一体式过滤器，使用数量达数百台（套），得到了用户的一致好评和认可，市场发展前景广阔，一定会为企业带来更好的经济效益。随着广大用户对这个产品的深入了解，一体式过滤器必将占领更广阔的市场，推动国内过滤器产品的进一步创新和发展。



[参考文献]

[1] 陈坚，堵国成.发酵工程原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2] 吴梅桂，陈钊.发酵无菌空气制备系统升级换代[J].医药工程设计，2005，26（5）：16-18.

[3] 邢书芳.一种一体式折叠膜过滤器的结构、原理及特点[J].机电信息，2012（29）：35-38.

[4] 邢书芳，郭健，胡春光.组合式折叠膜过滤器的结构优化与特点[J].机电信息，2017（5）：13-19.



作者简介：

邢书芳（1953—），男，河北肃宁人，高级工程师，研究方向：无菌空气净化系统设计。


来源于：中国制药装备   www.guolvfenlitech.com