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1、超滤介绍本讲稿第一页，共六十八页讲座目的对超滤的原理有一基本的理解 在生物工程行业中超滤器的应用 确认及理解:一般的超滤膜包及组件超滤系统的主要组份超滤器操作过程中的基本步骤本讲稿第二页，共六十八页讲座目录介绍及原理超滤系统在生物工程行业中的应用定义膜组件设计系统组成系统操作本讲稿第三页，共六十八页过滤类型普通过滤(垂直)滤芯形式或“死过滤”流路与膜介质是垂直的所有的液体均需透过膜介质颗粒被截留在膜内部或表面超滤(切向)切向式过滤流路是平行于膜表面很小一部分液体透过膜介质被截留在膜表面的颗粒被扫除本讲稿第四页，共六十八页流路流路膜表面膜表面普通过滤普通过滤本讲稿第五页，共六十八页切向流速透过透
2、过流速流速溶液浓度溶液浓度 Cb Cb膜表面膜表面超滤超滤膜表面浓度膜表面浓度膜表面浓度膜表面浓度 Cw Cw Cw Cw本讲稿第六页，共六十八页超滤基本应用澄清 产品透过膜，大颗粒被截留流感疫苗(0.45um澄清代替离心浓缩 产品截留,溶液通过膜表面透析或缓冲液交换 产品被截留,溶液通过膜及新溶液加入产品中本讲稿第七页，共六十八页超滤在生物工程中的应用超滤是工艺中多个步骤中的重要一环目的是使进的料液能满足最后的要求上游工艺超滤过程下游工艺初始进液收集产品本讲稿第八页，共六十八页超滤在生物工程中的应用上游工艺细胞收集(浓缩)细菌，酵母，昆虫细胞（产品为胞内表达)细胞培养后澄清哺乳动物细胞(产品
3、为分泌物)下游工艺蛋白浓缩缓冲液交换（透析）本讲稿第九页，共六十八页典型的动物细胞培养工艺本讲稿第十页，共六十八页超滤膜孔径微孔过滤以微米级来标定孔径0.1-0.65 微米超滤以分子量级来标定孔1,000-1,000,000 道尔顿反渗透以标定的离子的截留率来标定NaCl本讲稿第十一页，共六十八页超滤膜 材质膜的化学性微孔膜PVDF(Durapore)聚偏二氟乙烯Polyethersulfone聚醚砜超滤Polyethersulfone (Biomax)聚醚砜Regenerated Cellulose (Ultracell)改良纤维素反渗透薄膜复合物Polyamide on Polysulfo
4、ne聚砜上涂聚酰胺脂本讲稿第十二页，共六十八页超滤膜传统的膜堆手指状新型的膜堆复合型本讲稿第十三页，共六十八页超滤膜组件透出流进料循环流膜进口压力回流压力透出压力进料流道进料流道(涂膜的或开放式的涂膜的或开放式的)透出流道透出流道本讲稿第十四页，共六十八页 术语的定义术语的定义压降压降(DP)(DP)粘度，流速及开孔状态的表示DP=(30-20)=10 PSIDP=(30-20)=10 PSI进口压力循环压力透出压力30 PSI30 PSI20 PSI20 PSI2 PSI P=PP=Pin in-P-Poutout本讲稿第十五页，共六十八页术语的定义术语的定义膜穿透的压力膜穿透的压力(TMP
5、)(TMP)TMP=TMP=(P(Pinin+P+Poutout)-P -Ppermperm2 2TMP=(30+20)/2-2=23 psiTMP=(30+20)/2-2=23 psi进口压力循环压力透出压力30 PSI30 PSI20 PSI20 PSI 2 PSI2 PSI本讲稿第十六页，共六十八页术语的定义术语的定义Flux (J)Flux (J)膜的“产品的容量”透过流速 =透过速度 =体积 膜面积 (面积)(时间)单位=liters/m2/hr (LMH)本讲稿第十七页，共六十八页术语的定义术语的定义膜的截留率的测定r =1 -透出液的浓度 循环液的浓度 r=1 -Cp Cr 截留
6、截留(r)(r)本讲稿第十八页，共六十八页流道结构的不同流道结构的不同开放型流道 更高的固体容量涂膜的流道 需要更低的泵速路径长度澄清应用澄清应用典型的开放流道Prostak MF,Hollow Fiber,Open Channel Cassettes超滤的应用超滤的应用典型的涂膜(加入了湍流网路)Pellicon Cassettes,Helicon Spirals,Prostak UF膜组件的类型本讲稿第十九页，共六十八页 超滤膜的形式Pellicon 2 Cassettes平板形式能线性放大涂膜流道最高效率(在给定的回流速度下，最高的穿透流速)最小的工作体积及残留体积需要最小的工作场地本讲
7、稿第二十页，共六十八页Pellicon Cassette进口进口截留截留透过透过本讲稿第二十一页，共六十八页超滤膜形式卷式膜截留口一种粗的筛网比板式膜，每平方面积膜需要更高的切向流速可以用在要限制切向流速的场合每平方面积膜的成本最低本讲稿第二十二页，共六十八页Helicon 卷式本讲稿第二十三页，共六十八页超滤膜形式Prostak 微孔膜形式开放孔道低剪切力不易堵塞为澄清应用所用能被应用于限制流速的场合可反复蒸气灭菌次本讲稿第二十四页，共六十八页基本的超滤系统基本配置膜泵罐管路透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出口透出口进口进口罐罐泵泵膜膜本讲稿第二十五页，共六十八页压力流道流道进
8、口进口出口出口体积体积超滤实验室系统超滤实验室系统压力进口出口体积进口，浓缩透出流道 循环透出本讲稿第二十六页，共六十八页制备规模的超滤系统本讲稿第二十七页，共六十八页制备规模的超滤系统本讲稿第二十八页，共六十八页超滤的基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺 浓缩工艺 透析产品的回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进料进料罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第二十九页，共六十八页超滤的基本操作冲洗冲洗完整性测试缓冲液条件工艺 浓缩工艺 透析产品的回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进液进液罐罐泵泵膜膜冲洗冲
9、洗本讲稿第三十页，共六十八页操作：冲洗冲洗目的是去除保护剂或储存液冲洗液（水）可以循环至储罐或排空注意点：用干净水冲洗的水直接排除会使清洗更有效率应用温水冲洗本讲稿第三十一页，共六十八页超滤的基本操作冲洗完整性测试完整性测试缓冲液条件工艺 浓缩工艺 透析产品的回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进液进液罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第三十二页，共六十八页操作：完整性测试为什么进行完整性测试?如果膜是不完整的，你的分离将是不正确的，产品也将丢失这也是满足规范的要求完整性测试的原则应用水完全湿润膜让测试空气通过湿润的膜堆(5-30 PSI)本讲稿第三十
10、三页，共六十八页操作：完整性测试步骤若有必要应清洗冲洗膜至彻底湿润排空膜堆在进口透出口加空气压 使空气流速稳定测量空气流速用倒置量筒质量流量计本讲稿第三十四页，共六十八页超滤基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件缓冲液条件工艺 浓缩工艺 透析产品的回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第三十五页，共六十八页操作:缓冲液交换什么是缓冲液条件?用与膜兼容的缓冲液湿润膜防止溶液接触膜后沉淀或失活我如何来处理膜?在一定压力下，用合适的缓冲液来通过膜本讲稿第三十六页，共六十八页超滤的基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺工艺 浓缩
11、浓缩.工艺 透析产品的回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第三十七页，共六十八页工艺操作典型的工艺操作浓缩透析过程把工艺料液加入储罐开泵至建议的流速及压力按照来浓缩或透析如果有需要加入透析液本讲稿第三十八页，共六十八页浓缩本讲稿第三十九页，共六十八页浓缩本讲稿第四十页，共六十八页浓缩本讲稿第四十一页，共六十八页浓缩本讲稿第四十二页，共六十八页浓缩本讲稿第四十三页，共六十八页浓缩本讲稿第四十四页，共六十八页浓缩本讲稿第四十五页，共六十八页浓缩本讲稿第四十六页，共六十八页超滤基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺浓缩
12、工艺透析工艺透析产品回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第四十七页，共六十八页操作:透析透析是在超滤过程中，加入额外的料液至料液罐中在澄清过程中是为了增加透过率在浓缩过程中是为了改变缓冲液本讲稿第四十八页，共六十八页透析本讲稿第四十九页，共六十八页透析本讲稿第五十页，共六十八页透析本讲稿第五十一页，共六十八页透析本讲稿第五十二页，共六十八页透析本讲稿第五十三页，共六十八页透析本讲稿第五十四页，共六十八页透析本讲稿第五十五页，共六十八页透析本讲稿第五十六页，共六十八页超滤的基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺浓缩
13、工艺 透析产品的回收产品的回收CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第五十七页，共六十八页操作:产品的回收产品在透出液口透析冲洗产品透过膜 产品在循环口重力排空压力吹出排空管路冲洗放置缓冲液在罐中冲洗系统 循环冲洗排空然后加入缓冲液至储罐循环缓冲液然后收集 本讲稿第五十八页，共六十八页超滤的基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺浓缩工艺 透析产品的回收CIP(SIP)CIP(SIP)水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第五十九页，共六十八页操作：清洗(CI
14、P)为何要清洗?从系统中把残存的产品去除保护批次之间不交叉污染去除生物负荷杀死细菌，真菌，病毒去除内毒素保护膜的通透性确保每批之间的重现性本讲稿第六十页，共六十八页操作:清洗清洗剂必须有效去除残存在系统中的物质必须与系统兼容 膜，硬件应能验证从系统中去除清洗剂一般所用清洗剂NaOH at 0.1-1.0 NNaOCl(bleach)at 200-500 ppm 活性氯Phosphoric Acid at 0.1 N本讲稿第六十一页，共六十八页操作:清洗清洗过程加清洗液至料罐中应注意彻底混匀按循环方式操作系统截留及透出直接至储罐清洗的流速及压力与料液操作时相似本讲稿第六十二页，共六十八页超滤的基
15、本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺浓缩工艺 透析产品的回收IP(SIP)水通量测试水通量测试保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第六十三页，共六十八页操作:水通量测试什么是水通量(NWP)?测量水通过膜的能力为何是有用的?这是考核膜是否清洗干净本讲稿第六十四页，共六十八页操作:水通量测试如何进行水通量测试?让纯水通过膜方法:过滤方向进口，截留及透出压力水的温度根据膜面积来计算水通量NWP=(流速)x(温度补偿系数)(TMP压力)x(面积)本讲稿第六十五页，共六十八页超滤的基本操作冲洗完整性测试缓冲液条件工艺浓缩工艺 透析产品的回收IP(SIP)水通量测试保存保存透析缓冲液透析缓冲液初始进液初始进液循环循环透出透出进口进口罐罐泵泵膜膜冲洗冲洗本讲稿第六十六页，共六十八页操作:储存目的保持膜的湿润防止膜上长微生物步骤在储罐中准备保护剂以循环方式循环料液对于长期保存，膜应从系统中取下本讲稿第六十七页，共六十八页MILLIPORE本讲稿第六十八页，共六十八页