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除菌系统的设计原则与流程
来源于: 更新日期:2012/2/21 15:28:02 点击率:4326
一.设计原则
    一个优良的除菌系统必须在达到绝对除菌要求的同时,使系统的操作费用最低,以实现可靠性与经济性的有机统一。
 二.处理流程
    除菌处理的流程可简单地分为预净化和除菌处理两大部分。预净化是为除菌处理服务的,其目的是去除被处理流体中的各种固形物。例如:气体中的水、油、尘埃,液体中的胶体、悬浮物颗粒。合适的预过滤最好能滤除细菌、噬菌体等微生物外的所有杂质,使除菌过滤器达到最长的使用寿命,降低系统的运行费用。除菌处理的目的则要求彻底除菌,以保证能够达到无菌的要求。
    事实上,经预净化的气体或液体,只要一个除菌过滤器就可以完成除菌处理。而预净化工艺本身却很复杂,需要经多个不同级别的过滤器及相关的处理系统才能达到预期的要求。
    一般除菌处理流程由粗过滤、预过滤、除菌过滤三个过滤单元组成,各过滤单元选用的基本准则是粗过滤价格要便宜,预过滤精度要合适,除菌过滤必须可靠。
除茵处理对过滤器的要求
    (1)预过滤器
    预过滤器的形式以管式、袋式、褶叠式为主,也可以是填充床式或浮动床式的过滤器以及离心机、真空过滤机等过滤器材。预过滤器一般选用深层过滤器,在使用过程中要求有低的压降、高的容尘量以及变动幅度小的过滤精度和效率。
    (2)除菌过滤器
    除菌过滤器的形式以板框式、管式、褶叠式为主,使用最为普遍的是褶叠式。
    除菌过滤器选用微过滤膜为过滤介质,无机材料中主要有金属膜、合金膜、陶瓷膜等;高分子材料中主要有聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚砜膜、聚酰胺膜(尼龙6,尼龙66)等。
    对除菌过滤器的重点要求是“可靠”,这种“可靠”必须是“绝对的”,而不能是“可能的”。从使用的角度考察,除菌过滤应具备以下五个特点:①高的过滤精度;②大的通过量;③能耐反复的消毒操作;④强的亲水性或疏水性;⑤足够的机械强度。
    (3)各级过滤的配置
    各级过滤器的配置问题主要有透过量与精度两个方面,不同的物料处理流程是有区别的。气体与液体除菌处理的区别
    (1)气体除菌处理的流程短
    在气体的除菌处理流程中,只需要三个过滤单元的组合,即可达到绝对无菌要求,而在液体的除菌处理中,不同的流体则需要不同的前处理,过程可能相对复杂,处理流程较长。
    (2)气体除菌处理的压降低
    在气体除菌处理的三个单元中总压降一般控制在0.03~O.05MPa(压缩机出口压力一般在O•15~0•3MPa),由于气体的处理量大,因此,压头损失对能耗的影响大。液体除菌过程中,增加推动力较为容易,由于处理量小,因而对能耗的影响也小。
    (3)气体除菌滤芯的通气量大
    对于褶叠式标准单元(10in)滤芯,在相同的压降下气体的通量>5m3/min,而液体则约为O.5 m3/h。
    (4)气体除菌滤芯的精度高
    气体除菌滤芯的精度为0.01um,过滤效率为99.9999%;而液体除菌滤芯的精度为O.22um,过滤效率为99.9%。
    (5)气体除菌滤芯的使用寿命长
    气体除菌滤芯的使用寿命可达到两年以上,而液体除菌滤芯可能只用几周甚至几天,这主要是因为液体内的组分和过滤行为较复杂。由于气体滤芯的使用寿命长,消毒次数必然就多,因而滤芯对消毒的耐受性要好,而液体滤芯则一般对过滤介质的耐受性要求相对较高。
除菌过滤器使用中的几个问题
    除菌过滤器是系统能否达到绝对无菌的最关键设备,以液体处理为例,在使用过程中应注意以下几个问题。
    (1)使用压力
    使用压力的高低取决于膜的强度、滤芯的结构、滤芯使用的材质、几何形状、过滤介质的温度等因素。一般情况下使用压力的上限为0.2~O.3MPa,极端使用压力为≤O.5MPa。
    滤芯使用时,起始压力差宜选择在0.02 MPa左右,这样过滤产生的滤饼层较为疏松,过滤过程中,压力降上升较为缓慢,有利于延长滤芯使用寿命。
在实际使用中,恒压过滤的情况比较少,大多选用恒速(变压)过滤。恒速过滤时,压降随使用时间的延长而不断增高;变压过滤时,交变压力对滤芯是有危害的,特别是压力变化较大和频次多而又有温度变化的时候,这种危害更为明显。
    (2)使用温度
    一般使用温度取决于滤膜的材质即膜的耐热性和过滤介质对滤膜的侵蚀性。CN—CA膜长期使用温度为50℃,尼龙一6膜为60℃,PVDF膜为80℃。
    (3)滤芯材质的选择
    对于单一溶剂,相对而言,滤芯材质选择是方便的,而多组分溶剂在选择膜材料及滤芯时则要谨慎。可通过溶解度参数法粗选,然后再通过实验法认证。
    实验法是对复杂组分溶剂过滤用滤芯材质认证的惟一准则,试验时不能仅考察膜材料,要对滤芯的所有材料包括上下游支撑层、壳体、中心柱、端盖、密封圈均要验证,且不能使用有粘接剂的产品。
    滤芯选择的另一问题是亲润性和荷电性,这对抗污染、提高通量和过滤精度有着很大影响。
    (4)消毒问题
    滤芯(器)消毒是一个日常操作工序。滤芯常见的消毒方法有蒸汽、热水和化学试剂消毒三种。
    蒸汽消毒要注意选择饱和蒸汽,一则是可以可靠杀死细菌,二则是可通过控制压力来调节温度。蒸汽消毒对于疏水滤芯来说相对是简单的,但对亲水滤芯特别是膜材料耐温不高的滤芯来说,操作方法是至关重要的。