浅谈陶瓷膜装置在制药生产中设计和选型时应注意的问题

作者：戴连科　骆红英 徐海斌

论文关键词:陶瓷膜　装置　设计　选型　制药生产

论文摘要:在制药生产中，发酵液的特点是菌丝浓度高、孙度大.淘瓷膜在制药生产中主要应用在预处理方面，由于设计和选型上的失误，导致使用效果并不理想.指出在设计和选型时特别要引起重视的方面有管路设计、膜芯孔径大小、串联级数、以及循环泵的选型.

制药生产的发酵料液有其特殊性，主要的特点是菌丝浓度高、赫度大.陶瓷膜在制药生产中主要应用在预处理方面，它可以得到澄清甚至是除菌的滤液，经不断地顶洗后渣体仅保留相当低的单位，理论上可以得到比板框过滤更高的提取收率.国内厂家也开发出了自己的产品，相对于国外同类产品具有价格低廉，配件供应及时等优势.但如果在选型和设计上稍有失误，便会在使用效果上大打折扣，在此谈谈笔者的一些看法.

首先是管路系统设计不合理，图1是国内一厂家的装置示意图一个膜壳组件里装有19支长度为lm的膜芯，每支膜芯有19个孔，通道孔径为4~，每组3个膜壳串联，并联3组，总面积为40. 8澎，总通道截面积为0. 013 6时.储料罐的料液经循环泵送往陶瓷膜再回流回料罐，为了保持2 m/s的切面流速，每小时的回流量在100 m”以上，这样供料管和回流管的管径就不得不做得很大，安装时跨度大一点光管路的死体积就会达到1 m3以上，不利于提高收率.同时，回流量大也增加了料液与空气的接触机会，这对于易氧化的品种是极为不利的这样的设计也造成了在料液回流的过程中有相当一部分电能消耗在克服势能的做功上，造成了浪费.

相比之下，国外同类产品的内循环设计显得高明，其示意图如图2所示，大部分料液在自身循环，仅分出小部分料液回流，因此，只需用一台小功率的输送泵补充料液即可.这样，供料管路和回流管路的管径可以做得更小，减少了料液的死体积;料液和空气接触的机会也减少了，降低了氧化的可能性;电能无谓的浪费也减少了不少;料液储罐和膜机组的距离也可以适当拉长，给设备安装留下了更多的灵活余地.可见一个小小的改动是有相当多的好处的.

其次，在膜芯通道孔径的选择上是值得探讨的.膜芯如图3所示，一般长1 000 mm，当中分布着小孔径的通道.以图1为例，如果膜芯采用7孔，通道孔径为6 mm，每个膜壳同样装19支膜芯，总面积只有22.6时，总通道截面积为0.011 3时.同样的设计，采用6~膜芯时为了达到同样的过滤面积设备数量要增加1.8倍，泵的流量要增加1.7倍，表面上看，设备费用和运行费用均大大上升.但采用4~通道的膜芯若使用不当，会有很大的风险一般陶瓷膜都是带渣运行的，制药生产中发酵菌渣的薪度一般较大，有的还有丝状的东西，发酵原料中也有不少颗粒杂质.特别是越到后期，渣浓度越高，如不及时加水稀释，很容易造成通道堵塞堵塞后的结果是灾难性的，先要把大口径的管道拆开，然后把一级级的膜组件卸下，堵塞不严重的还可以用高压水枪冲通，严重的还要拆出在高温中烧烤才能疏通，一个维修下来，工作量相当大.加水过早又会使滤液体积和操作时间大幅度增加，不利于提高收率.而6~孔径的通道堵死的可能性就大为减少，即使堵死了，也容易冲通.因此，对于菌丝浓度高，私度大的品种，还是推荐使用孔径为6~的膜芯，同时要采用有效的预过滤器滤除粗颗粒对膜芯加以保护.

再次，在选型和设计时还要考虑到方便维修和安装.维修时从3m高的平台上将重百来斤的组件抬上抬下，是相当累的，在上下铁梯时还容易出工伤事故，少一级，安装维修都方便许多.国内的陶瓷膜既然维修频率比国外高，做成三级对维修就更不方便了同时级数过多，对于菌丝浓度高、赫度大的品种很容易因为阻力的增加而导致膜芯堵死，并且由于流体在经过膜芯时因为阻力作用压力逐级减少，最后一级膜渗透速度要慢得多，不利于充分发挥设备的生产能力.因此，对于菌丝浓度高、薪度大的品种以采取两级串联为佳.

最后，在循环泵的选用上要引起重视，由于循环泵的流量大，又要带渣运行，使用过程中噪声大，机械密封也容易损坏，是一个维修频率较高的地方.这么大流量的泵在输送水时漏一点还可以容忍，在输送料液时泄漏损失可就大了.同时过大的噪声也是令人难以忍受的.因此这个泵一定要选好，同时要考虑到便于维修.笔者在使用过程中就有好几次因为循环泵的频繁泄漏损坏影响了生产进程.相比之下，国外一台膜机组在没有备用泵的情况下，有半年多未维修，并且噪声也很小.

考虑到在制药行业中用到陶瓷膜的地方往往是高附加值的产品，使用厂家更希望的是经久耐用、性能优越、故障率低的设备.国内厂家要想在竞争中取胜，不仅需要成本优势，更需要以良好的设计、优良的品质来赢得市场的认可.使用单位的工艺人员也要和膜科研制造人员密切沟通，争取使设备达到最佳的使用效果.