超滤工艺操作及相关术语

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2025-10-15             环球过滤分离技术网              guolvfenlitech6

一、过滤示意图

• 什么是过滤：
  

●压力驱动的分离过程，使用(膜)过滤器分离的成分在液体(或悬浮液)根据其大小进行。

NFF和TFF示意图

2. 正常流量过滤(NFF)

●筒式或“死角”过滤

●流向与过滤介质垂直

●流体通过介质

●颗粒被保留在过滤器上

切向流过滤(TFF)

●又称逆流过滤。

●流量切向过滤器表面。

●一小部分流体流过过滤介质。

●残留的颗粒被清除出过滤器表面。

●例如:细胞浓度、病毒浓度、蛋白质浓度、从蛋白质中去除污染物。

3. 切向流过滤(TFF)的类型：

-取决于模块中使用的薄膜

微滤

-压力驱动的膜分离过程中的颗粒和溶解的大分子。

大于0.1 um被拦截，(一般为0.1 - 5um)。

超滤

-压力驱动的膜分离过程中的颗粒和溶解的大分子。

小于0.1 um和大于约2 nm被拦截，(一般为1kD - 1000kd MW)。

纳滤

-压力驱动的膜分离过程中的颗粒和溶解的分子。

小于2nm的被拦截，(一般200 - 1000d MW)

反渗透-液相压力驱动分离过程中应用跨膜压力导致。

溶剂的选择性运动与其渗透压差有关，(一般为40 - 200 D MW)。

TFF应用：

澄清

-产品通过膜。

-较大的部分分子被膜保留。

浓度

-产品被膜保留。

-溶剂(缓冲液)通过膜。

Diafiltration(缓冲交换)

-产品被膜保留。

-溶剂(缓冲液)通过膜。

-新溶剂添加到产品。

净化

-产品与污染物隔离开。

-膜的分子量(和电荷)差异。

4. 基本的TFF系统示意图：

基本的TFF系统示意图

基本的系统组成：

必需组件：

泵、过滤器(带支架)、管子、带搅拌器的容器、滞留阀（带卫生隔膜）、压力表或指示器、滤液阀(或流量控制)

可选组件：

-流量计、pH、电导率、UV计、TOC计、热交换器、空气供给。

二、术语和定义TFF技术和功能：

膜内压力和液流：

膜内压力和液流示意图

• 进料流速（QF）：
  

由泵产生&代表进入装置的流量

-滞留流量(QR)是流出设备出口的流量(有时称为交叉流量)。

-渗透流量 (Qf)是通过设备渗透的流量。

进料流量将等于流出滞留液和渗透液的流量：QF = QR + Qf。

2. 压降（ΔP/DP）：

ΔP [bar或psi] = PF- PR

●沿膜料通道的压力差。

●通道中物料流动阻力大。

●粘度、进料流量、通道几何等功能。

如何调整压降？

通过进料调节泵速来改变进料流量，进料流量增加会增加压降。

重要的是，ΔP可以检查系统和横流速率，如下图：

压降与流速

3. 跨膜压（TMP）：

TMP [bar/psi] = [(PF+ PR) / 2-f]

●跨膜的平均驱动力(产生了透过通量 Jf)。

●通过调节保持压力(阀门)和增加进料流量(进料泵)而产生。

重要的是，可测量的PR读数和确认的Pf读数。

3. 通量（J）：

J= Qf/A [L m2/h]

●按膜面积归一化的体积流量(滤液)。

●表明过滤器的生产能力。

TMP和通量的关系：

纯溶剂通量线性增加。

过程溶液通量在过渡点处线性增加。

TMP与通量的关系4. 渗透率：

渗透率是按TMP和温度归一化的通量：

在25℃温度下，在给定TMP下通过给定膜面积的滤液每面积流量(通量)的测量：

-可以用水作为清洁膜性能的衡量标准来计算。

-可以对产品或缓冲液在过程的不同时间进行计算。

5. Diavolume (DV或N)：

用洗涤缓冲液洗涤进料的程度。

DV = 过程中添加的VDF缓冲液体积/VR， /VDF = 400L/ 100L = 4倍洗涤，如下图：

6. 保留或回流(R)：

被膜保留的目标蛋白的部分。

R= 1 -筛分= 1 -(Cf/CF)= 1 -(0.1 g/L/ 50 g/L) = 0.998。

重要的是确认分析的敏感性和准确性。

7. TFF平衡：

是成功的关键和一贯的操作。

●通过平衡颗粒沉积和移动，保持膜性能和通量。

●TMP是创造通量的驱动力，但会将溶质沉积到膜上。

●横向液流提供清扫作用，对膜表面进行清洁，减少膜上的溶质。

8. 质量平衡：

陈述了质量守恒原理

●进料体积=滞留体积+滤液体积，即Vo= Vr + Vf

●进料流量=滞留液流量+滤液流量，即Qp = Qr + Qf

●初始质量=进料质量+滤液质量，

即(Vo)(初始Conc.) = (Vr)(保留Conc.)+(Vf)(滤液Conc.)

VoxCo= (VrxCr) + (Vf x Cp)——物质的量比平衡

确定批产率和损失很重要。

9. 收率(%)：

●受以下因素影响(排序)：

-模块和系统中不可恢复的产品(滞留)量。

-滤液损失(需确认)。

-对膜的吸附。

例子，如下图：

收率= 100 * (VR* CR) / (Vo * Co)= 100 * (10 L * 80 g / L) / (100 * 8.2 g / L)= 97.6%。

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