切向流过滤

guolvfenlitech6 · 发表于 4 天前

2026-07-01 环球过滤分离技术网 guolvfenlitech6

一、切向流过滤的应用

以功能划分，切向流过滤主要用于：

浓缩，澄清，透析，纯化，除热源，缓冲液置换，脱盐，细胞收获澄清等。

2. 以用途划分，切向流过滤主要用于：

单抗/生物仿制药，重组蛋白，疫苗，血液制品，脂质体，小分子（胰岛素，多肽，多糖，单糖等），新型治疗（质粒，病毒载体等），中药，化药等。

二、过滤的分类

反渗透：可滤分子0.001kD-0.5kD，膜孔径0.00005-0.001um

2. 纳滤：0.1kD-2.0kD3. 超滤：1kD-1000kD，膜孔径0.001-0.10um4. 微滤：膜孔径0.1-0.65um

三、切向流过滤术语

透过率和截留率

Retentate：回流液

%Retention：截留率

Permeate：透过液

%Passage：透过率

%Passage=Permeate/Retentate

%Retention=100%-%Passage

2. 通量Flux和膜面积

通量的一般表示方式：Litres/（Square Metre×Hour）

LMH 升/（平方米×小时）

切向流过滤膜面积的计算：

图：膜面积计算公式

例：

2000L料液浓缩到200L，平均通量为50LMH，目标工艺时间2h，安全系数1.2，则所需的膜面积（A）为？

3. 浓缩（Concentration）

VCF：体积浓缩因子

CF：浓缩因子

VCF=V（initial）/ V（final）

CF=C（final）/ C（initial）

例：

500L-50L VCF=10

1g/L-9.8g/L CF=9.8

4. 透析（Diafiltration）

透析是当透出液被从系统中去除，在系统中加入另一种液体（缓冲溶液）的过程。

用途：

在澄清的应用中，它是用来提高透出物的透出效率的。

在浓缩应用中，它是用来置换缓冲溶液的。

透析体积和透析倍数

透析体积N（Diavolumes）

透析过程中以等体积透析所用的透析体积。

N=Vdf / Vr

Vr=罐子中液体体积

Vdf=总的透析缓冲液体积

透析过程中污染物残留率计算公式

其中：Vd=透析体积，Vs=系统体积，R=对污染物的截留率

公式：

透析倍数N=ln（Cc / Co）/（R-1）

其中：N=透析体积倍数，Cc=回流液中小分子杂质浓度，Co=料液中小分子杂质浓度，R=杂质截留率

5. 跨膜压和压降

①跨膜压（Transmembrane Pressure）

②压降（Pressure Drop）

例子：入口压力30psi，出口压力20psi，透过压力2psi

TMP=（30+20）/2-2=23psi

ΔP=30-20=10psi

6. 收率

理论收率计算公式
透过端损失率公式

收率损失的可能原因

①透过液/回流液中的损失

②膜吸附

③无法回收的产品（死体积）

四、切向流过滤膜

切向流过滤膜的特点和性质

性质	PES	PLC	PVDF
膜材质	聚醚砜	复合再生纤维素	聚偏二氟乙烯
标称孔径NMWL	5，8，10，30，50，100，300，500，1000kD	1，3，5，10，30，100，300，1000kD	0.1um，0.22um，0.45um，0.65um
相对流速	快速	中等	中度
蛋白吸附	低吸附	很低	极低
pH范围	1-14	2-13	1-11短时接触（跟料液条件相关），2-10连续

注意：切向流过滤膜的通量跟孔径相关，一般来说，孔径越大，在相同条件下，通量也越高，表中的流速是相对于相同孔径的聚醚砜膜而言的。

2. 切向流过滤膜的选择

➢材质:

-不同材质的膜对蛋白吸附不同，通常：聚砜>聚醚砜>纤维素膜，极低： Ultracel (复合再生纤维素)< 0.1g/m2；低：Biomax (改良聚醚砜膜) < 0.2g/m2

-化学兼容性

➢孔径, 3-5倍原则

-所选择的孔径与被截留的分子间要有三五倍的差异与被分离物之间要有3-5倍以上的大小差距。例如：例如单抗分子大小: 150kD，通常使用30kD的膜进行浓缩。

3. 膜的优化选择

膜的截留能力与透过端产品透过的关系

根据以下公式：

当要回收的产品在回流端时，高截留率是十分重要的。

例子：

假设对于一个超滤工艺，浓缩倍数为20，透析倍数为2，根据公式计算：

99.9%截留率=0.73%透过

99.5%截留率=3.6%透过

99.0%截留率=7.0%透过

4. 膜包的优化设计

①流道中筛网的作用：

①在膜表面产生柔和的湍流控制膜表面的浓差极化。

②液压阻力导致更高的压降。

膜结构：左，无筛网；右，有筛网

②A, C, D, V四种筛网的选择

图：四种筛网结构

Ⅰ A筛网（致密）

单位切向流速度下压降最高/最高的传质效率

15-20psi，2.6-4.3L/min/m2

用于清洁，低浓度，低粘度的料液。

Ⅱ C筛网（粗糙）

单位切向流速度下中等压降

5-10psi，2.6-4.3L/min/m2

用于清洁，中等浓度，低等粘度的料液。

Ⅲ D筛网（粗糙）

单位切向流速度下中低等压降

2-6psi，5-6L/min/m2

用于高浓度，高粘度的料液。

Ⅳ V筛网（悬浮）

单位切向流速度下最低的压降

0.5-2.0psi，2.6-4.3L/min/m2

用于高固含量，超高浓度，高粘度的料液的浓缩。

项目	无筛网	V筛网	D筛网	C筛网	A筛网
终点压降	很低	低	中	高	高
最终浓度	很高	很高	很高	中	低
传质效率	很低	低	中	中	高
通量	很低	很低	中	高	高
时间-面积	很高	高	中	低	低