相關(guān)術(shù)語
為更好的理解切向流過濾技術(shù),需要對該工藝的常見術(shù)語及其含義有所了解。下面意凱高剪切均質(zhì)機(jī)小編就來為大家一一介紹!
切向流過濾技術(shù)的常規(guī)術(shù)語包括壓降(△P)、跨膜壓(TMP)、通量(Flux),截留率、濃縮倍數(shù)及收率等。
圖2.87是典型切向流過濾流道示意圖。圖及下述公式中進(jìn)料端壓力為Pf;回流端壓力透過端壓力為Pp;相應(yīng)的進(jìn)料端流量為Qf;回流端流量Qd;透過端流量為QP;膜面積為A;過濾時間為T;濾液體積為V。
圖2.87典型切向流過濾流道示意圖
壓降(△P)為提供給切向流的動力,可由如下方程描述:
壓降與進(jìn)料流量成正比,可以通過流量來調(diào)節(jié)壓降。
跨膜壓(Transmembranepressure,TMP)為提供給透過液的動力,TMP=(Pf+Pr)/2-Pp。調(diào)節(jié)TMP的方法包括通過調(diào)節(jié)泵速改變切向流量、通過開啟/關(guān)閉回流閥改變回流壓力等。對于切向流微濾工藝而言,還可以通過開啟/關(guān)閉透過端閥,或透過液泵來調(diào)節(jié)透過端壓力來調(diào)節(jié)TMP。
通量(J)指單位膜面積的過濾速度,它代表了切向流過濾工藝的工作效率。通量=透過液流量/膜面積=透過液體積/(過濾時間*膜面積)=QP/A=V/(TxA)。通量的常用單位為L/(m2?h)。
截留率是指用來衡量膜對某種物質(zhì)的截留效率,可用以下方程式表述。
透過率(%)=(透過液濃度/回流液濃度)*100%
截留率(%)=1-透過率(%)
體積濃縮因子(VCF)是指在濃縮操作中體積減少的倍數(shù)。濃縮倍數(shù)(CF)是指某種物質(zhì)濃縮過程中的實(shí)際濃縮倍數(shù),通常小于體積濃縮因子。兩者可用如下方程表述:
VCF=起始體積/最終體積=Vinitial/Vfinal
CF=最終濃度/起始濃度=Cinitial/Cfinal
收率損失來源
收率是指切向流工藝結(jié)束后可以最終得到的產(chǎn)物總量與起始產(chǎn)物總量的比值。對于切向流過濾工藝而言,收率很難達(dá)到100%。主要損失來源于以下幾個方面:
- 透過端損失和回流端損失,例如,濃縮操作中,截留率不是100%情況下,大分子產(chǎn)物會泄漏到透過端造成透過端損失,澄清操作中,小分子產(chǎn)物會殘留在回流端造成的回流端損失;
- 膜吸附,主要是指過濾膜對產(chǎn)物的吸附;
- 由于硬件限制導(dǎo)致不可回收的產(chǎn)品,例如,死體積等影響因素。
圖2.90濃差極化示意
濃差極化
濃差極化是指在切向流工藝中,溶液在膜的高壓側(cè)(回流端),由于溶劑和低分子物質(zhì)不斷透過濾膜,結(jié)果導(dǎo)致在膜表面的溶質(zhì)(被截留的大分子物質(zhì))的濃度不斷上升,產(chǎn)生膜表面濃度與主體發(fā)生濃差極化時,大分子物質(zhì)在膜表面截留時會形成一個高濃度層(凝膠層),有凝膠層時超濾的阻力增加,因?yàn)槌四ぷ枇ν?,還有凝膠層的阻力,在給定的壓力下,凝膠層勢必影響液體透過超濾膜的通量。減緩濃差極化的措施包括提高切向流的流速和控制料液的流動狀態(tài)(使料液處于湍流狀態(tài)并讓膜面處的液體與主流更好地混合,可有效降低跨膜壓)、改變溫度和濃度等方式。
透析
透析(Diafiltration)是指在切向流過濾工藝中,當(dāng)透出液從系統(tǒng)中去除時,在料液罐中加入另外一種液體(緩沖溶液)來進(jìn)行置換的方法(圖2.91)。在澄清的應(yīng)用中,它可以用來提高透出物的透出效率、提高收率;在濃縮的應(yīng)用中,它可以用來置換緩沖溶液,以及去除小分子雜質(zhì)。
圖2.91透析示意