发酵工业上空气过滤器的研制与应用

1 　空气过滤器的现状

    1. 1 　目前发酵厂的空气过滤器使用情况

    目前我国的制药厂发酵装置使用的空气过滤器的过滤介质以玻璃纤维滤纸、金属烧结膜、聚偏二氟乙烯等过滤器。大部分是国内制造,也有小部分为进口。

    就这些过滤介质而言,超细玻璃纤维滤纸已使用了几十年。它具有较高的过滤效率和空隙度,空气流量大,特别在80 年代末制造厂将玻璃纤维滤纸从平板型改成筒式折叠式过滤器后,过滤面积增大很多,后在超细玻璃纤维滤纸上涂上了一些多孔体材质后,强度增加了,使玻璃纤维滤纸的空气过滤器的生命力提高了一步。

    金属过滤器在20 世纪80 年代初问世以后,由于其强度好、过滤精度高,因此在80 年代得到了推广应用。

    当国内聚偏二氟乙烯滤膜问世后,以聚偏二氟乙烯滤膜为过滤介质的折叠式过滤器在国内迅速发展。由于聚偏二氟乙烯能高温消毒、孔径小、流量大、疏水性好等特点,所以一问世就受到制药厂的欢迎。

    在20 世纪80 年代国内已开始试制聚四氟乙烯滤膜为滤芯的空气过滤器。由于聚四氟乙烯膜能高温消毒、孔径小、流量大、强疏水性等特性,因此国内以聚四氟乙烯膜为介质的空气过滤器开始应用在发酵工业上。

    1. 2 　国外空气过滤器现状

    目前国外的空气过滤器以PALL 和MILLIPORE为代表,其过滤介质是以聚四氟乙烯滤膜为主,过滤精度为0. 01μ。由于国外的这些高精度过滤器价格比国内高出3 - 5 倍,所以国内制药厂使用进口过滤器不多。

    1. 3 　国内空气过滤器制造现状

    (1) 以玻璃纤维滤纸为过滤介质的空气过滤器过滤精度不高、强度差、耐湿性差,当空气潮湿时,玻璃纤维滤纸的过滤精度大大降低。

    (2) 以国产聚偏二氟乙烯滤膜和聚四氟乙烯滤膜为滤芯的空气过滤器孔径均匀度、孔隙度和国外比有一定差距。特别在最大孔径和孔隙度上比国外的PALL 和MILLIPORE 差距比较大。因此,产品规格只讲过滤效率多少多少,不讲泡点多少多少,特别是国外的空气过滤器都进行完整性测试,而国内的空气过滤器还停留在油雾法、钠盐法、DOP 法、尘埃粒子计数法。国内的空气过滤器还没有讲整体测试,这点比国外存在着更大的差距。

    2 　DJ - K系列空气过滤器的研制

    2. 1 　研制的目的

    随着改革开放的不断深入,我国的空气过滤器性能和规格必须与国际接轨,所以笔者认为我国的空气过滤器应该与国际名牌PALL 和MILLIPORE 接轨。所谓接轨不外于有三个接轨:即过滤介质接轨、质量标准接轨和测试标准接轨。

    (1) 过滤介质接轨:是指国内的生产的过滤器应该以聚四氟乙烯滤膜为过滤介质,因为就目前而言,聚四氟乙烯滤膜比其它过滤介质具有孔径小、通气量大、强疏水性等优异品质,目前该过滤介质为最优秀的过滤介质。因此,我国今后生产的空气过滤器应以聚四氟乙烯为过滤介质为主。

    (2) 质量标准接轨: PALL 和MILLIPORE 在发酵工业上,过滤精度0. 01μ。流量指标10 〃的滤芯在0. 001MPa 压差下为6m3/ min。而我们国家通常的指标:过滤精度0. 5μ为99. 9999 %或100 级,而这些标准都是过滤器制造厂定的。

    (3) 测试标准的接轨:这个接轨很重要,目前国内的空气过滤器测试有气泡法、油雾法、钠盐法、DOP 法、尘埃粒子计数法等,这些测试方法都存在这样那样的不足。油雾法、钠盐法、DOP 法是滤材测试,不是成品检测,即使滤材很好,用该滤材制成过滤器后好不好也很难说。尘埃粒子计数法是检测空气过滤器在运行中的好坏,但由于尘埃粒子计数法测试的人为因素很多、很难测正确。又如气泡法用来测定滤芯的好坏,但是滤芯制造好以后,装配成过滤器后是否符合标准,这也是未知数。所以,发酵厂发现染菌以后扯皮事情不少,大家都说自己没有问题,这样就给生产带来了不利因素。为此,我厂决定研制与国际接轨的高质量的DJ - K系列空气过滤器。

    2. 2 　制造DJ - K系列高质量的空气过滤器的尝试

    根据上述目的,我厂制造高质量的过滤器,首先要有高质量的过滤介质———聚四氟乙烯滤膜,开始我们进口滤膜制造过滤器,由于进口的聚四氟乙烯滤膜价格昂贵,制成的过滤器比进口的便宜不多,发酵厂难以接受。后来,我们在国产的聚四氟乙烯滤膜上下功夫,我们对国产的聚四氟乙烯滤膜进行物理、化学分析,并且用物理、化学方法进行特殊处理。经特殊处理过国产聚四氟乙烯滤膜基本上达到了我们所定的指标。并且我们在研制过程中,对折叠、纵焊、端封等关键工艺作了改进,通过我厂工程技术人员的反复试验,终于制成了DJ - K型空气过滤器。其各项技术指标已接近国际名牌PALL 和MILLI2PORE 水平。

    现在我们的DJ - K系列空气过滤器已经问世,DJ - K系列空气过滤器过滤系统如图所示,它包括DJ - KZ蒸汽过滤器、DJ - KY预过滤器和DJ - KF 精过滤器三部分组成。蒸汽过滤器介质为超细不锈钢纤维;预过滤器介质为聚丙烯滤膜:精过滤器介质为聚四氟乙烯滤膜,外壳用304 不锈钢制成。DJ - K系列过滤器的空气流量从0. 5m3/ min —200m3/ min。

    2. 3 　DJ - K系列空气过滤器的性能特点

2. 3. 1 　性能优异的微孔滤膜作为过滤材质

    (1)DJ - K系列无菌空气过滤器采用耐蒸汽灭菌的聚四氟乙烯( PTFE) 微孔滤膜作为过滤介质。可在121 - 125 ℃之间蒸汽消毒30 分钟; 反复160次;

    (2)DJ - K型过滤器采用的PTFE 膜是带支撑的微孔滤膜,并带强正电荷,具有较强的静电吸附作用,故较之一般的膜过滤器具有更高的过滤精度和强度;

    (3) PTFE 膜过滤器是一种强疏水性的膜材料,因此对过滤高湿性的空气极为有利。

    2. 3. 2 　独特的滤芯结构设计保证了滤芯的卓越性能

    (1) 滤芯的端盖、外套采用热稳定聚丙烯,可以耐121 ℃蒸汽的反复灭菌。

    (2) 密封端盖内镶有不锈钢内衬,避免密封槽的变形而发生泄露。

    (3) 采用国际通用的双O 形密封圈,使密封效果更可靠。

    (4) 中心内衬采用不锈钢钢套,使滤芯能承受较大的温差变化,避免滤芯弯曲变形。同时保证了内孔直径,使得滤芯具有更大的气通量。

    2. 3. 3 　采用先进的成形工艺及设备,具有质量可靠的过滤产品

    (1) 采用先进的全自动折叠机折叠成形,使滤芯的质量有了更可靠的保障。

    (2) 采用独特的纵封与端热熔焊工艺,滤芯无二次污染。

    (3) 严格的质量控制和出厂滤芯只只用全自动完整性测试仪检验制度,将不合格产品消灭在出厂前。

    2. 4 　DJ - K系列空气过滤器的主要技术参数

    ①过滤精度:0. 01μm ,能100 %截留0. 2μm 以上的各种细菌;

    ②工作温度: ≤80 ℃;

    ③灭菌温度:121 ℃;

    ④灭菌时间:30 分钟;

    ⑤气体阻力:在额定流量下,初始压降小于0. 01MPa ;

    ⑥耐压: 正向≤0. 4MPa ,反向≤0. 2MPa ;

    ⑦过滤器外壳:按照国家劳动部劳锅字[1990 ]8 号“压力容器安全技术监察规程”制造,外壳进行抛光处理。

    3 　DJ - K系列空气过滤器在发酵厂的应用

    DJ - K系列空气过滤器研制成功后,用全自动过滤器完整性测试合格,其各项性能指标已接近国际名牌PALL 和MILLIPORE 过滤器。我们首先放在种子罐上应用,使用效果正常,完全能满足发酵要求。为了考核过滤器的各项性能指标。我们就选择了发酵要求高、发酵周期高过16 天(384 小时) 的,且用于出口美国的灰黄霉素30 吨发酵罐上试验。试验从2003 年10 月29 日开始,每16 天为一个发酵周期,至今已正常运行九个多月,从未发现过染菌。从而充分证明DJ - K型空气过滤器的除菌过滤效果是好的、是绝对安全的。运行九个月,压力降几乎无变化,根据目前估计,运行寿命可达2 年以上。