制藥流體工藝系統(tǒng)—過濾

過濾的概念

過濾是制藥流體工藝系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的單元操作之一。圖2.47是制藥工藝中常見的顆粒類型及其尺寸，制藥企業(yè)可結(jié)合顆粒大小和性質(zhì)選擇合適的過濾方法。下面一起跟真空均質(zhì)乳化機(jī)小編一起來看一下常見的顆粒類型及其尺寸！

100μm

80發(fā)絲直徑

60

40肉眼可見塵埃粒子

20

10

8毛細(xì)血管管徑

5酵母

3

1大腸桿菌

0.6沙門菌

0.5

0.4假單細(xì)胞

0.3

圖2.47常見的顆粒類型及其尺寸

 

過濾的定義

過濾是指在泵或氣體等推動(dòng)力的作用下，讓液體或氣體通過某種過濾介質(zhì)，使原料中的部分物質(zhì)被截留在介質(zhì)上游，從而起到分離作用的過程。膜過濾是無菌制藥生產(chǎn)的核心工藝，膜分離原理如下圖2.48所示，相1為原料或上游，相2為滲透物或下游，原料混合物中某一組分可以比其他組分更快的通過膜而傳遞到下游，從而實(shí)現(xiàn)分離。

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圖2.48膜過濾原理

 

過濾的分類

根據(jù)過濾的目的，制藥工業(yè)中過濾可分為預(yù)過濾、微生物負(fù)荷控制過濾、除菌級(jí)過濾、支原體控制過濾和除病毒過濾等。

1. 預(yù)過濾的膜孔徑一般大于0.45μm，主要用于去除大的顆粒并保護(hù)下游過濾器；
2. 微生物負(fù)荷控制過濾的膜孔徑一般為0.45μm或0.22μm等，其主要目的是降低流體的微生物負(fù)荷，但不屬于絕對(duì)去除的概念；
3. 除菌級(jí)過濾的膜孔徑一般為0.22μm或0.1μm,它可以去除所有可以鑒別的活的微生物，絕大多數(shù)情況采用0.22μm除菌級(jí)過濾器，有時(shí)也采用0.lμm過濾器去除微小細(xì)菌；
4. 支原體控制過濾的膜孔徑0.1μm，它可將支原體負(fù)荷完全去除或降低到可接受水平；
5. 除病毒過濾的膜孔徑小于0.lμm,如50nm或20nm,它可去除不大于20nm的病毒。

 

過濾機(jī)理的分類

過濾機(jī)理可分為大小排除原理和吸附原理兩種。

A大小排除原理

也稱攔截過濾，是指根據(jù)濾膜的孔徑大小進(jìn)行篩選并截留比孔徑大的過濾物，該機(jī)理中濾膜可以被想像成一個(gè)簡(jiǎn)單的篩網(wǎng)并攔截比膜孔大的顆粒物，如圖2.49中黑色顆粒物被截留在濾膜表面。

 

圖2.49大小排除原理

B吸附原理

在實(shí)際過濾中，濾膜不僅可以濾除大于膜孔的顆粒，也能截留住比自身膜孔小的物質(zhì)，這正是由于過濾機(jī)理中的吸附原理。

吸附是基于靜電原理使微小的顆粒物被濾膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)吸附截留，當(dāng)一個(gè)帶有靜電的物體靠近另一個(gè)不帶靜電的物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“靜電吸附”現(xiàn)象。

在過濾時(shí)，微粒之間互相摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，當(dāng)這些微粒接觸到過濾膜內(nèi)部時(shí)，很容易撞擊到膜內(nèi)部彎曲的孔道隨即被吸附住。

與液體過濾相比，氣體過濾中吸附原理起到了至關(guān)重要的作用。在氣體過濾時(shí)，微粒按布朗運(yùn)動(dòng)在氣體內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)，大于膜孔徑的大顆粒主要通過大小排除原理進(jìn)行去除；相當(dāng)于0.1~1倍膜孔徑的中等顆粒主要通過中途攔截與碰撞原理進(jìn)行去除；相當(dāng)于0.001~0.01倍膜孔徑的小顆粒主要通過擴(kuò)散攔截與電子捕獲原理進(jìn)行去除（圖2.50)。

同一只過濾器在過濾干燥氣體時(shí)的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于過濾液體時(shí)的精度，例如，某過濾器在進(jìn)行液體過濾時(shí)，其精度為0.22pm;當(dāng)進(jìn)行氣體過濾時(shí)，其精度可達(dá)到0.003μm。

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圖2.50擴(kuò)散攔截機(jī)理