一體式折疊膜過濾器的開發(fā)及應用

摘要：現(xiàn)階段各發(fā)酵廠家使用的膜過濾主要分金屬膜過濾和折疊膜過濾兩種，其中折疊膜過濾又占據(jù)了絕大部分市場，已經(jīng)成為市場的主流產(chǎn)品。不過，市面上的折疊膜過濾存在一定的弊端。為此，我們積極從客戶需求出發(fā)，設計開發(fā)了一體式折疊膜過濾器。

關鍵詞：一體式 折疊膜 金屬膜

中圖分類號： TQ920.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

1 一體式折疊膜過濾器結構開發(fā)設計

1.1 金屬膜過濾器結構簡介

金屬膜過濾器采用主、預一體式結構。預濾芯為折疊圓筒式，單支流量大，更換方便，主過濾芯由陣列式膜管組成。作為該室曾經(jīng)的拳頭產(chǎn)品，其優(yōu)點是可整體消毒，安裝占用空間小?？呻S著技術的發(fā)展，逐漸顯現(xiàn)了一些缺點，難以適應市場的需要。

圖1 金屬膜過濾器外型圖

（1）產(chǎn)品價格高：幾乎是折疊膜過濾器價格的3倍。

（2）維修更換復雜：需專業(yè)維修人員進行。

（3）檢測費時費力：一臺金屬膜過濾器兩個人檢測更換需要10小時左右，而折疊膜過濾器一個人僅需不到1小時（以流量60m3/min過濾器為例）。

（4）成本升高，利潤降低：生產(chǎn)金屬膜管的主要原材料鎳材的價格從每噸幾萬元已經(jīng)漲至幾十萬元，成本壓力巨大。

1.2 傳統(tǒng)折疊膜過濾器結構簡介

采用主、預過濾器分體式結構。主、預過濾器結構基本相同。預濾芯為聚丙烯材質(zhì)，主濾芯為聚四氟乙烯膜，濾芯更換方便。

圖2 折疊膜過濾器外型圖

相比金屬膜過濾器，分體式折疊膜過濾器有其優(yōu)點：

（1）產(chǎn)品價格低：幾乎是金屬膜過濾器價格的三分之一。

（2）檢測方便：一臺金屬膜過濾器的檢測更換需要10小時左右，而折疊膜過濾器僅需不到1小時（以流量60m3/min過濾器為例）。

（3）濾芯更換簡單：不需專業(yè)維修人員進行。

（4）降低維護成本：廠家人員可以自行更換，降低了我們的差旅費用。

同樣分體式折疊膜過濾器也有其缺點：

（1）不能整體消毒：采用分體式結構，只能對主過濾進行消毒。

（2）占用空間：安裝占用空間是金屬膜兩倍多。

（3）增加閥門：由于不能整體消毒，需在主、預過濾器之間增加閥門。

1.3一體式折疊膜過濾器結構設計

很多原有使用我們金屬膜過濾器的廠家提出希望在保留工藝管道和原來閥門不變的情況下進行改造。如果改造成分體式折疊膜過濾器，勢必造成進出口管道的變動，要保持工藝管道進出口不動，整體外部結構我們還采用金屬膜過濾器的外形結構。預過濾部分不動，只對主過濾部分進行改造，將內(nèi)部的金屬膜管改造為折疊精濾芯。

改造的難點：

（1）折疊精濾芯的數(shù)量選擇：同等流量下需要多少支折疊精濾芯。

（2）折疊精濾芯排列：主過濾部分筒體直徑是固定的，折疊精濾芯能否在管板上排列開。

圖3 一體式折疊膜過濾器外型圖

先通過公式G=Q/Q1，來計算一下需要多少支濾芯。式中，G為折疊精濾芯數(shù)量（支）；Q為系統(tǒng)空氣流量；Q1 為折疊精濾芯設計流量。

已知系統(tǒng)空氣流量60m3/min，單支折疊精濾芯的設計流量是多少呢（受筒體高度所限，我們選取10寸折疊精濾芯），經(jīng)實驗我們得出10寸折疊濾芯流量與壓降關系曲線圖，從圖中可以看到，當空氣出口壓力0.3MPa（絕對壓力），壓降0.005MPa時，一支10寸折疊精濾芯的流量可達200m3/h，即流量3.3m3/min。匹配時一般按3m3/min的流量選取。

G=Q/Q1=60/3=20（支）

代入公式，可知此系統(tǒng)流量下需匹配10寸折疊精濾芯20支。

已知60m3/min金屬膜過濾器圓筒內(nèi)徑450mm，根據(jù)折疊濾芯排布情況，參考標準封頭尺寸，完全可以在管板上排列下20支濾芯。

圖4

從一體式折疊膜過濾器結構圖上我們還可以看到，在主過濾筒體的側面，我們還加了一個排污口，過濾器經(jīng)過消毒和平時的運行，會在筒體內(nèi)積累一些雜質(zhì)，加上排污口后，可以定期進行排放，降低染菌風險，使一體式折疊膜過濾器的設計更加合理。

我們開發(fā)設計的一體式折疊膜過濾器即保留了金屬膜過濾器的優(yōu)點，又體現(xiàn)了分體式折疊膜過濾器的長處。

2 一體式折疊過濾器的應用

XX藥業(yè)公司是以生產(chǎn)潔霉素原料藥為主的大型綜合制藥企業(yè)，年產(chǎn)潔霉素原料藥2500噸。通過近些年的合作，該廠現(xiàn)使用我所金屬膜過濾器200余臺套，計劃逐步將金屬膜過濾器更換成折疊膜過濾器。如果被我們的競爭對手改造成他們的分體式折疊膜過濾器，不僅造成市場的丟失，同時鑒于XX藥業(yè)公司在抗生素行業(yè)的影響力，對我們整個市場都將造成致命的打擊。

2.1 改造方案

我們知道，廠家原有金屬膜過濾器進出口工藝管道已確定，安裝空間也非常有限。為此，該文研究者從廠家的實際情況出發(fā)，為廠家設計了將現(xiàn)有金屬膜過濾器改造為一體式折疊膜過濾器的方案。

設計的方案完全保持了原有的工藝管道進出口不變，降低了系統(tǒng)染菌風險；在原有位置上進行安裝，避免重新對占地空間布局設計；而且就使用金屬膜過濾器殼體進行改造，避免殼體浪費。

3.2 成本分析

以一臺60M3/min金屬過濾器改造為例，看需要多少費用。

維持金屬膜過濾器不變，僅更換金屬膜管，需要費用23450元；改造成分體式折疊膜過濾器，算上添加閥門的費用，總共需要18350元；改造成一體式折疊膜過濾器，僅需費用8200元，還不到分體式折疊膜過濾器一半的費用。

如果該廠對全部過濾器進行改造，粗略估算，維持金屬膜過濾器不變，需要費用175萬元；改造成分體式折疊膜過濾器，需要118萬元；而改造成一體式折疊膜過濾器，僅需費用78萬元。相比金屬膜過濾器節(jié)省97萬元，相比分體式折疊膜過濾器節(jié)省40萬元，成本優(yōu)勢明顯。

最終該單位決定采用我的方案更換為一體式折疊膜過濾器。

3.3 改造效果

從09年3月第一臺60M3/min金屬膜過濾器改造成一體式折疊膜過濾器以來，經(jīng)過廠家的實際運行，至今沒有出現(xiàn)染菌現(xiàn)象。此后，廠家又陸續(xù)改造了60M3 /min的19臺， 100M3 /min的18臺，150M3/min的10臺，全部運行良好。

在XX藥業(yè)成功應用一體式折疊膜過濾器的基礎上，又陸續(xù)在XX制藥有限公司、XX生物藥業(yè)有限公司和XX制藥有限公司等進行了應用，合計已應用180余臺，效果良好，受到了廠家的好評。

3 市場前景分析

3.1 原有金屬膜過濾器市場

金屬膜過濾器還有一定的市場，而折疊膜過濾器已是大勢所趨。一體式折疊膜過濾器的出現(xiàn)無疑為原有金屬膜過濾器的廠家提供了更好的選擇。

3.2 新市場

我國的無菌空氣凈化市場巨大，競爭日趨激烈。在沒有價格優(yōu)勢的情況下，我們必須為客戶提出更好的運行方案，并以產(chǎn)品的差異化贏得市場的認可。一體式折疊膜過濾器豐富了我們的產(chǎn)品線，價格方面同樣具有優(yōu)勢，無疑會更好地促進銷售。

4 結語

（1）經(jīng)廠家實際應用，一體式折疊膜過濾器完全可以滿足無菌空氣系統(tǒng)的需要。保住并鞏固了該室原有金屬膜過濾器的陣地。

（2）一體式折疊膜過濾器設計簡潔合理，相比傳統(tǒng)分體式折疊膜過濾器更有優(yōu)勢，為發(fā)酵廠家節(jié)約了成本，從而達到雙方共贏的結果。

（3）一體式折疊膜過濾器進一步豐富了過濾器產(chǎn)品線，從而更好地促進銷售工作開展。

參考文獻

[1]許鐘麟.空氣潔凈技術原理[M].上海：同濟大學出版社，1998.

[2]生物工藝學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000.

[3]精密過濾分離技術[M].上海：上海市輕工業(yè)科技情報研究所，2003.