摘要：設計了以剛性高分子微孔燒結(jié)管（PA管）為過濾介質(zhì)的精密微孔過濾機，有效地解決了粉末活性炭過濾難題，并介紹了在葡萄糖、咖啡因、氨基酸活性炭脫色溶液過濾中的應用。
關(guān)鍵詞：粉末活性炭 精密微孔過濾 濾餅
粉末活性炭具有驚人的比表面積（800—2000m2/g），對液體的脫色效率高，速度快，成本較低，在制藥生產(chǎn)工具中大多采用粉末活性炭（下文簡稱活性炭）脫色，脫色濾液的過濾效率往往成為影響產(chǎn)品質(zhì)量與收率的極重要的操作。目前國內(nèi)主要采用濾布或濾紙為過濾介質(zhì)，微細炭粒穿漏的“漏炭”現(xiàn)象很普遍，造成返工。發(fā)達國家常用多級串聯(lián)過濾，雖可保證分離效率，但操作步驟增多，影響成本。因此尋找符合國情，安全可靠的分離技術(shù)已成為制藥生產(chǎn)當務之急。
1． 活性炭過濾的特點
活性炭脫色液的過濾有以下特點：
1) 顆粒細：最小1-2μm，最大15μm，大部分3-7μm。
2) 過濾時溫度較高：脫色操作溫度一般約100℃，過濾時不低于85-90℃。
3) 活性炭顆粒表面一般無水化層，壓縮性很小，基本上屬于亞剛性顆粒，形成的濾餅層屬不可壓縮濾渣；其相互粘性小，在流體動力作用下，一些特細的炭粒在濾渣層的孔隙內(nèi)有一定的移動性。
鑒于上述特點，活性炭過濾時具有如下現(xiàn)象：
1) 由于炭粒細，粘性小，移動性好，在過濾過程中極易發(fā)生炭粒“穿漏”現(xiàn)象。目前工業(yè)用濾布（網(wǎng)）最細只有400目（孔徑46μm），對細至1um的炭粒無法阻截。
2) 由于過濾溫度較高，如用濾紙作為過濾介質(zhì)，紙纖維強度下降較快，局部易破損，如用孔徑很小的濾氈過濾，雖然可減少穿濾現(xiàn)象，提高效率，但炭粒堵在濾氈的毛細孔孔隙內(nèi)，無法用流體反吹法再生。
2． 新型過濾技術(shù)的選擇
由上所述，根據(jù)活性炭的特點，其過濾介質(zhì)須具如下性能：
1) 能一次將細至1μm的炭粒濾除，且不能在過濾介質(zhì)孔隙內(nèi)移動。
2) 耐酸、堿及化學溶劑的性能良好，在100℃左右溫度下過濾介質(zhì)強度下降。
3) 在一定壓力流體反吹作用下，過濾介質(zhì)基本上不變形，不破裂。用氣體反吹，可排出較干的濾餅；用氣液混合流體反吹，可將介質(zhì)孔隙內(nèi)的炭微粒反吹出來，達到再生的要求。
4) 過濾介質(zhì)本體強度較好，過濾過程無微?；蚶w維脫落，也無其他成分溶出。
在各種精密過濾介質(zhì)中，剛性高分子微孔燒結(jié)管PA管能符合上述要求，并根據(jù)醫(yī)藥與食品生產(chǎn)對活性炭的嚴格要求，優(yōu)選如下過濾活性炭技術(shù)：
采用剛性，耐溫（<110℃）的高分子微孔燒結(jié)管—PA管及精密微孔過濾機。外形為直立圓柱殼體，內(nèi)垂直平行裝一系列微孔PA管，底部是一氣缸開啟的快開大底蓋，該過濾機可將物料濾完，并對活性炭濾渣進行洗滌，最后氣動排出較干的炭渣。
上述過濾技術(shù)可達到如下要求：濾液澄明度很高，不漏炭，無上下批混批現(xiàn)象，濾餅可以洗滌，濾渣較干，排渣操作簡單，且過濾管使用壽命較長，過濾機占地面積小，動力消耗較省。
3． 高分子精密微孔過濾技術(shù)過濾活性炭的設計
3.1高分子精密微孔PA過濾管的平均毛細孔徑的計算
選擇PA微孔管的毛細孔徑（5-30μm），取決于活性炭最細顆粒大小，濾液的粘度，微孔管的壁厚，濾液通過過濾介質(zhì)的平均表面線速度等因素。在研究了上訴諸因素的關(guān)系后，歸納如下方程：
式中：ds—可過濾的最小顆粒大?。?mu;m）
dm—微孔過濾管平均毛細孔徑（μm）
μ—濾液粘度（N*s/m2）
ε—微孔過濾管的平均孔隙率（%）
Ds—微孔過濾管的壁厚（mm）
A,B—系數(shù)，取決于被過濾顆粒與過濾介質(zhì)的相互作用，需由實驗測定。
 
對葡萄糖液中活性炭過濾，測定：
A=0.302，B=0.127
由方程（1），根據(jù)炭顆粒大小ds可大致計算所需的微孔PA管的平均毛細孔徑dm的數(shù)值。在設計中應取Ds=9mm。例：
當ds=1μm, μ=0.002 N*s/m2
μ=0.8m/h, ε=0.40
A=0.302,B=0.127,
由式（1）計算dm=14.3μm
3.2精密微孔過濾機的過濾面積計算
活性炭濾餅層基本屬不可壓縮濾餅。其所需的過濾面積F可按下式計算：
式中V—每批過濾的濾液量(m3)
C—濾渣濃度（濾液體積對濾渣體積之比）
t—過濾時間（s）
μ—濾液粘度（N*S/ m2）
Dp—過濾壓差（N/ m2）
α—活性炭濾餅層的平均比阻（1/ m2）
式（2）的C可對物料進行測定，V，t根據(jù)生產(chǎn)要求確定，Rm由微孔過濾管制造廠提供，需要系統(tǒng)測定的最佳過濾壓差Dp與該壓差下的活性炭層的平均比阻α(測定方法從略)，簡單介紹一些數(shù)據(jù)。
Dp：0.20Mpa,即為1.96*105 N/ m2
α：約（1-9）*1014 1/ m2
例：某一藥液的活性炭過濾
已知：V=4，t=3600s，Dp=1.96*105 N/ m2
已測得α=5*1014 ，μ=1.5*10-3 N*s/ m2 ,C=0.02,Rm=4*1011 1/ m2
代入下式（2）計算得
F=14.8 m2
故決定選用3臺PGH—5型精密微孔過濾機，每臺過濾面積為5 m2。
4． 應用
高分子精密微孔過濾技術(shù)早在1978年就成功用于工業(yè)規(guī)模的葡萄糖液的活性炭的過濾，后來逐漸推廣到原料中間體的活性炭過濾，也用于催化劑鈀炭的過濾。近3年來，隨著PGH型過濾機的開發(fā)成功，滿意地解決了每批料液濾不完，上下批號混批的現(xiàn)象，使醫(yī)藥工業(yè)與食品工業(yè)有了較為理想的活性炭分離技術(shù)。以下舉幾個應用實例。
4.1葡萄糖液中活性炭過濾
酸性中和液活性炭過濾：過濾溫度80℃；過濾壓差0.15Mpa；粉末活性炭濃度6kg/m3(液)；濾液粘度0.86*10-3 N*S/ m2；平均過濾速度0.6 m3/ (m2*h)。
一次脫色液活性炭過濾：過濾溫度80℃；過濾壓差0.15Mpa；活性炭濃度6kg/m3(液)；濾液粘度1.71*10-3 N*S/ m2；平均過濾速度0.3 m3/ (m2*h)。
二次脫色液活性炭過濾：過濾溫度80℃；過濾壓差0.2*106N/m2；活性炭濃度6kg/m3(液)；濾液粘度2.4*10-3 N*S/ m2；平均過濾速度0.25m3/ (m2*h)。
4.2咖啡因的活性炭過濾
過濾溫度85℃；過濾壓差(0.15-0.2)*106N/m2；活性炭濃度6kg/m3(液)；濾液粘度2.0*10-3 N*S/ m2；平均過濾速度0.35-0.4m3/ (m2*h)。
4.3氨基酸的活性炭過濾
過濾溫度50℃；過濾壓差(0.15-0.20)*106N/m2；活性炭濃度12kg/m3(液)；濾液粘度4*10-3 N*S/ m2；平均過濾速度0.18m3/ (m2*h)。
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