CN107297146B - 全自动化一体式移动超滤/微滤中试机 - Google Patents

全自动化一体式移动超滤/微滤中试机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制药设备技术领域，公开了一种全自动化一体式移动超滤/微滤中试机。包括：可拆分的物料罐、超滤/微滤系统、连接物料罐和超滤/微滤系统的拆分连接件，超滤/微滤系统包括超滤泵、超滤/微滤膜、回流控制阀、透过控制阀以及自动控制系统，物料罐、超滤泵以及超滤/微滤膜构成的进口管路上设置进口压力传感器及进口流量计，超滤/微滤膜、回流控制阀以及物料罐构成的回流管路上设置回流压力传感器，超滤/微滤膜和透过控制阀构成的透过管路上设置透过压力传感器及透过流量计；自动控制系统根据检测的压力及流量自动调节超滤泵运行频率，回流控制阀及透过控制阀开度，能够自动化实现超滤/微滤、跨膜压差的控制。

Description

全自动化一体式移动超滤/微滤中试机
技术领域
本发明涉及制药设备技术领域，特别涉及一种全自动化一体式移动超滤/微滤中试机。
背景技术
近年来，超滤技术的发展极为迅速，不但在特殊溶液的分离方面有独到的作用，而且在工业水方面也用得越来越多。超滤/微滤膜允许小分子物质和溶解性固体(无机盐)等的通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，超滤/微滤膜能截留直径在0.02-0.1微米以上的大分子物质和杂质，用于表示超滤/微滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。早期，超滤技术多应用于工业上的废水和污水处理。随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域，当前应用中，超滤设备主要作为预处理设备，确保反渗透等后续设备的长期安全稳定运行。
在实现本发明的过程中，发明人发现：中试型超滤/微滤设备在日常运行中，根据预设的流程进行超滤/微滤，期间并不会根据监测的超滤/微滤膜的进口端压力、透过端压力、回流端压力、回流流量以及透过流量以自动调节超滤泵运行频率、回流控制阀及透过控制阀开度，进而快速稳定的实现超滤/微滤、跨膜压差(trans-membrane pressure，TMP)的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，能够自动化实现超滤/微滤、跨膜压差的控制。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，包括：可拆分的物料罐、超滤/微滤系统以及连接物料罐和超滤/微滤系统的拆分连接件，超滤/微滤系统包括超滤泵、超滤/微滤膜、回流控制阀、透过控制阀以及与物料罐、超滤泵、回流控制阀、透过控制阀电连接的自动控制系统，物料罐、超滤泵以及超滤/微滤膜构成进口管路，超滤/微滤膜、回流控制阀以及物料罐构成回流管路，超滤/微滤膜和透过控制阀构成透过管路，进口管路上还设置有进口压力传感器及进口流量计，用于检测超滤/微滤膜的进口端压力及进口流量，透过管路上还设置有透过压力传感器及透过流量计，用于检测超滤/微滤膜的透过端压力及透过流量，回流管路上还设置有回流压力传感器，用于检测超滤/微滤膜的回流端压力；
自动控制系统根据进口端压力、回流端压力以及透过端压力获取全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的跨膜压差，同时检测进口流量及透过流量，并根据跨膜压差、进口流量及透过流量自动调节超滤泵运行频率、回流控制阀及透过控制阀开度。
本发明实施方式相对于现有技术而言，自动控制系统根据进口端压力、回流端压力以及透过端压力获取跨膜压差，并根据跨膜压差、监测的回流流量以及透过流量自动调节超滤泵运行频率、回流控制阀以及透过控制阀开度，从而能够自动化快速稳定地实现超滤/微滤、跨膜压差的控制。
另外，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机还包括一金属柜，金属柜包括内部设置有自动控制系统的控制柜以及设置在控制柜与超滤/微滤系统之间的隔离柜，控制柜和隔离柜设置成一体式结构。
另外，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机还包括：反洗罐和反洗泵，反洗泵设置在隔离柜内，反洗罐盛放有缓冲液，缓冲液经反洗罐和反洗泵对超滤/微滤膜进行反洗，经反洗后的缓冲液返回至物料罐中。
另外，物料罐为超滤罐，超滤罐顶部设置有超滤呼吸器，反洗罐顶部设置有反洗呼吸器，超滤呼吸器和反洗呼吸器内部设置有过滤膜，用于除菌过滤。
另外，超滤罐和反洗罐底部设置为锥形，方便物料排出。
另外，超滤罐设置为转子泵，反洗罐设置为蠕动泵。
另外，自动控制系统控制应用超滤/微滤膜对超滤罐的中物料进行超滤/微滤的过程中，还控制反洗泵以预设开启频率对超滤/微滤膜进行反洗。
另外，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的回流流量为进口流量与透过流量之差，自动控制系统包括前馈控制单元，前馈控制单元应用前馈算法控制透过控制阀跟随回流流量改变开度，降低回流流量变化对TMP控制产生不利影响，从而避免跨膜压差TMP控制超范围。
另外，跨膜压差TMP＝(P1+P2)/2-P3，其中，P1为进口端压力，P2为回流端压力，P3为透过端压力，自动控制系统通过设置回流控制阀的开度使跨膜压差快速稳定。
另外，超滤/微滤膜为中空纤维膜组件。
附图说明
图1是本发明实施方式的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的正视图；
图2是本发明实施方式的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的立体结构示意图；
图3是本发明实施方式的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的又一立体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的实施方式涉及一种全自动化一体式移动超滤/微滤中试机。如图1-3所示，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机包括：可拆分的物料罐1、超滤/微滤系统以及连接物料罐1和超滤/微滤系统的拆分连接件20。超滤/微滤系统包括超滤泵4、超滤/微滤膜3、回流控制阀15、透过控制阀16以及与物料罐1、超滤泵4、回流控制阀15、透过控制阀16电连接的自动控制系统(图未示)。物料罐1、超滤泵4以及超滤/微滤膜3构成进口管路，超滤/微滤膜3、回流控制阀15以及物料罐1构成回流管路，超滤/微滤膜3和透过控制阀16构成透过管路，进口管路上还设置有进口压力传感器10及进口流量计13，用于检测超滤/微滤膜3的进口端压力及进口流量，透过管路上还设置有透过压力传感器12及透过流量计14，用于检测超滤/微滤膜3的透过端压力及透过流量，回流管路上还设置有回流压力传感器11，用于检测超滤/微滤膜3的回流端压力。自动控制系统根据检测的进口端压力、回流端压力以及透过端压力获取跨膜压差，同时检测进口流量及透过流量，进而根据跨膜压差、进口流量及透过流量自动调节超滤泵运行频率，回流控制阀及透过控制阀的开度，循环控制进口管路、回流管路以及透过管路，能够自动化实现超滤/微滤、跨膜压差的控制。
在本发明实施方式中，跨膜压差TMP满足关系式：TMP＝(P1+P2)/2-P3，其中，P1为进口端压力，P2为回流端压力，P3为透过端压力，自动控制系统通过设置回流控制阀15的开度使跨膜压差TMP快速稳定。全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的回流流量(F1-F2)为进口流量F1与透过流量F2之差。自动控制系统在通过设置回流控制阀15的开度使跨膜压差TMP快速稳定的过程中，回流流量(F1-F2)响应速度最快。对此，自动控制系统根据回流流量(F1-F2)控制回流控制阀15的开度。自动控制系统包括前馈控制单元(图未示)，前馈控制单元应用前馈算法控制透过控制阀16跟随回流流量(F1-F2)改变开度，以降低回流流量(F1-F2)变化对跨膜压差TMP的控制产生不利影响，从而避免跨膜压差TMP的控制超范围。
本发明实施方式相对于现有技术而言，自动控制系统根据进口端压力、回流端压力以及透过端压力获取跨膜压差，并根据监测的回流流量以及透过流量，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机会自动调节超滤泵运行频率、回流控制阀以及透过控制阀的开度，从而能够自动化快速稳定地实现超滤/微滤、跨膜压差的控制。
在本发明实施方式中，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机还包括一金属柜9，金属柜9包括内部设置有自动控制系统的控制柜90以及设置在控制柜90与物料罐1之间的隔离柜91，控制柜90和隔离柜91设置成一体式结构。如图2所示，控制柜90上设置有操作界面901，通过操作界面901对全自动化一体式移动超滤/微滤中试机进行控制操作。金属柜9优选为不锈钢柜。
全自动化一体式移动超滤/微滤中试机还包括：反洗罐5和反洗泵6。反洗泵6设置在隔离柜91内，反洗罐5盛放有缓冲液，缓冲液经反洗罐5和反洗泵6对超滤/微滤膜3进行反洗，经反洗后的缓冲液返回至物料罐1中。在本发明实施方式中，在应用全自动化一体式移动超滤/微滤中试机进行超滤/微滤过程中，为防止超滤/微滤膜3堵塞，可以应用反洗罐5和反洗泵6对超滤/微滤膜3进行反洗。具体地，用户可以根据需要自由选择是否启动反洗以及反洗的预设开启频率，通过操作面板901将反洗参数设置好后，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机自动在超滤/微滤过程中运行，实现多次反洗操作。如此，自动控制系统控制应用超滤/微滤膜3对超滤罐1的中物料进行超滤/微滤的过程中，还控制反洗泵6以预设开启频率对超滤/微滤膜3进行反洗。在超滤/微滤结束后，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机可以自动运行在线清洗(Clean in place，CIP)程序。
在本发明实施方式中，物料罐1可以为超滤罐，超滤罐顶部设置有超滤呼吸器7，反洗罐5顶部设置有反洗呼吸器8。超滤呼吸器7和反洗呼吸器8内部设置有约0.22微米厚过滤膜(图未示)，用于除菌过滤。如图1所示，超滤罐1和反洗罐5底部设置为锥形，方便物料排出。另外，超滤罐设置为转子泵，反洗罐5设置为蠕动泵。由于超滤泵4采用转子泵，间隙较小，使得物料剪切力较小；而反洗泵6采用蠕动泵，使得缓冲液输送缓慢，能够保证反洗流量及透过端压力的精确控制。
在超滤罐外围设置有不锈钢夹套2，以对超滤罐进行温度控制，还可对超滤罐中的物料进行保温，同时还在超滤罐上设置有视镜19，以便观察超滤罐中的物料的状态。超滤罐上还设置有超滤罐夹套，超滤罐夹套包括夹套进口17和夹套出口18，用于连接选配的冷热一体机，以对超滤罐中的物料进行温度控制。
在本发明实施方式中，物料罐1为超滤罐时，可以对超滤罐中物料进行物料浓缩或者澄清，超滤罐的体积优选为30L。在本发明其他实施方式中，物料罐1也可以更换为反应罐，以完成相应的反应过程。在更换物料罐时，只需要断开更换前的物料罐1与拆分连接件20的连接，然后将需要更换的物料罐1与拆分连接件20连接即可，操作方便。
在本发明实施方式中，超滤/微滤膜3为中空纤维膜组件，可设置为不同规格。具体地，可以根据需要选择合适孔径的超滤/微滤膜3，并设置不同的各管路的接口形式以适应不同的超滤/微滤膜3，进而实现超滤/微滤。
在本发明实施方式中，全自动化一体式移动超滤/微滤中试机中的所有低点处均设置了断点，具体地，在全自动化一体式移动超滤/微滤中试机中的管路的低点处设置卡箍形成的断点，正常运行时紧固卡箍，需要收集残料时，拆除卡箍以便于收集残料，并将收集的残料用于产品工艺参数的实验研究，以方便随时监测全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的处理过程。
在本发明实施方式中，在物料罐1的远离超滤/微滤系统的一侧以及控制柜90的远离隔离柜91的一侧还设置的推手21，并在全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的底部设置有多个轮子，以方便移动全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，并对全自动化一体式移动超滤/微滤中试机进行定位。
综上所述，本发明的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机包括：可拆分的物料罐1、超滤/微滤系统以及连接物料罐1和超滤/微滤系统的拆分连接件20。超滤/微滤系统包括超滤泵4、超滤/微滤膜3、回流控制阀15、透过控制阀16以及与物料罐1、超滤泵4、回流控制阀15、透过控制阀16电连接的自动控制系统。物料罐1、超滤泵4以及超滤/微滤膜3构成进口管路，超滤/微滤膜3、回流控制阀15以及物料罐1构成回流管路，超滤/微滤膜3和透过控制阀16构成透过管路，进口管路上还设置有进口压力传感器10及进口流量计13，用于检测超滤/微滤膜3的进口端压力及进口流量，透过管路上还设置有透过压力传感器12及透过流量计14，用于检测超滤/微滤膜3的透过端压力及透过流量，回流管路上还设置有回流压力传感器11，用于检测超滤/微滤膜3的回流端压力。自动控制系统根据进口端压力、回流端压力以及透过端压力获取跨膜压差，并根据跨膜压差、监测的回流流量以及透过流量自动调节超滤泵运行频率、回流控制阀以及透过控制阀的开度，自动化快速稳定地实现超滤/微滤、跨膜压差的控制。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，包括：可拆分的物料罐、超滤/微滤系统以及连接所述物料罐和所述超滤/微滤系统的拆分连接件，所述超滤/微滤系统包括超滤泵、超滤/微滤膜、回流控制阀、透过控制阀以及与所述物料罐、所述超滤泵、所述回流控制阀、所述透过控制阀电连接的自动控制系统，所述物料罐、所述超滤泵以及所述超滤/微滤膜构成进口管路，所述超滤/微滤膜、所述回流控制阀以及所述物料罐构成回流管路，所述超滤/微滤膜和所述透过控制阀构成透过管路，所述进口管路上还设置有进口压力传感器及进口流量计，用于检测所述超滤/微滤膜的进口端压力及进口流量，所述透过管路上还设置有透过压力传感器及透过流量计，用于检测所述超滤/微滤膜的透过端压力及透过流量，所述回流管路上还设置有回流压力传感器，用于检测所述超滤/微滤膜的回流端压力；
所述自动控制系统根据所述进口端压力、所述回流端压力以及所述透过端压力获取所述全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的跨膜压差，同时检测进口流量及透过流量，并根据所述跨膜压差、所述进口流量及所述透过流量自动调节所述超滤泵运行频率、所述回流控制阀及所述透过控制阀的开度。
2.根据权利要求1所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述全自动化一体式移动超滤/微滤中试机还包括一金属柜，所述金属柜包括内部设置有所述自动控制系统的控制柜以及设置在所述控制柜与所述超滤/微滤系统之间的隔离柜，所述控制柜和所述隔离柜设置成一体式结构。
3.根据权利要求2所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述全自动化一体式移动超滤/微滤中试机还包括：反洗罐和反洗泵，所述反洗泵设置在所述隔离柜内，所述反洗罐盛放有缓冲液，所述缓冲液经所述反洗罐和所述反洗泵对所述超滤/微滤膜进行反洗，经反洗后的缓冲液返回至所述物料罐中。
4.根据权利要求3所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述物料罐为超滤罐，所述超滤罐顶部设置有超滤呼吸器，所述反洗罐顶部设置有反洗呼吸器，所述超滤呼吸器和所述反洗呼吸器内部设置有过滤膜，用于除菌过滤。
5.根据权利要求4所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述超滤罐和所述反洗罐底部设置为锥形。
6.根据权利要求4所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述超滤罐设置为转子泵，所述反洗罐设置为蠕动泵。
7.根据权利要求4所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述自动控制系统控制应用所述超滤/微滤膜对所述超滤罐的中物料进行超滤/微滤的过程中，还控制所述反洗泵以预设开启频率对所述超滤/微滤膜进行反洗。
8.根据权利要求1所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述全自动化一体式移动超滤/微滤中试机的回流流量为所述进口流量与所述透过流量之差，所述自动控制系统包括前馈控制单元，所述前馈控制单元应用前馈算法控制所述透过控制阀跟随所述回流流量改变开度。
9.根据权利要求1所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述跨膜压差TMP满足关系式：TMP＝(P1+P2)/2-P3，其中，P1为所述进口端压力，P2为所述回流端压力，P3为所述透过端压力，所述自动控制系统通过设置所述回流控制阀的开度使所述跨膜压差快速稳定。
10.根据权利要求1所述的全自动化一体式移动超滤/微滤中试机，其特征在于，所述超滤/微滤膜为中空纤维膜组件。
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