陶瓷膜在发酵液澄清过程中的应用

陶瓷膜在发酵液澄清过程中的应用山东鲁抗医药股份有限公司杜庆秀2012年４月关于鲁抗山东鲁抗医药股份有限公司是我国大型的综合化学制药企业，有着45余年生物医药生产历史，国家重要的抗生素生产基地。鲁抗医药A股（600789）股票于1997年2月在上海证券交易所挂牌上市。鲁抗医药充分发挥生物技术产业化优势，大力发展战略性新兴产业，实现企业的新跨越。公司的宗旨是：鲁抗视医药为生命之神，以现代生物技术为手段，以保障病患者生命为己任，提供优质、安全、高效的药品，为人类保健事业服务。鲁抗简介鲁抗四大板块原料药板块原料药板块主要由青霉素类、头孢类抗生素,大观霉素，氨基酸类及相应中间体的生产和销售为主。制剂板块制剂板块以制剂事业部为主体，辖7个制剂车间，4个销售公司，以及军队市场开发部和OEM招商部，拳头产品卓青市场占有率全国第一。动植物药品板块动植物药品板块以舍里乐公司为主体，主要生产经营兽用原料药、粉针、片剂、粉散剂和饲料添加剂，是中国兽药原料生产十强企业，拥有国际一流的技术、设备和先进的产品检验、检测方法。环保科技板块环保板块以鲁抗中和环保科技有限公司为主体，拥有独特的超高浓废水、抗生素菌渣及气味处理技术，是国内处理系统最全、技术水平最高的环保治理企业之一，板块在发展和经营中充分体现专业化和科学化的特质。到“十二五”末期实现年销售收入（工业部分）100亿元、利税15亿元（其中利润10亿元）、出口创汇3亿美元的经营目标，跻身全国制药十强之列。公司“十二五”期间将以科学发展观为指导，不断改革、优化、创新，优化管理结构及制度流程，创新企业发展模式和经营方式，大力推动科技进步，加快结构调整步伐，努力延伸产品链提高附加值，提升产品链的核心竞争力，内涵式发展与外延式扩张并举，实现跨越发展。“十二五”规划目标及战略实施5生物产业园区合成园区制剂园区泰安园区四大园区建设6企业荣誉陶瓷膜在鲁抗的应用2002年开始使用进口的陶瓷膜试验样机进行硫粘菌素和大观霉素以及洛伐他汀发酵液分离澄清试验2004年引进2台法国公司生产的陶瓷膜分别用于洛伐他汀发酵液过滤和大观霉素发酵液过滤，在国内率先将陶瓷膜应用于医药生物发酵领域，陶瓷膜先后用于洛伐他汀、大观霉素、安普霉素、植酸酶、色氨酸、头孢菌素以及硫粘菌素E等产品的发酵液澄清过滤。2008年5月又用国产陶瓷膜管替代进口陶瓷膜管用于色氨酸发酵液的澄清过滤取得成功。目前，国产陶瓷膜技术日益成熟，久吾高科的陶瓷膜技术及装备以其优良的性价比，应用于国内许多的医药生产厂家。耐温，可承受1200℃的高温耐压，可承压16bar适应PH值范围为1~14很强的耐腐蚀和耐磨损性能运行稳定、有效使用寿命长容易清洗，可采用高压、脉冲反冲截留率高，对微纳米级颗粒截留率基本可以达到100%。使用设备简单，容易操作陶瓷膜特点陶瓷膜处理发酵液情况对比一览表项目板框国外有机膜本技术通量/L·m-2·h-140～8050～60150～200菌丝体去除率/％70～859999浊度去除率/％80～859999膜清洗难易程度难难易运行稳定性差较差好设备投资低较高较高使用寿命/年31～23～5陶瓷膜技术与传统技术对比目前，在鲁抗应用的陶瓷膜面积超过了2000m2，使用久吾的陶瓷膜（1000m2）用于洛伐他丁、安普霉素和色氨酸发酵液过滤。陶瓷膜在洛伐他汀发酵液过滤中的应用洛伐他汀（Lovastatin）是由土曲霉生物发酵生产的可用于降血脂的药物。洛伐他汀发酵液中固含量高达30—40%，且产品主要存在于菌体内，过滤时需偱环透析将洛伐他汀从固相中溶出进入液相，传统的板框压滤和鼓式真空过滤均不能满足工艺需要，采用陶瓷膜过滤洛伐他汀发酵液，过滤收率比板框压滤提高5%以上，且滤液质量好，对后工序树脂污染小，有利于提高产品质量和收率，降低生产成本。应用背景应用实例图1法国TAMI公司生产的1号陶瓷膜系统使用进口的1号陶瓷膜系统进行洛伐他汀发酵液固液分离（过滤）过程中，一开始就发生了陶瓷膜爆管问题，一度使生产停止。我们同陶瓷膜厂家技术人员合作从工艺、设备、操作等几个方面对陶瓷膜爆管原因进行了分析：陶瓷膜系统内气体未排尽，气蚀现象造成膜管局部应力产生，导致膜管破裂。洗膜进水的流速远高于进料的流速，循环泵启动瞬时对膜管的冲击力加大，水锤效应导致膜管的破裂。碱洗时温度高达80℃，用水冲洗瞬时温差40－50℃，温度的突变造成膜管急剧收缩、膜管应力抗冲击力下降而发生损坏。物料特性造成膜管抗冲击能力下降：由于料液固含量高高流速会导致膜管内部的磨损和机械强度下降。应用过程中出现的问题、原因及对应的解决方法爆管解决方法：更换清洗泵采取相应措施：(1)洗膜后往系统内注水，冲满膜系统，确保排尽气体。(2)循环泵软启动不可靠，更换为变频器。(3)在清洗时控制温差变化，减少温差变化对膜管的影响。(4)增加固液预分离过程，降低进料固含量。通过采取以上措施，爆管问题有所缓解，但没有根本解决。根本原因：清洗泵选型不对，且清洗泵机械密封漏气。更换清洗泵后，没有再发生爆管问题，陶瓷膜爆管问题得到解决。膜管堵塞洛伐他汀发酵液陶瓷膜过滤初始生产工艺：改进后的洛伐他汀陶瓷膜过滤生产工艺：解决方法：更改过滤工艺，在陶瓷膜过滤前增加一步卧螺机固液预分离（循环），有效地减少和避免了陶瓷膜管堵塞的问题。原料（乳糖）发酵液陶瓷膜过滤树脂发酵碱化原料（乳糖）发酵液卧螺机陶瓷膜过滤发酵碱化固液预分离树脂膜管堵塞原因：洛伐他汀发酵液中固含量高，碱化后，菌体固化如沙粒，在过滤过程中时常发生菌体堵膜管的现象。工艺优化前后对比膜污染（浓差极化、吸附和内孔堵塞）解决方法：开发合适的清洗工艺清洗方法：碱液浓度增加一倍，加入1～2‰次氯酸鈉，反复沖洗至水通量达到200L/m2h以上，膜通量可恢复。注意：使用次氯酸钠不能长时间侵泡，清洗后要立即清洗干净，次氯酸钠会对陶瓷膜的不锈钢体造成严重破坏。国产膜代替进口膜国产膜和进口膜对比项目更换组件前更换组件后前后对比平均过滤周期52小时42小时缩短10小时起始膜通量25L/m2h35L/m2h+10L/m2h结束时通量10L/m2h20L/m2h+10L/m2h每批洗膜次数3次2次减少一次洗膜表2更换2号膜一组膜组件主要生产数据对比使用久吾高科生产的陶瓷膜管（99瓷）更换2号陶瓷膜第三组的膜组件，进行了5批次色氨酸发酵液过滤生产试验，平均生产周期缩短10小时，可减少一次洗膜。项目更换组件前更换组件后前后对比平均过滤周期52小时20小时缩短32小时起始膜通量25L/m2h65L/m2h+40L/m2h结束时通量10L/m2h40L/m2h+30L/m2h每批洗膜次数3次2次减少一次洗膜表32号陶瓷膜更换国产膜管后主要生产数据对比将2号陶瓷膜全部更换为久吾高科同规格膜管用于色氨酸发酵液过滤生产，生产运行时间大大缩短，国产陶瓷膜管替代进口陶瓷膜管用于生物发酵液澄清过滤取得成功！为邹城生物工业园色氨酸发酵液过滤设备选型提供依据。采用陶瓷膜过滤生物发酵液具有板框压滤、鼓式真空过滤、离心分离等传统方法无可比拟的优点，并能实现清洁生产：滤液品质高、收率高，减轻了后序提纯负荷；系统清洁生产，劳动力成本低；不需添加任何化学助滤剂，不带入二次污染；设备占地面积小，自动运行、稳定可靠。随着国产陶瓷膜研发、生产技术日趋成熟，完全可以替代进口陶瓷膜，国产陶瓷膜技术及装备以其高性价比，给下游的生产厂家带来了实惠，大大降低了新装备的投入及新产品的生产成本，加大了产品的市场竞争力。结论谢谢！