平板過(guò)濾系統(tǒng)是一種基于正壓過(guò)濾原理的實(shí)驗(yàn)室固液分離設(shè)備,通過(guò)外部壓力驅(qū)動(dòng)液體穿過(guò)濾膜實(shí)現(xiàn)高效分離。其核心構(gòu)造包含蠕動(dòng)泵、過(guò)濾器主體、濾膜支撐系統(tǒng)、泵管、密封件等部分。過(guò)濾器主體通常由上下兩部分不銹鋼殼體組成,內(nèi)部形成密閉腔體。待過(guò)濾液體通過(guò)蠕動(dòng)泵輸送,從頂部進(jìn)液口注入腔體后,在壓力作用下,液體被迫通過(guò)腔體中部放置的微孔濾膜,顆粒或微生物被截留在濾膜表面,而澄清的濾液則從底部出口流出。下面我們以圣斯特的PF2150實(shí)驗(yàn)室平板過(guò)濾系統(tǒng)為例,來(lái)逐一介紹平板過(guò)濾系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。
●蠕動(dòng)泵:通過(guò)旋轉(zhuǎn)輥輪擠壓彈性泵管,在泵管內(nèi)形成連續(xù)的正壓波,推動(dòng)液體進(jìn)入平板過(guò)濾器腔體。PF2150配置的蠕動(dòng)泵可以調(diào)節(jié)過(guò)濾速度,通過(guò)調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速,可精準(zhǔn)控制腔體內(nèi)壓力和濾速。PF2150配置的蠕動(dòng)泵采用鋁合金泵頭,表面有防腐蝕涂層,可以承受0.2Mpa左右的被壓,相較于塑料泵頭,壽命長(zhǎng),過(guò)濾效率也更高。
●泵管:一端放入待過(guò)濾液體,一端連接過(guò)濾器,中間安裝在蠕動(dòng)泵的泵頭內(nèi)。蠕動(dòng)泵管為鉑金硫化工藝的硅膠管,不易析出影響濾液。
●過(guò)濾器主體:由上下兩部分不銹鋼殼體組成,中間為過(guò)濾膜和濾膜支撐板。組裝完成后,內(nèi)部形成密閉腔體,濾液通過(guò)蠕動(dòng)泵被壓入過(guò)濾器上腔室,并在壓力作用下,通過(guò)濾膜,擠入下腔室。PF2150的過(guò)濾器采用304不銹鋼材質(zhì)制作,作為基礎(chǔ)材質(zhì),含18%鉻和8%鎳,具有良好的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度,適用于大多數(shù)水溶液、弱酸弱堿及有機(jī)溶劑,成本優(yōu)勢(shì)顯著,占市場(chǎng)主流。如需要過(guò)濾含鹽的液體,可以選擇采用316L不銹鋼材質(zhì)的型號(hào)——PF2142A,添加了2-3%鉬元素,顯著提升耐氯離子腐蝕能力,特別適用于海水分析、含鹽的濾液過(guò)濾或強(qiáng)酸環(huán)境。
●濾膜支撐板:作為過(guò)過(guò)濾濾精度的保障核心,平板過(guò)濾器和其他過(guò)濾裝置一樣,需要使用微孔過(guò)濾膜來(lái)截流濾液中的固體、顆粒物、細(xì)菌微生物等,從而達(dá)到過(guò)濾效果。但是過(guò)濾膜由于材質(zhì)的限制,本身比較脆弱,所以在PF2150的過(guò)濾器中,帶有一塊承托過(guò)濾膜的濾膜支撐片,其作用既能使液體均布通過(guò),又能確保在過(guò)濾需要的操作壓力下,而不致濾膜破損,是保障過(guò)濾有效性的重要組件。
●密封圈:PF2150的過(guò)濾器采用雙凹槽設(shè)計(jì),將硅橡膠密封圈緊密固定在上下殼體接合處。這種設(shè)計(jì)能抵抗0.3MPa的高壓,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)真空過(guò)濾的0.1MPa極限,保障了過(guò)濾器的密封效果,過(guò)濾時(shí)不會(huì)漏液。此外,除了常規(guī)的硅膠密封圈外,密封圈材質(zhì)還可以根據(jù)過(guò)濾液體性質(zhì)選擇,如過(guò)濾酸性、有機(jī)液體,還可以提供氟橡膠材質(zhì)的密封圈。
●管接口:包括進(jìn)液口、濾液出口和排氣口。進(jìn)液口采用軟管接頭,便于連接蠕動(dòng)泵;排氣口用于過(guò)濾結(jié)束后,泄壓來(lái)排出腔體空氣,避免瞬間沖入的空氣擠破濾膜。濾液出口位于過(guò)濾器底部,通過(guò)濾膜的濾液從這里流出。
板過(guò)濾器和真空抽濾裝置均用于固液分離,但兩者在原理、結(jié)構(gòu)和適用場(chǎng)景上存在顯著差異。
1.工作原理與壓力機(jī)制
平板過(guò)濾器:依賴外部主動(dòng)加壓,如蠕動(dòng)泵向密閉過(guò)濾器腔體注入正壓空氣,推動(dòng)液體穿過(guò)濾膜。壓力可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),突破大氣壓限制。更高的壓力適合于過(guò)濾量大的工況。。
真空抽濾裝置:通過(guò)真空泵抽取濾瓶?jī)?nèi)空氣形成負(fù)壓,依賴大氣壓差(≤0.1MPa)驅(qū)動(dòng)液體。壓力上限固定,無(wú)法根據(jù)需求提升,處理大量液體時(shí)過(guò)濾速度受限。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材質(zhì)選擇
平板過(guò)濾器:全不銹鋼結(jié)構(gòu)(304/316L),耐壓耐腐蝕。組件間通過(guò)卡扣或螺栓緊固,密封圈雙重凹槽設(shè)計(jì)防泄漏。適配大尺寸濾膜(最高可達(dá)400mm)。
真空抽濾裝置:玻璃主體(布氏漏斗+抽濾瓶)為主,易碎裂。砂芯濾膜基座易堵塞難清洗。分體式結(jié)構(gòu)需真空泵、軟管、濾瓶等多組件連接,占用空間大。
3.過(guò)濾效率與處理能力
在相同時(shí)間內(nèi),平板過(guò)濾器的處理量遠(yuǎn)超真空抽濾:
高通量場(chǎng)景:200mm平板過(guò)濾器在0.3MPa壓力下,水流量達(dá)0.2m3/h(即200L/h)。而真空抽濾即使用大號(hào)砂芯漏斗(如90mm),因受限于0.1MPa壓差,流量?jī)H20-30L/h29。
4 .操作便捷性與安全性
操作復(fù)雜度:真空抽濾需組裝泵、管路、濾瓶,并監(jiān)控液位防倒吸。平板過(guò)濾器只需連接泵管即可運(yùn)行,自動(dòng)將帶過(guò)濾液體擠入過(guò)濾器內(nèi),全程不需要人工倒液,甚至不需要觀察,可讓其自行工作。
安全風(fēng)險(xiǎn):玻璃真空裝置有破裂風(fēng)險(xiǎn),尤其在過(guò)濾有機(jī)溶劑時(shí)。不銹鋼平板過(guò)濾器無(wú)此隱患。
5.經(jīng)濟(jì)性與長(zhǎng)期成本
初期投入時(shí),真空抽濾裝置由于普遍采用玻璃、塑料材質(zhì),成本較低,而平板過(guò)濾器因含不銹鋼主體和專用泵,起步價(jià)一般會(huì)高于真空抽濾裝置。
但在長(zhǎng)周期使用時(shí),玻璃組件更換頻繁,存在一定的破損率,砂芯基座堵塞后難修復(fù)。平板過(guò)濾器壽命更長(zhǎng),僅需定期更換密封圈。
如上所述,實(shí)驗(yàn)室平板過(guò)濾器憑借其材質(zhì)和操作便利上的優(yōu)勢(shì),已在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮核心作用。
●生物醫(yī)藥領(lǐng)域
細(xì)胞培養(yǎng)與生物制劑:為保障細(xì)胞培養(yǎng)基的絕對(duì)無(wú)菌,需使用0.22μm孔徑濾膜進(jìn)行除菌過(guò)濾。200mm平板過(guò)濾器配合蠕動(dòng)泵,可在30分鐘內(nèi)完成50L培養(yǎng)基的過(guò)濾(傳統(tǒng)真空抽濾需4小時(shí))。同樣應(yīng)用于眼藥水、疫苗的終端除菌,符合FDA GMP規(guī)范。
血清與蛋白溶液:高蛋白含量的血清易在過(guò)濾時(shí)形成膠體堵塞膜孔。平板過(guò)濾器通過(guò)可調(diào)節(jié)壓力(0.2-0.4MPa)和150mm大膜面積,將過(guò)濾效率提升3倍。
●食品與環(huán)境分析
微生物檢測(cè):在ISO 9308-1水質(zhì)大腸桿菌檢測(cè)中,需將大量水樣(如1000mL)通過(guò)0.45μm濾膜富集微生物。德睿DERI的300mm平板過(guò)濾器配合真空泵,可一次性處理6個(gè)平行樣品,大幅提升檢測(cè)效率。
食品成分分析:食用油中懸浮雜質(zhì)檢測(cè)需正己烷溶劑預(yù)稀釋,316L不銹鋼材質(zhì)的平板過(guò)濾器可耐受溶劑腐蝕,配合聚四氟乙烯(PTFE)濾膜實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分離。
●科研與工業(yè)特殊場(chǎng)景
光刻膠凈化:半導(dǎo)體光刻膠含0.1μm級(jí)顆粒需去除,否則導(dǎo)致晶圓瑕疵。平板過(guò)濾器搭配聚砜超濾膜,達(dá)到芯片級(jí)潔凈標(biāo)準(zhǔn)。