CN114534495A - 一种医药分离用滤膜及其过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医药分离用滤膜及其过滤装置，滤膜，包括微滤膜和超滤膜，微滤膜包括碳纤维层以及分别反向螺旋状包裹在碳纤维层表面的碳纤维层；超滤膜包括玻璃纤维层以及第二聚四氟乙烯层，玻璃纤维内设有带活性炭的中空腔，玻璃纤维的表面设有凹槽和通道；过滤装置包括过滤箱体，过滤箱体内设有装进料口的内箱体，内箱体内设有相互连接且可上下移动的调节箱和环形密封筒，调节箱的两内侧均设有调节齿条，两个调节齿条之间设有调节齿轮，内箱体的壁面上设有与环形密封筒配合密封的多个流通孔；内箱体的外部设有带微滤膜的内筒体，内筒体的外部设有带超滤膜的外筒体。本发明具有稳定性和过滤效果佳、不易堵塞膜孔、减少浓差极化现象的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种过滤膜，特别是一种医药分离用滤膜及其过滤装置。
背景技术
膜分离技术具有常温连续操作、无化学变化、无相态变化、选择性高、适应性强、高效节能、无二次污染、可直接放大、工艺简单等优点，在某些现代制药行业尤其是中药生产中可代替传统的醇沉、浓缩、萃取、吸附等工艺过程，相对传统的分离纯化浓缩技术具有无可比拟的优势，在中药生产与中成药的加工中显示出了巨大的潜力，对提高医药制剂中有效成分含量、提高药品澄清度、延长储存时间，杂质、细菌和热源的绝对去除效率高、有利于提高生产效率、减少服用量、降低环境污染等方面均起到了积极作用。
目前，国外在制药和医疗上常用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透以及气体分离等。各种膜过滤具有不同的分离机理，可适用于不同的对象和要求。用于制药行业的微滤和超滤膜材料又分有机材料和无机材料两类。有机材料有纤维素酯类、聚砜、聚丙烯等，无机材料包括金属、陶瓷、金属氧化物、玻璃、沸石等。
但是虽然膜分离技术具有许多独特的优点，但在制药行业的应用过程中还存在以下几个方面的主要问题：
1)现有微滤、超滤膜产品的孔径大小均匀性较差、且孔径分布宽、在大冲击力的作用下容易变形，稳定性和过滤效果还需要进一步提高；
2)在医药的分离纯化方面尤其是中药的制取过程中的提取液黏度大、大分子杂质含量多，极易在膜产品表面形成较大的过滤层导致堵塞膜孔，形成膜污染，引起膜过滤通量锐减，极大地影响膜的使用周期和寿命。
3)膜分离过程中，在溶液与膜的界面上浓度浓度超过主体溶液的溶度时，产生的的界面与主体液之间的浓度梯度，引起溶质从界面向主体液扩散，从而导致通透量的减少，造成浓差极化，极大地影响膜的截留性能和过滤通量，极大地影响膜的使用周期和寿命。
因此，现有的用于医药的分离纯化的过滤膜，存在稳定性和过滤效果有待提高、容易堵塞膜孔、容易造成浓差极化现象的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种医药分离用滤膜及其过滤装置。本发明具有稳定性和过滤效果佳、不易堵塞膜孔、减少浓差极化现象的特点。
本发明的技术方案：一种医药分离用滤膜，包括微滤膜和超滤膜，所述微滤膜包括碳纤维层以及热压在碳纤维层两侧面的第一聚四氟乙烯层，两个第一聚四氟乙烯层分别反向螺旋状包裹在碳纤维层的表面；所述超滤膜包括相互复合的玻璃纤维层以及第二聚四氟乙烯层，玻璃纤维层由若干玻璃纤维交错构成，玻璃纤维的内部设有中空腔，中空腔内设有活性炭，玻璃纤维的表面设有凹槽以及与中空腔相连通的通道。
前述的一种医药分离用滤膜中，所述玻璃纤维层上与第二聚四氟乙烯层相贴合的一面设有上齿纹，第二聚四氟乙烯层上与玻璃纤维层相贴合的一面设有与上齿纹相啮合的下齿纹。
前述的一种医药分离用滤膜中，所述第一聚四氟乙烯层和第二聚四氟乙烯层的聚四氟乙烯纤维上均分布有若干凸起的微球，微球表面设有微孔。
前述的一种医药分离用滤膜中，所述碳纤维为中空结构，碳纤维的空腔内设有弹性纤维。
采用上述的医药分离用滤膜的过滤装置，包括过滤箱体，过滤箱体内设有内箱体，内箱体上设有进料口，内箱体内设有与内箱体上下滑动连接的调节箱和环形密封筒，调节箱和环形密封筒之间经调节杆连接，调节箱的两内侧均设有调节齿条，两个调节齿条之间设有调节齿轮，调节齿轮上设有与一侧的调节齿条相啮合的啮合齿，调节齿轮经驱动电机驱动，内箱体的壁面上设有与环形密封筒配合密封的多个流通孔；内箱体的外部设有内筒体，内筒体的外部设有外筒体，内筒体上设有微滤膜，外筒体上设有超滤膜。
前述的过滤装置中，所述内筒体和外筒体均包括主体部，主体部的圆周面上均设有若干过滤槽，过滤槽上可拆卸安装有过滤组件，过滤槽的内侧壁上设有安装槽，安装槽处设有一对与主体部上下滑动连接的夹板，过滤组件包括过滤膜，过滤膜采用微滤膜或者超滤膜，过滤膜的边沿包覆有密封边，过滤膜的密封边伸入到安装槽内经夹板夹持固定。
前述的过滤装置中，所述夹板包括部分伸入到安装槽内的固定板，固定板的内侧设有夹持过滤膜的保护垫，两个固定板之间经连接杆活动连接，连接杆的外部套设有拉伸弹簧，拉伸弹簧的两端分别与固定板连接，安装槽处位于固定板的外侧设有限位块，限位块上设有第一倾斜面，固定板上设有与第一倾斜面相适配的第二倾斜面，当夹板沿着限位块向外移动时，两个夹板之间的距离变大。
前述的过滤装置中，所述驱动电机经传动轴与调节齿轮连接，内筒体的底部设有驱动内筒体转动的转动轴，传动轴经齿轮组与转动轴配合联动。
前述的过滤装置中，所述齿轮组包括安装在传动轴上的主动锥齿轮，主动锥齿轮上啮合有被动锥齿轮，被动锥齿轮上连接有连接轴，连接轴上设有传动齿轮，转动轴上设有被动齿轮，被动齿轮与传动齿轮联动连接。
前述的过滤装置中，所述过滤箱体的顶部设有升降气缸，外筒体上设有与升降气缸连接的升降架，内箱体与过滤箱之间形成密封的冲洗腔体，升降气缸用于将外筒体提升到冲洗腔体内，冲洗腔体内设有用于冲洗提升到冲洗腔体内的外筒体的冲洗喷头。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明设置的微滤膜，将碳纤维置于两个第一聚四氟乙烯层之间，作为微滤膜的骨架，使得微滤膜整体结构强度高、不易变形，能够承受较大的冲击力；且两个第一聚四氟乙烯层呈螺旋状包覆在碳纤维层的表面，能够承受较大的离心力，更适合安装在离心旋转的过滤装置上，稳定性好；
超滤膜中采用的玻璃纤维由于中空腔、凹槽和通道的设计，使得玻璃纤维本身具有一定的阻拦、吸附作用；再由玻璃纤维层进行表面吸附，再经第二聚四氟乙烯层进行表面吸附，从而大大提高了超滤膜的吸附容量、吸附能力和吸附效果，延长使用寿命；
采用微滤膜和超滤膜的过滤装置，使用时，将待过滤的过滤液从进料口进入到内箱体中，经流通孔进入到内筒体内经微滤膜过滤；然后再进入到外筒体内经超滤膜过滤；驱动电机经传动轴带动调节齿轮转动，调节齿轮转动的过程中来回拨动调节箱内的调节齿条，从而带动调节箱和环形密封筒上下移动，环形密封筒上下移动的过程中，对内箱体上的通孔进行部分遮盖、全部遮盖和全部不遮盖的不断变化，从而调整过滤液经过通孔进入到内筒体的流通量，从而实现变速变量的出液情况，调整过滤膜附近的速度分布，减少浓差极化现象，去除浓度临界层的厚度；
同时驱动电机还通过齿轮组带动转动轴转动，从而带动内筒体转动，使得内筒体实现旋转式的过滤，利用旋转的离心力产生涡流，提高过滤液中的溶质的扩散分布度，使得过滤液中的溶质能够充分混合过滤，提高过滤效果，并产生过滤面的剪切速度，保证膜过滤的通透量；
还可以根据过滤需求，调整外筒体的位置，从而实现单一的微滤膜过滤以及微滤膜和超滤膜复合过滤的两种过滤模式，满足不同需求。
附图说明
图1是本发明的微滤膜结构示意图；
图2是本发明的超滤膜结构示意图；
图3是碳纤维的结构示意图；
图4是玻璃纤维的结构示意图；
图5是聚四氟乙烯纤维的结构示意图；
图6是过滤装置的结构示意图；
图7是过滤组件的结构示意图；
图8是夹板的结构示意图；
图9是齿轮组的结构示意图。
附图中的标记为：1、微滤膜；11、碳纤维层；12、第一聚四氟乙烯层；13、碳纤维；14、弹性纤维；2、超滤膜；21、玻璃纤维层；211、上齿纹；22、第二聚四氟乙烯层；23、玻璃纤维；24、中空腔；25、活性炭；26、凹槽；27、通道；28、聚四氟乙烯纤维；281、微球；282、微孔；3、过滤箱体；31、内箱体；311、进料口；32、调节箱；33、环形密封筒；34、调节杆；35、调节齿条；36、调节齿轮；37、流通孔；4、内筒体；5、外筒体；52、主体部；53、过滤槽；54、安装槽；55、夹板；551、固定板；552、保护垫；553、连接杆；554、拉伸弹簧；555、限位块；556、第一倾斜面；557、第二倾斜面；56、过滤膜；57、密封边；61、驱动电机；62、传动轴；63、转动轴；64、主动锥齿轮；65、被动锥齿轮；66、连接轴；67、传动齿轮；68、被动齿轮；71、升降气缸；72、升降架；73、冲洗腔体；74、冲洗喷头。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：
如图1-图5所示，一种医药分离用滤膜，包括微滤膜1和超滤膜2，所述微滤膜1包括碳纤维层11以及热压在碳纤维层11两侧面的第一聚四氟乙烯层12，两个第一聚四氟乙烯层12分别反向螺旋状包裹在碳纤维层11的表面；所述碳纤维13为中空结构，碳纤维13的空腔内设有弹性纤维14。微滤膜1的膜孔径范围为0.1～5μm；
设置的微滤膜1将碳纤维13置于两个第一聚四氟乙烯层12之间，作为微滤膜1的骨架，使得微滤膜1整体结构强度高，碳纤维13为中空结构，并在中空腔内设置弹性纤维14，提高微滤膜1的长时形态保持性能，能够承受较大的冲击力，稳定性好，防止长时间的使用而导致变形而影响过滤效果；且两个第一聚四氟乙烯层12呈螺旋状包覆在碳纤维层11的表面，能够承受较大的离心力，更适合安装在离心旋转的过滤装置上。
所述超滤膜2包括相互复合的玻璃纤维层21以及第二聚四氟乙烯层22，玻璃纤维层21由若干玻璃纤维23交错构成，玻璃纤维23的内部设有中空腔24，中空腔24内设有活性炭25，玻璃纤维23的表面设有凹槽26以及与中空腔24相连通的通道27。超滤膜2为非对称多孔膜，孔径为2～50nm。
超滤膜2中采用的玻璃纤维23由于中空腔24、凹槽26和通道27的设计，使得玻璃纤维23本身具有一定的阻拦、吸附作用，且强度高；待玻璃纤维23表面吸附完成后，进一步由各个玻璃纤维23组成的玻璃纤维层21进行表面吸附，再进一步经过第二聚四氟乙烯层22进行表面吸附，从而大大提高了超滤膜2的吸附容量、吸附能力和吸附效果，延长使用寿命。
所述玻璃纤维层21上与第二聚四氟乙烯层22相贴合的一面设有上齿纹211，第二聚四氟乙烯层22上与玻璃纤维层21相贴合的一面设有与上齿纹211相啮合的下齿纹。通过上齿纹211和下齿纹的结构设计，使得玻璃纤维层21与第二聚四氟乙烯层22贴合更加紧密、牢固，长时使用稳定性好。
所述第一聚四氟乙烯层12和第二聚四氟乙烯层22的聚四氟乙烯纤维28上均分布有若干凸起的微球281，微球281表面设有微孔282。该设计增加第一聚四氟乙烯层12和第二聚四氟乙烯层22的微孔结构，提高过滤效果，并使微孔的孔径均一。
如图6-图9所示，采用上述医药分离用滤膜的过滤装置，包括过滤箱体3，过滤箱体3内设有内箱体31，内箱体31上设有进料口311，内箱体31内设有与内箱体31上下滑动连接的调节箱32和环形密封筒33，调节箱32和环形密封筒33之间经调节杆34连接，调节箱32的两内侧均设有调节齿条35，两个调节齿条35之间设有调节齿轮36，调节齿轮36上设有与一侧的调节齿条35相啮合的啮合齿，调节齿轮36经驱动电机61驱动，内箱体31的壁面上设有与环形密封筒33配合密封的多个流通孔37；内箱体31的外部设有同心分布的内筒体4，内筒体4的外部设有同心分布的外筒体5，内筒体4上设有微滤膜1，外筒体5上设有超滤膜2。
所述内筒体4和外筒体5均包括主体部52，主体部52的圆周面上均设有若干过滤槽53，过滤槽53上可拆卸安装有过滤组件，过滤槽53的内侧壁上设有安装槽54，安装槽54处设有一对与主体部52上下滑动连接的夹板55，过滤组件包括过滤膜56，过滤膜56采用微滤膜1或者超滤膜2，过滤膜56的边沿包覆有密封边57，过滤膜56的密封边57伸入到安装槽54内经夹板55夹持固定。将过滤膜56的密封边57伸入到安装槽54内，经夹板55夹持固定，方便对过滤膜56进行更换，且不容易损坏过滤膜56。
所述夹板55包括部分伸入到安装槽54内的固定板551，固定板551的内侧设有夹持过滤膜56的保护垫552，两个固定板551之间经连接杆553活动连接，连接杆553的外部套设有拉伸弹簧554，拉伸弹簧554的两端分别与两侧的固定板551连接，安装槽54处位于固定板551的外侧设有限位块555，限位块555上设有第一倾斜面556，固定板551上设有与第一倾斜面556相适配的第二倾斜面557，当夹板55沿着限位块555向外移动时，两个夹板55之间的距离变大。通过向外侧推动夹板55，使得夹板55沿着第一倾斜面556和第二倾斜面557的路径移动，从而使得两个夹板55之间的距离自动拉长，从而减弱对过滤组件的夹持作用，使得过滤组件可以轻松取下，操作简单方便。
所述驱动电机61经传动轴62与调节齿轮36连接，内筒体4的底部设有驱动内筒体4转动的转动轴63，传动轴62经齿轮组与转动轴63配合联动。
所述齿轮组包括安装在传动轴62上的主动锥齿轮64，主动锥齿轮64上啮合有被动锥齿轮65，被动锥齿轮65上连接有连接轴66，连接轴66上设有传动齿轮67，转动轴63上设有被动齿轮68，被动齿轮68与传动齿轮67联动连接。
所述过滤箱体3的顶部设有升降气缸71，外筒体5上设有与升降气缸71连接的升降架72，内箱体31与过滤箱之间形成密封的冲洗腔体73，升降气缸71用于将外筒体5提升到冲洗腔体73内，冲洗腔体73内设有冲洗提升到冲洗腔体73内的外筒体5上的超滤膜2的冲洗喷头74。
工作原理：
使用时，将待过滤的过滤液从进料口311进入到内箱体31中，经流通孔37进入到内筒体4内受到微滤膜1的过滤；然后再进入到外筒体5内受到超滤膜2的过滤；期间，驱动电机61经传动轴62带动调节齿轮36转动，调节齿轮36转动的过程中来回拨动调节箱32内的调节齿条35，从而带动调节箱32和环形密封筒33上下移动，环形密封筒33上下移动的过程中，对内箱体31上的通孔进行部分遮盖、全部遮盖和全部不遮盖的不断变化，从而调整过滤液经过通孔进入到内筒体4的流通量，从而实现变速变量的出液情况，调整过滤膜56附近的速度分布，减少浓差极化现象，去除浓度临界层的厚度，减少膜孔堵塞情况，增加过滤膜56的使用寿命；
同时驱动电机61还通过齿轮组带动转动轴63转动，从而带动内筒体4转动，使得内筒体4实现旋转式的过滤，利用旋转的离心力产生涡流，提高过滤液中的溶质的扩散分布度，并产生过滤面的剪切速度，使得过滤液不易在过滤膜表面形成较大的过滤层，不易堵塞膜孔，减少浓差极化现象，保证过滤膜的过滤通量，延长过滤膜56的使用周期和寿命
还可以根据实际过滤需求、所需过滤的分子大小，选取不同的孔径、类型的滤膜进行操作，将外筒体5进行升降，从而实现单一的微滤膜1过滤以及微滤膜1和超滤膜2复合过滤的两种过滤模式，满足不同需求；且当外筒体5被升降气缸71提升到冲洗腔体73内时，还可以通过冲洗喷头74进行反冲洗，通过出水管将冲洗的杂质排出，从而实现对外筒体5的清洗，保证膜通量，从而实现不间断的大规模应用。
Claims (10)
1.一种医药分离用滤膜，其特征在于：包括微滤膜(1)和超滤膜(2)，所述微滤膜(1)包括碳纤维层(11)以及热压在碳纤维层(11)两侧面的第一聚四氟乙烯层(12)，两个第一聚四氟乙烯层(12)分别反向螺旋状包裹在碳纤维层(11)的表面；所述超滤膜(2)包括相互复合的玻璃纤维层(21)以及第二聚四氟乙烯层(22)，玻璃纤维层(21)由若干玻璃纤维(23)交错构成，玻璃纤维(23)的内部设有中空腔(24)，中空腔(24)内设有活性炭(25)，玻璃纤维(23)的表面设有凹槽(26)以及与中空腔(24)相连通的通道(27)。
2.根据权利要求1所述的一种医药分离用滤膜，其特征在于：所述玻璃纤维层(21)上与第二聚四氟乙烯层(22)相贴合的一面设有上齿纹(211)，第二聚四氟乙烯层(22)上与玻璃纤维层(21)相贴合的一面设有与上齿纹(211)相啮合的下齿纹。
3.根据权利要求1所述的一种医药分离用滤膜，其特征在于：所述第一聚四氟乙烯层(12)和第二聚四氟乙烯层(22)的聚四氟乙烯纤维(28)上均分布有若干凸起的微球(281)，微球(281)表面设有微孔(282)。
4.根据权利要求1所述的一种医药分离用滤膜，其特征在于：所述碳纤维(13)为中空结构，碳纤维(13)的空腔内设有弹性纤维(14)。
5.采用上述任一权利要求1-4所述的医药分离用滤膜的过滤装置，其特征在于：包括过滤箱体(3)，过滤箱体(3)内设有内箱体(31)，内箱体(31)上设有进料口(311)，内箱体(31)内设有与内箱体(31)上下滑动连接的调节箱(32)和环形密封筒(33)，调节箱(32)和环形密封筒(33)之间经调节杆(34)连接，调节箱(32)的两内侧均设有调节齿条(35)，两个调节齿条(35)之间设有调节齿轮(36)，调节齿轮(36)上设有与一侧的调节齿条(35)相啮合的啮合齿，调节齿轮(36)经驱动电机(61)驱动，内箱体(31)的壁面上设有与环形密封筒(33)配合密封的多个流通孔(37)；内箱体(31)的外部设有内筒体(4)，内筒体(4)的外部设有外筒体(5)，内筒体(4)上设有微滤膜(1)，外筒体(5)上设有超滤膜(2)。
6.根据权利要求1所述的一种过滤装置，其特征在于：所述内筒体(4)和外筒体(5)均包括主体部(52)，主体部(52)的圆周面上均设有若干过滤槽(53)，过滤槽(53)上可拆卸安装有过滤组件，过滤槽(53)的内侧壁上设有安装槽(54)，安装槽(54)处设有一对与主体部(52)上下滑动连接的夹板(55)，过滤组件包括过滤膜(56)，过滤膜(56)采用微滤膜(1)或者超滤膜(2)，过滤膜(56)的边沿包覆有密封边(57)，过滤膜(56)的密封边(57)伸入到安装槽(54)内经夹板(55)夹持固定。
7.根据权利要求6所述的一种过滤装置，其特征在于：所述夹板(55)包括部分伸入到安装槽(54)内的固定板(551)，固定板(551)的内侧设有夹持过滤膜(56)的保护垫(552)，两个固定板(551)之间经连接杆(553)活动连接，连接杆(553)的外部套设有拉伸弹簧(554)，拉伸弹簧(554)的两端分别与固定板(551)连接，安装槽(54)处位于固定板(551)的外侧设有限位块(555)，限位块(555)上设有第一倾斜面(556)，固定板(551)上设有与第一倾斜面(556)相适配的第二倾斜面(557)，当夹板(55)沿着限位块(555)向外移动时，两个夹板(55)之间的距离变大。
8.根据权利要求1所述的一种过滤装置，其特征在于：所述驱动电机(61)经传动轴(62)与调节齿轮(36)连接，内筒体(4)的底部设有驱动内筒体(4)转动的转动轴(63)，传动轴(62)经齿轮组与转动轴(63)配合联动。
9.根据权利要求8所述的一种过滤装置，其特征在于：所述齿轮组包括安装在传动轴(62)上的主动锥齿轮(64)，主动锥齿轮(64)上啮合有被动锥齿轮(65)，被动锥齿轮(65)上连接有连接轴(66)，连接轴(66)上设有传动齿轮(67)，转动轴(63)上设有被动齿轮(68)，被动齿轮(68)与传动齿轮(67)联动连接。
10.根据权利要求1所述的一种过滤装置，其特征在于：所述过滤箱体(3)的顶部设有升降气缸(71)，外筒体(5)上设有与升降气缸(71)连接的升降架(72)，内箱体(31)与过滤箱之间形成密封的冲洗腔体(73)，升降气缸(71)用于将外筒体(5)提升到冲洗腔体(73)内，冲洗腔体(73)内设有用于冲洗提升到冲洗腔体(73)内的外筒体(5)的冲洗喷头(74)。
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