制药行业中大量使用的有机溶剂造成了较严重的环境污染;另一方面,药物生产中广泛采用的真空蒸发浓缩工艺,不仅能耗较高,产品纯度低,且易破坏抗菌活性,亟待开发新的分离浓缩工艺。本文即以此为工业背景,以克林霉素磷酸酯(Clindamycin Phosphate,以下简称 CLP)树脂解吸液(乙醇水溶液)作为研究对象,筛选了适合于该溶液分离浓缩的纳滤膜,进行了纳滤浓缩实验研究,系统研究了该溶液纳滤分离过程中的影响因素、传递特性与膜污染现象,建立了工业试验装置并成功运行。 首先考察了乙醇水溶液的通量和纯水通量的差异,结果表明乙醇水溶液的通量均小于纯水通量。然后通过实验,筛选出适合 CLP 乙醇水溶液浓缩分离的纳滤膜:DL 和 DK 膜,两种膜对 CLP 的表观截留率均在 99%以上,且可保持较高的通量。采用 DL 膜,系统地考察了压力、温度、切向流速和进料浓度等对 CLP乙醇水溶液纳滤膜过程的影响,并筛选出合适的操作条件。 对本实验体系,适宜的操作压力为 1.2~1.6MPa,温度为 40~50?C。切向流速对纳滤膜的通量有较大影响,宜采用较高的切向流速;进料浓度较高时,易形成膜面结晶,从而造成通量的较快下降。 纳滤浓缩实验将 CLP 乙醇水溶液由 40g/L 浓缩至 90g/L,随浓缩过程的进行,通量呈逐渐下降趋势,透过液浓度小于 0.5g/L,截留率保持在 99%以上。在此基础上,采用 DL2540 膜元件,在生产现场进行了实际料液的浓缩实验,截留率达到 99%以上。 膜样品在 65?C 的乙醇水溶液中浸泡 420 小时后,对 CLP 的截留率仍可达到96%,表现出了很好的耐溶剂性能。 对膜外传递和膜内传递进行了理论探索,建立了描述膜外传递的圆形膜池平行板间错流过滤模型—改进的 WZY 模型,实验结果表明,在进料浓度为 60g/L以下时,本文模型与实验值符合较好,而当进料浓度高于 60g/L 时,实验值比预测值略低。利用该模型对 CLP 乙醇水溶液的纳滤分离过程进行了较全面的预测,考察了压力、温度、切向流速、膜池通道的长度与缝宽等因素对过程的影响。在其它条件不变的情况下,流速越大,进料浓度越高,流道越窄、越短,浓差极化程度就越小,从而就越有利于纳滤过程;而较低的压差和较低的温度有利于保持较低的浓差极化程度。建立了描述膜内传递的 ESHPS 模型,并用来估算纳滤膜的结构参数,估算的 DL 纳滤膜的平均孔半径约为 0.6nm。对膜中传递速率的分析表明,本实验体系中,扩散传递与对流传递相比,前者起主导作用。 XPS 测试结果显示,在较低的进料浓度下膜面有微量的 CLP 存在,进一步 I<WP=4>分析表明膜与 CLP 的相互作用为较弱的物理吸附。SEM 观察结果表明,在较高的进料浓度(大于 60g/L)下,CLP 在膜面上易形成结晶。考虑到处理的是药物体系,我们采用了气液两相流冲洗和热水冲洗两种膜清洗方案,前者对于低浓度进料比较有效,后者对高浓度进料产生的膜面结晶的清洗效果较好,清洗后通量完全恢复。建立了 CLP 纳滤浓缩的工业试验装置并成功运行,膜元件为 DL8040。为期半年的运行结果表明,纳滤膜的性能稳定,对 CLP 的截留率可达到 98%。进行了 CLP 树脂解吸液纳滤浓缩工程项目的经济分析,结果表明该项目具有很好的经济效益,且社会效益和环境效益显著。