过滤工艺及设备（1）--颗粒过滤器
又到诺贝尔开奖的时间了，毫不例外，没有中国的，自然也没有诸位也没有我。张玉蛟教授总结说：1、 近70%的获奖者来自米国；2、近70%的米国获奖者出生于外国（非美国出生）。他反问，是什么吸引了人才去米国？......他们到底做对了什么？反观我们的学术带头人，在破解“钱学森之问”时，不是反思我们做错了什么，而是直接来一招，打鸡血。
大道理，我们也不懂，我们知道脚踏实地比大放厥词要来得靠谱。我们从之前有提到的某工厂下游提纯工艺失败的案例来展开吧。从氨基酸发酵工业信息来看，下游提取路线，基本上，大同小异，好像都差不多，但是，为什么在主线工艺清晰的情况下，这些工厂设计者、建设者依然没办法实现工业化生产呢？究其原因，一是对下游工艺路线重视程度不足、相应的工艺工程理论学习的不够，导致在工艺路线设计、选择上的知识储备不足；二是没有认识到国内相应的下游工程技术上的水平，参差不齐，而偏偏，业主又过分依赖设计单位和设备制造厂商，以致埋雷。
上图是发酵后的提取纯化路线的通用方法示意图，告诉了大家一个基本的选择路径。我们的文章也有一篇类似的“下游工艺的优化选择”，大概也是告知大家提取纯化的重要性和工艺路线的选择。但是每一个路径下的方法种类，只不过是其中的一大类，里面还有很多设备种类，而作为甲方，很有必要对这些细分种类进行甄别、选择，而不是人云亦云。这样，才是对项目，对投资者最负责任的态度。那我们从这篇开始，就来学习整理相关的下游工艺知识，这篇说的是以颗粒过滤为主的知识。
那什么是过滤呢？过滤是一种物理分离过程，使用具有复杂结构、只有流体可以通过的过滤介质从混合物中分离固体物质和流体，这里的流体，可以是气体，也可以是液体。过滤是一个很大的议题，它属于分离技术的一部分，针对下游工艺来说，过滤更多的是指液液或者固液分离。这里，我们先根据过滤粒径大小，先说颗粒过滤。
一、颗粒过滤
颗粒过滤（particle filtration）是大家常见的一种过滤型式，从上图可以看出，颗粒过滤，大概指的是1μm以上的过滤直径。我们在这里介绍它，原因有二，一是像一些酵母菌比较大，可能还堪一用；二是增加一些过滤介质，有时候也可以实现过滤的效果。而根据滤液的驱动力情况，主要有四种类型，分别为：重力、真空、压力和离心力，所以，我们这里，也会说到离心机的型式。
1、常见的预过滤器
这里用的名字预过滤器（strainer）只不过避免和后面的产生歧义。过滤器的分类本来就不是定式，这里，我们按一般常见的过滤器型式和其它过滤器型式，单独分开，以便利于理解而已。
A、篮式过滤器：篮式过滤器（Basket strainer）是可以说是过滤器中见得最多的一个型式；
B、Y型过滤器：Y型过滤器(Y-strainer)通常使用由金属丝网制成的过滤元件去除不需要的颗粒，一般应用于管道中，所以，也属于管道过滤器之一；
C、T型过滤器：T型过滤器(T-strainer)和Y型过滤器一样，也常是管道过滤器的一种。
2、袋式过滤器
大多数袋式过滤器（Bag Filter）使用由机织或毡制织物制成的长圆柱形袋作为过滤介质，应用在气体过滤上的袋式除尘器是比较常见类似的例子，但那个英文叫做Baghouse，可能略有所指。应用在液体过滤的袋式过滤器，比如奶茶、糖浆的过滤、胶水的过滤等等。其性能根据过滤织物的性能，会有不同的目的和效果。
3、滤筒式过滤器
滤筒式过滤器（Cartridge filter）国内有叫滤芯式过滤器或芯式过滤器的，它和其它过滤器的区别在于使用了整体的滤芯式的过滤介质，增加了过滤的面积和过滤的深度。气体过滤里面，用的就是滤筒式过滤器，而液体过滤里面的应用也很广泛，比如水、化妆品、酒类等等，而其中的无菌过滤器由于其过滤精度更高，在发酵和制药领域也有应用。
滤筒式过滤中，有些采用了类似金属、陶瓷等的烧结滤芯的型式，这样从外形上来看，有些像蜡烛，有些像曲棍球，于是就有了烛式过滤器（Candle filter）和板球过滤器（Cricket filter）等的一些专属名称。烛式过滤器，在之前“下游工艺的优化选择”文章里面，有放它的工作原理视频，有兴趣的可以看看原理，可以倒查下。
4、盘式过滤器
盘式过滤器（Disc filter）有卧式的也有立式的，国内叫叶式过滤器（Leaf filter），也有叫叠片式过滤器（Stacked disc filter）的，但不管如何，它们都是使用滤盘作为过滤介质，只不过滤盘的形状有些不同罢了。盘式过滤器在有限的空间，增加了过滤面积，并增加了承压能力，提高了过滤效果。由于其中某些过滤器，也可以达到0.2微米的过滤精度，所以，它也可以作为无菌过滤器使用。
5、筛网过滤器
筛网过滤器（Screen）也算是一个大类，筛网过滤器的特点是过滤介质由穿孔板、编织线或楔形线棒制成，通常具有较粗的孔径，一般也是作为预过滤器使用。这种筛网过滤器常见的应用比如蔬果筛选、泵前保护、成品除杂等。像国内叫的曲筛（HydraSieve）或者叫重力筛，污水处理用的比较多的倾斜条形筛网（raked bar screen），还有转鼓筛（Rotary drum screen）都是筛网过滤器。
除了上面的筛网过滤器之外，这里单独再说2个也是应用较为广泛的过滤器：
A、转刷过滤器
转刷过滤器也有叫旋刷过滤器（Rotary brush strainer）这种过滤器叫stainer，外文把它归到了篮式过滤器连续运行的一类。但是，从实际来说，它用的更多的是筛网，所以，老沙弥把它归到这里来。转刷过滤器有个好处，通过刷子不停的对过滤面清除，实现连续过滤的功能，而不至于过早堵塞。
B、振动筛过滤器
振动筛过滤器（Vibratory screen）可以是水平的，也可以是倾斜的，它通过电机制造类似的往复运动，使得流体在流动过程，实现筛分的目的。而旋转振动过滤器更多的被成为旋转筛（Gyratory screen），因为它使得筛子上的颗粒进行圆周运动，进而实现筛分结果。这些过滤器在固体颗粒可能见得多些，但是，在液固分离，也有应用。
在这篇里，我们大概总结一下：
1、这篇文章，可能很浅显，但是对于很多工程技术人员来说，他们可能连看都没看到过，更别提用过。这里增加下大家的总体认知，避免被王婆们带到沟里去了；
2、这里没有提具体的优缺点和选型设计参考。主要是考虑事情总要循序渐进，而且，这些选型，更多的结合一些使用经验来说的，很多初学者并没有这方面的经验，而且，国内质量参差不齐，同是一样东西，用户体验差异很大，所以，暂时搁置，待以后有机会，再深入探讨；
3、针对生物工程领域，对于这篇提到的无菌过滤器，很多都是一次性的过滤介质，当达到它的过滤极限时，基本都是一次性使用，直接更换就好了。
注：上面关于过滤器的知识，我们也只能简单说个一二，我们希望，大家可以系统的看看过滤器方面的经典书籍和系统总结，比如《过滤器和过滤手册(第6版)》或者《膜技术和应用（第2版）》等等。
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