某红霉素公司一期及二期两套纳滤运行情况分析
分析单位：
某红霉素公司
三达膜科技（厦门）有限公司
一、系统概况及数据分析
某红霉素公司一期纳滤系统共七组，配147支膜芯。二期纳滤系统共六组，配180支膜芯。要对此两套系统的运行状况进行考察，我们选择十月份整个月的统计处理量及分别间隔抽取不同批次的各个时间点的处理量等各种数据进行分析如下：
十月份一期膜系统（NFa）各组装的膜芯规格、数量、面积分别为：
NFa1：13窄间距(每支32.5平方米面积)+14宽间距(每支25.5平方米面积)，共779.5平方米NFa2：24窄间距，780平方米 NFa3：21窄间距，682.5平方米 NFa4：21窄间距，682.5平方米 NFa5：18窄间距，585平方米 NFa6：18窄间距，459平方米 NFa7：18宽间距，459平方米
总面积：147支，4553.5m2，总共7组膜中有5.5组为窄间距的膜，剩下的1.5组为宽间距膜。
NFb1：33宽间距，1072.5平方米 NFb2：3窄间距+30宽间距，862.5平方米 NFb3：30宽间距，765平方米 NFb4：30窄间距，975平方米 NFb5：27宽间距，688.5平方米 NFb6：27宽间距，688.5平方米 总面积：180支，5052m2，总共6组膜中有4组为宽间距膜，其余2组为窄间距膜。
十月份整个月数据统计了0810012-0810163批，共152批次。其中NFa共处理12769.6吨料液，NFb共处理32185.5吨料液。即NFa占28.4%，NFb占71.6%。 NFa各运行数据情况如下： 批号 时间点 进料量(吨) 高压泵压力(bar) 清洗膜组 运行膜数量 NFa 运行膜面积(平方米) 平均每支膜面积(平方米) 平均每支膜处理量（升） 通量(LMH) 10 20 30 40 16:10 10:45 10:08 7:14 16.3 18 20 17.8 20.3 21.1 17.3 13.9 1、6 2、5 4 3、5 102 105 126 108 3189 3189 3871 3286 31.26 30.37 30.72 30.43 159.8 171.4 158.7 164.8 5.11 5.65 5.17 5.42 50 60 70 80 90 100 平均
9:09 9:45 5:09 23:40 9:10 3:53 25 18 15 19.5 23 20 19.26 25 10.8 8 23.9 21.7 11.7 17.4 3、4 4、5 3、5 2、3 2、3 1 105 108 108 102 102 120 109 3189 3286 3286 3091 3091 3774 3325 30.37 30.43 30.43 30.3 30.3 31.45 30.62 238.1 166.7 138.9 191.2 225.5 166.7 177.3 7.84 5.48 4.56 6.31 7.44 5.30 5.79 NFb各运行数据情况如下： 批号 时间点 进料量(吨) 高压泵压力(bar) 清洗膜组 运行膜数量 NFb 运行膜面积(平方米) 平均每支膜面积(平方米) 平均每支膜的处理量(升) 通量（LMH） 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 平均
16:10 10:45 10:08 7:14 9:09 9:45 5:09 23:40 9:10 3:53 53.3 60 46.1 55 55 48 49 34.1 45 54.9 50 19.7 14.7 21 12.9 11.1 7.8 12 21.6 20 12.7 15.4 1、2 3 1、4 3 2、6 2、6 3 5 5 3 114 150 117 150 120 120 150 153 153 150 138 3117.5 4287 3004.5 4287 3501 3501 4287 4363.5 4363.5 4287 3899.9 27.35 28.58 25.68 28.58 29.18 29.18 28.58 28.52 28.52 28.58 28.32 467.5 400.0 394.0 366.7 458.3 400.0 326.7 222.9 294.1 366.0 363.4 17.10 14.00 15.34 12.83 15.71 13.71 11.43 7.81 10.31 12.81 12.83 从上面的统计数据可知，一期纳滤系统NFa中平均每支膜处理料液的量为177.3升，通量为5.8LMH。而二期纳滤系统NFb中平均每支膜处理料液的量为363.4升，通量为12.8LMH。基本上二期纳滤系统的处理速度是一期纳滤系统的两倍。
二、原因分析
造成两套系统处理同样的料液而速度相差较大的原因分析如下：
影响膜过滤速度的因素主要有以下几方面：料液性质、预处理情况、操作温度、操作压力、膜芯规格及老化程度状况、系统的设计差别引起的膜芯清洗恢复状况等。而这两套纳滤系统是在同时间状况下处理同样的料液，这样前面四种影响因素可以排除，就剩下后面的两种因素了。
第一因素：窄间距和宽间距膜本身的区别，窄间距的膜流道比宽间距的窄很多，料液中的脏东西颗粒物较易堵在膜流道中而不易冲走，料液也较易污染膜，使膜的实际过滤面积大大减少，膜受到污染而使膜通量下降较快较厉害。从设备的运行数据上来看，并不是膜面积越大设备的处理能力越大，窄间距膜芯的膜面积比宽间距的膜芯大，但是在处理红霉素的
物料时，可能处理能力反而不如宽间距的膜芯。而目前一期纳滤NFa的七组膜中有五组半均为窄间距的膜芯，占了80%的膜芯均为窄间距膜。而二期纳滤NFb的六组膜中只有两组为窄间距膜，占了33%的膜芯为窄间距膜。这样一期的纳滤NFa的膜芯比二期纳滤NFb的膜芯走料时被污染的速度会快一倍，这是个较重要的原因。
提取车间很早也就发现了这个现象，并得出了这个结论，所以从今年初就开始平均每个月更换上的膜芯均为宽间距的膜芯，从此不再采购窄间距的膜芯了。
第二因素：膜表面流速不同导致膜污染及清洗效果不同，目前这两套系统在设计上绝大部分的设计参数、配置及选型都一样，唯一不同的是设计的每支膜管的进料流量不同。一期纳滤NFa每支膜管设计的进料流量为13吨/小时，而二期纳滤NFb的每支膜管设计的进料流量为17吨/小时。这两种不同的设计参数均为制作膜的膜公司提供的膜的设计参数范围之内，一般要求在8—25范围之内，可根据料液的性质及污染情况来选择合适的值（在保证膜芯隔网不被冲出的情况下，进料流量越大，对污染的冲刷效果越好，但花费的电的能耗越大）。这样二期NFb各组循环管路上配的循环泵的流量也比一期NFa的循环泵的流量大。在清洗时，循环泵的较大的流量产生较大的力在膜的表面进行冲刷，把膜表面上覆盖上的浓差极化层冲散带走，膜清洗效果较好，膜的污染也较易恢复。表现为NFb中的膜芯比NFa中膜芯清洗较易恢复。这样在两套系统同样的清洗时间下，NFb比NFa洗得较干净，清洗后投入过滤料液时过滤速度也较快。从实际生产中也可常发现，NFb中经常有许多膜芯的支撑层会被大流量的力冲刷凸出来，而NFa中却很难能看到这种现象。
三、改善方案
从上述的两种影响原因得出的整改方案如下（从简单到复杂、从易到难、从投资小到大、从范围小到广排序）：
一、
两套系统上以后换上新膜时，全用上宽间距的膜，不再采购窄间距的膜，因窄间距的膜芯不适合用于这种较脏的红霉素发酵滤液的高倍浓缩。
二、
鉴于单支进膜流量设计上的差异原因，同样的清洗时间下NFa的清洗效果不如NFb。我们建议每次清洗时，对于NFa系统的膜芯需要延长一定长度的清洗的时间以达到较好的膜芯通量恢复效果。过料及清洗时循环泵的变频器均要打50Hz的满频，整个清洗要在较低的压力（压力越低时泵产生的流量越大）下进行清洗，以便尽最大的能力来产生最大的进膜流量来清洗冲刷污染物。
三、
目前NFa的过料及清洗均打满频，而NFb循环泵设计时还留有的余量较大，一般打到36Hz的频率时就可产生17吨/小时的进膜流量，所以到打满频还有
28%的增加进膜流量的空间。建议从NFa的每组膜堆中各移2至3支膜管到NFb的各组膜堆中去，这样既可保证NFb仍然能按17吨/小时的进膜流量来运行，同时却大大增加了NFa中各膜的进料流量也能达17吨/小时的进膜流量。
四、
若不想改变NFb目前这样较佳的过滤状态的话，那只有对NFa进行改造了。现在NFa的循环泵的流量为100m3/h左右，循环管径为DN100。
要想把每支膜的进膜流量增加到17吨/小时以上，可以减少每台组件的膜管的数量，每台组件只安装6支膜管，并逐渐更换成宽间距膜芯。虽然可能膜的数量减少了，但是由于膜表面流速增加，抗污染能力加强，设备处理能力仍可能达到现在一样的水平。
如果不减少膜管数量的话，则必须把各组膜堆的循环泵流量加大。而且现有的管路DN100将无法满足要求，需要改成DN150，同时自动高压球阀也需要更换成DN150。这样改动有：1.循环泵全部更换，且变频器也需要全部更换；2.组件循环管路全部重新制造成DN150；3.组件的高压气动球阀全部换成DN150；4.组件内换热器的尺寸也是DN100的，需要更改成DN150；5.膜堆的主管路需要更改成DN150。这样改造后，再增加一些膜管，则设备处理能力应该和二期NFb设备相当，但是设备的改造量非常之大，基本上相当于重新制造一台新设备。另外，一楼的空间非常狭窄，加大后的泵和管路可能无法摆下，而且设备框架可能也需要改造加宽。因此本方案性价比不高，需要慎重考虑。
2008年11月21日
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