過濾是分離純化過程中重要的操作步驟之一,對最終產品的純度和收率至關重要。濁度是監測過濾性能的直接指標,通過在線濁度監測可以實時反映濾液中“顆粒物”的含量和雜質的相關信息。
對生產過程而言,在線濁度監測一方面提升生產過程的自動化程度,減少人工取樣測量工作量,提升生產效率和良率。另一方面,通過實時的數據收集,優化過程和工藝參數。
例如,在板框過濾的過程中,初始階段濾餅形成的同時濁度值不斷降低,通過在線濁度可以判斷產品何時符合質量要求、濾布是否發生穿透等情況,并進行自動化生產。
在細胞收獲液澄清時采用的深層過濾,為防止對后續除菌濾器及層析工藝等造成過大負荷,大多對濾出液濁度要求小于20NTU。深層過濾中載量也是一個重要的指標,膜包進出口壓差是衡量載量簡單易用的指標之一。然而,壓差是一個間接的指標,無法判斷濾液質量是否真正符合要求。
相對于壓力檢測的方法,濁度則更直觀。實際操作中,取決于流量和介質種類,壓力上升時,濁度值可能仍然較低,此時以壓力指標作為過濾終點會造成膜包耗材的浪費。相反,對于濁度明顯上升而壓力值仍然較低的情況,以壓力指標作為過濾終點會造成濾液中雜質含量超標。而對于膜包逐漸破損的情況,在發生微小的滲透時,壓差不會出現明顯的變化,濁度則可以檢測到這些“偷偷穿透的顆粒”。
基于散射-透射比值法的濁度傳感器
濁度測量通常基于散射、透射(吸收)、或散射-透射比值法三種原理。
實際上,單純使用吸收或散射的方法,時常受到介質顏色、氣泡等因素的干擾;基于散射-透射比值法測量濁度可有效減少相關因素干擾,這是因為散射光強度和透射光強度在干擾因素發生時會有同步的變化,二者的比值可以補償干擾因素造成的誤差。
散射濁度一般選擇前向、側向及背向的散射角,以90°散射濁度為例,其數值大小為90°散射光強度和透射光強度的比值。
散射-透射比值法濁度測量原理示意圖
雙角度濁度+色度的緊湊型設計
梅特勒托利多InPro86X0ie濁度傳感器基于比值法測量原理,可提供雙角度濁度和色度檢測,同時測量側向90°和前向25°濁度值,及色度值。
圖為InPro86X0ie濁度傳感器
值得注意的是,不同尺寸的顆粒物在不同散射方向上的信號強度不同。一般而言,隨著顆粒物直徑接近、超過檢測波長,前向散射光的強度將會顯著變強,在監測濾膜穿透時往往更加靈敏。通過比較側向和前向濁度值的趨勢異同和相對大小,可幫助判斷濾液組分是否發生了變化。
雙角度濁度監測濾液質量
InPro86X0ie傳感器提供色度測量的功能,在測量濁度的同時反映溶液顏色的變化;有助于控制產品質量和批次一致性。
從工藝研發到生產規模的無縫放大
在實際測量過程中,使用不同設備測量同一個物料會產生不同的濁度值,為獲得一致的測量數據,常需要對傳感器進行復雜的數據擬合。InPro86X0ie既可以使用流通池安裝的方式用于實驗室工藝開發/小試階段,也可以通過管道安裝的方式用于工業級/商業化生產。通過使用相同的技術方案,避免不同測量場景下數據比對的一致性問題以及繁瑣的校準操作。
(a). 流通池式安裝
(b).管道式安裝
InPro86X0ie濁度傳感器安裝方式
通過在線傳感器可將測量數據實時傳輸到DCS等控制系統,測量數據間隔可低至1秒鐘,真正實現原位實時監測,避免遺漏過程變化的信息。根據實時檢測的數據,可進一步對工藝進行優化,提升產能和收率。
"慧眼"識過濾,清晰監控生產質量
梅特勒托利多在線濁度傳感器可以替代操作人員現場觀察物料狀態的工作,充當過濾系統中的一雙“慧眼”,實時監測濾膜完整性及濾液質量,提升生產產率和批次一致性!
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