Teorije smanjivanja/povećanja-filtara tangencijalnog protoka

Permeacijski tok i propusnost dva su ključna parametra u membranskoj filtraciji. Permeacijski tok je volumen tekućine koji može proći po jedinici vremena i po jedinici površine membrane. Propusnost je omjer koncentracije ciljanog produkta u permeatu i njegove koncentracije u povratnoj otopini. Kada se uspoređuju filtri tangencijalnog protoka različitih veličina, potrebno je kontrolirati varijable kako bi se smanjile smetnje: odaberite membrane s dosljednim materijalom, veličinom pora i proizvođačem; koristiti krmne otopine identičnog sastava i koncentracije; te provoditi pokuse pod jednakim uvjetima sobne temperature. Nakon što su ispunjeni ovi početni uvjeti, također je potrebno kontrolirati eksperimentalne uvjete prema tri principa (isti volumen otopine za napajanje po jedinici površine membrane, ista posmična sila i isti početni tok vode) kako bi se osiguralo da su propusni tok i propusnost filtara različitih veličina približno dosljedni u svakom trenutku.

 

Načelo 1: Isti volumen filtracije tekućine za punjenje odgovara jedinici površine membrane.

Permeacijski tok, propusnost i svojstva membrane usko su povezani. Osim osiguravanja istog materijala membrane i veličine pora, kako bi se postigao isti protok propusnosti i propusnost, površinski uvjeti membrane (filterski kolač i koncentracijska polarizacija) velikih i malih filtera trebali bi biti slični u bilo kojem trenutku. Kako bi filtarski kolač i koncentracijska polarizacija bili slični na površini membrane, volumen iste tekućine za punjenje (tvar, koncentracija) filtrirane po jedinici površine trebao bi biti isti i za velike i za male filtre. Stoga bi omjer volumena napojne tekućine između velikog i malog filtera trebao biti jednak omjeru njihovih membranskih površina, tj. volumen napojne tekućine koji odgovara istoj jedinici površine membrane.

 

Princip 2: Smične sile na površini membrane su iste.

U biofarmaceutskoj industriji, otopine za hranjenje koje je potrebno filtrirati uglavnom su biološki aktivne. Smična sila na površini membrane ne utječe samo na stvaranje filterskog kolača i koncentracijske polarizacije, već i na bioaktivnost bioloških proizvoda. Stoga je potrebno osigurati da sila smicanja na površini membrane i velikih i malih filtara tangencijalnog protoka bude ista tijekom eksperimentalnih operacija.

 

Načelo3 : Isti početni tok

Pod istim uvjetima tekućine za napajanje, svojstvima površine membrane i radnim uvjetima, ako je početni tok isti i promjene površine membrane su slične, sljedeći tok će obično biti sličan. Stoga je potrebno osigurati da početni tok bude isti tako da je tok koji odgovara svakom trenutku velikog i malog filtra sličan.

Iako su materijal membrane, veličina pora i proizvođač velikih i malih filtara isti, njihov ukupni otpor filtracije razlikuje se zbog razlika u strukturi pakiranja membrane. Kada se otpori filtracije velikih i malih filtara razlikuju, potrebne su različite vrijednosti transmembranskog tlaka (TMP) da bi se postigao isti protok permeata. Tipično, transmembranski tlak (TMP) je razlika između prosječnog ulaznog i izlaznog tlaka i tlaka permeata. Budući da je permeat u velikom i malom filtru povezan s atmosferskim tlakom, tlak permeata u oba je 0 Pa (mjerni tlak). Stoga je transmembranski tlak u eksperimentu prosjek ulaznog tlaka i izlaznog tlaka.

Kada su sva tri gore navedena principa zadovoljena i uz iste početne uvjete, teoretski, propusni tok u istom trenutku nakon početka filtracije bit će isti i za velike i za male filtre. Kada je propusni tok u svim trenucima potpuno isti, može se zaključiti da je ukupno vrijeme filtracije za obje vrste filtara jednako. Pogledajte sliku ispod.

 

 

Shematski dijagram unutarnjih interakcija relevantnih fizikalno-kemijskih i radnih parametara

Literatura: Guo Shuyin. Projektiranje i verifikacija filtra malog tangencijalnog protoka i teorija smanjenja/povećanja skaliranja filtra tangencijalnog protoka [D]. Istočnokinesko sveučilište znanosti i tehnologije, 2016.