Teorije zmanjšanja/povečanja filtrov tangencialnega toka

Permeacijski tok in prepustnost sta dva ključna parametra pri membranski filtraciji. Permeacijski tok je prostornina tekočine, ki lahko prehaja skozi na enoto časa in na enoto površine membrane. Prepustnost je razmerje med koncentracijo ciljnega produkta v permeatu in njegovo koncentracijo v povratni raztopini. Ko primerjamo tangencialne pretočne filtre različnih velikosti, je treba nadzorovati spremenljivke, da zmanjšamo motnje: izberite membrane s konsistentnim materialom, velikostjo por in proizvajalcem; uporabite krmne raztopine z enako sestavo in koncentracijo; in izvajati poskuse pri enakih pogojih sobne temperature. Ko so ti začetni pogoji izpolnjeni, je treba tudi kontrolirati eksperimentalne pogoje v skladu s tremi načeli (enaka prostornina napajalne raztopine na enoto površine membrane, enaka strižna sila in enak začetni vodni tok), da zagotovimo, da sta permeacijski tok in prepustnost filtrov različnih velikosti v vsakem trenutku približno dosledna.

 

Načelo 1: Isti volumen filtracije dovodne tekočine ustreza površini enote membrane.

Permeacijski tok, prepustnost in lastnosti membrane so tesno povezani. Poleg zagotavljanja enakega materiala membrane in velikosti por, da bi dosegli enak prepustni tok in prepustnost, morajo biti površinski pogoji membrane (filtrska pogača in koncentracijska polarizacija) velikih in majhnih filtrov v danem trenutku podobni. Da bi bila filtrska pogača in koncentracijska polarizacija podobni na površini membrane, mora biti prostornina iste napajalne tekočine (snov, koncentracija), filtrirana na enoto površine, enaka za velike in majhne filtre. Zato mora biti razmerje prostornine napajalne tekočine med velikimi in malimi filtri enako razmerju njihovih membranskih površin, tj. prostornina napajalne tekočine ustreza isti enoti površine membrane.

 

2. princip: Strižne sile na površini membrane so enake.

V biofarmacevtski industriji so krmne raztopine, ki jih je treba filtrirati, večinoma biološko aktivne. Strižna sila na površini membrane ne vpliva samo na tvorbo filtrirne pogače in koncentracijsko polarizacijo, ampak tudi na bioaktivnost bioloških produktov. Zato je treba zagotoviti, da je strižna sila na površini membrane tako velikega kot majhnega tangencialnega pretočnega filtra med poskusnimi operacijami enaka.

 

Načelo3 : Isti začetni tok

Pod enakimi pogoji napajalne tekočine, površinskih lastnosti membrane in delovnih pogojev, če je začetni tok enak in so spremembe površine membrane podobne, bo naslednji tok običajno podoben. Zato je treba zagotoviti, da je začetni tok enak, tako da je tok, ki ustreza vsakemu času velikega in malega filtra, podoben.

Čeprav so material membrane, velikost por in proizvajalec velikih in majhnih filtrov enaki, se njihova skupna filtracijska odpornost razlikuje zaradi razlik v strukturah membranskega pakiranja. Ko se filtracijski upor velikih in majhnih filtrov razlikuje, so potrebne različne vrednosti transmembranskega tlaka (TMP), da se doseže enak pretok permeata. Običajno je transmembranski tlak (TMP) razlika med povprečnim vstopnim in izstopnim tlakom ter tlakom permeata. Ker je permeat tako v velikem kot v malem filtru povezan z atmosferskim tlakom, je tlak permeata v obeh 0 Pa (nadtlak). Zato je transmembranski tlak v poskusu povprečje vstopnega in izstopnega tlaka.

Ko so izpolnjena vsa tri zgoraj navedena načela in z enakimi začetnimi pogoji, bo teoretično prepustni tok v istem trenutku po začetku filtracije za velike in male filtre enak. Ko je prepustni tok v vseh trenutkih popolnoma enak, lahko sklepamo, da je skupni čas filtracije za obe vrsti filtrov enak. Glejte spodnjo sliko.

 

 

Shematski diagram notranjih interakcij ustreznih fizikalno-kemijskih in operativnih parametrov

Literatura: Guo Shuyin. Načrtovanje in verifikacija filtra majhnega tangencialnega toka in teorije zmanjševanja/višanja filtra tangencialnega toka [D]. Vzhodnokitajska univerza za znanost in tehnologijo, 2016.