Tangentsiaalsete voolufiltrite{0}}mahandamise/suurendamise teooriad

Läbilaskvusvoog ja läbilaskvus on membraanfiltrimisel kaks olulist parameetrit. Läbilaskev voog on vedeliku maht, mis võib läbida ajaühiku ja membraani pindalaühiku kohta. Läbilaskvus on sihtsaaduse kontsentratsiooni suhe permeaadis ja selle kontsentratsiooni tagasivoolulahuses. Erineva suurusega tangentsiaalse voolufiltrite võrdlemisel on vaja reguleerida muutujaid, et häireid minimeerida: valige membraanid, millel on ühtlane materjal, pooride suurus ja tootja; kasutada identse koostise ja kontsentratsiooniga söödalahuseid; ja teha katseid ühtlase toatemperatuuri tingimustes. Kui need algtingimused on täidetud, on vaja kontrollida ka katsetingimusi vastavalt kolmele põhimõttele (sama toitelahuse maht membraani pindalaühiku kohta, sama nihkejõud ja sama algne veevoog), et tagada erineva suurusega filtrite läbilaskvusvoog ja läbilaskvus igal hetkel ligikaudu ühtlane.

 

1. põhimõte: sama toitevedeliku filtreerimismaht vastab membraani pindalaühikule.

Läbilaskvusvoog, läbilaskvus ja membraani omadused on omavahel tihedalt seotud. Lisaks sama membraanimaterjali ja pooride suuruse tagamisele, sama läbitungimisvoo ja läbilaskvuse saavutamiseks peaksid suurte ja väikeste filtrite membraani pinnatingimused (filtrikook ja kontsentratsioonipolarisatsioon) olema igal ajahetkel sarnased. Selleks, et filtrikook ja kontsentratsiooni polarisatsioon oleks membraani pinnal sarnased, peaks ühe pindalaühiku kohta filtreeritud sama toitevedeliku (aine, kontsentratsioon) maht olema sama nii suure kui ka väikese filtri puhul. Seetõttu peaks suure ja väikese filtri toitevedeliku mahu suhe olema võrdne nende membraanipindade suhtega, st toitevedeliku mahuga, mis vastab samale membraaniühiku pindalale.

 

2. põhimõte: membraani pinnale mõjuvad nihkejõud on samad.

Biofarmaatsiatööstuses on filtreerimist vajavad söödalahused enamasti bioloogiliselt aktiivsed. Membraani pinnale avalduv nihkejõud ei mõjuta mitte ainult filtrikoogi moodustumist ja kontsentratsiooni polarisatsiooni, vaid ka bioloogiliste saaduste bioaktiivsust. Seetõttu on vaja katseoperatsioonide ajal jälgida, et nii suurte kui ka väikeste tangentsiaalsete voolufiltrite membraanipinnale mõjuv nihkejõud oleks sama.

 

Põhimõte3 : Sama algvoog

Samades toitevedeliku, membraani pinna omaduste ja töötingimuste tingimustes, kui algvoog on sama ja membraanipinna muutused on sarnased, on järgnev voog tavaliselt sarnane. Seetõttu on vaja tagada, et algvoog oleks sama, et suure ja väikese filtri igale ajale vastav voog oleks sarnane.

Kuigi suurte ja väikeste filtrite membraanimaterjal, pooride suurus ja tootja on samad, on nende kogu filtreerimistakistus erinev membraani pakkimisstruktuuride erinevuste tõttu. Kui suurte ja väikeste filtrite filtreerimistakistus on erinev, on sama permeaadivoo saavutamiseks vaja erinevaid transmembraanse rõhu väärtusi (TMP). Tavaliselt on transmembraanne rõhk (TMP) keskmise sisselaske- ja väljalaskerõhkude ning permeaadi rõhu erinevus. Kuna nii suurtes kui ka väikestes filtrites on permeaat ühendatud atmosfäärirõhuga, on permeaadi rõhk mõlemas 0 Pa (manomeetriline rõhk). Seetõttu on katses transmembraanne rõhk sisend- ja väljundrõhu keskmine.

Kui kõik kolm ülaltoodud põhimõtet on täidetud ja samade algtingimuste korral, on teoreetiliselt nii suurte kui ka väikeste filtrite läbitungimisvoog samal hetkel pärast filtreerimise algust sama. Kui läbitungimisvoog on kõigil hetkedel täpselt sama, võib järeldada, et mõlemat tüüpi filtrite kogu filtreerimisaeg on võrdne. Vaata allolevat joonist.

 

 

Asjakohaste füüsikalis-keemiliste ja tööparameetrite sisemiste vastasmõjude skemaatiline diagramm

Viited: Guo Shuyin. Väikese tangentsiaalse voolufiltri projekteerimine ja kontrollimine ning tangentsiaalse voolufiltri alla/üles skaleerimise teooria [D]. Ida-Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikool, 2016.