Teories de la reducció/escalada{0}}Filtres de flux tangencial amunt

El flux de permeabilitat i la permeabilitat són dos paràmetres crucials en la filtració de membrana. El flux de permeació és el volum de líquid que pot passar per unitat de temps i per unitat d'àrea de membrana. La permeabilitat és la relació entre la concentració del producte objectiu en el permeat i la seva concentració en la solució de retorn. Quan es comparen filtres de flux tangencial de diferents mides, cal controlar les variables per minimitzar les interferències: seleccionar membranes amb material consistent, mida de porus i fabricant; utilitzar solucions d'alimentació amb la mateixa composició i concentració; i realitzar experiments en condicions uniformes de temperatura ambient. Un cop es compleixen aquestes condicions inicials, també cal controlar les condicions experimentals d'acord amb tres principis (el mateix volum de solució d'alimentació per unitat d'àrea de membrana, la mateixa força de tall i el mateix flux d'aigua inicial) per garantir que el flux de permeabilitat i la permeabilitat dels filtres de diferents mides siguin aproximadament coherents en cada moment.

 

Principi 1: el mateix volum de filtració del líquid d'alimentació correspon a una unitat d'àrea de membrana.

El flux de permeabilitat, la permeabilitat i les propietats de la membrana estan estretament relacionats. A més d'assegurar el mateix material de la membrana i la mida dels porus, per aconseguir el mateix flux de permeabilitat i permeabilitat, les condicions de la superfície de la membrana (coca de filtre i polarització de concentració) dels filtres grans i petits haurien de ser similars en un moment donat. Perquè el pastís de filtre i la polarització de concentració siguin semblants a la superfície de la membrana, el volum del mateix líquid d'alimentació (substància, concentració) filtrat per unitat d'àrea hauria de ser el mateix tant per als filtres grans com per als petits. Per tant, la proporció del volum de líquid d'alimentació entre els filtres grans i petits hauria de ser igual a la relació de les seves àrees de membrana, és a dir, el volum de líquid d'alimentació corresponent a la mateixa àrea de membrana de la unitat.

 

Principi 2: Les forces de tall a la superfície de la membrana són les mateixes.

A la indústria biofarmacèutica, les solucions de pinsos que cal filtrar són majoritàriament biològicament actives. La força de tall a la superfície de la membrana no només afecta la formació del pastís de filtre i la polarització de la concentració, sinó també la bioactivitat dels productes biològics. Per tant, cal assegurar-se que la força de cisalla a la superfície de la membrana dels filtres de flux tangencial tant grans com petits sigui la mateixa durant les operacions experimentals.

 

Principi3 : Mateix flux inicial

En les mateixes condicions de líquid d'alimentació, propietats de la superfície de la membrana i condicions de funcionament, si el flux inicial és el mateix i els canvis de superfície de la membrana són similars, el flux posterior normalment serà similar. Per tant, cal assegurar-se que el flux inicial sigui el mateix perquè el flux corresponent a cada temps dels filtres grans i petits sigui semblant.

Tot i que el material de la membrana, la mida dels porus i el fabricant dels filtres grans i petits són els mateixos, la seva resistència total a la filtració difereix a causa de les diferències en les estructures d'embalatge de la membrana. Quan les resistències de filtració dels filtres grans i petits difereixen, es requereixen diferents valors de pressió transmembrana (TMP) per aconseguir el mateix flux de permeat. Normalment, la pressió transmembrana (TMP) és la diferència entre les pressions mitjanes d'entrada i sortida i la pressió de permeat. Atès que el permeat dels filtres grans i petits està connectat a la pressió atmosfèrica, la pressió del permeat en tots dos és de 0 Pa. (pressió relativa). Per tant, la pressió transmembrana de l'experiment és la mitjana de la pressió d'entrada i la pressió de sortida.

Quan es compleixin els tres principis anteriors, i amb les mateixes condicions inicials, teòricament, el flux de permeació en el mateix moment després de l'inici de la filtració, tant per a filtres grans com petits, serà el mateix. Quan el flux de permeació en tots els moments és exactament el mateix, es pot concloure que el temps total de filtració dels dos tipus de filtres és igual. Vegeu la figura següent.

 

 

Diagrama esquemàtic de les interaccions internes dels paràmetres fisicoquímics i operatius rellevants

Referències: Guo Shuyin. Disseny i verificació d'un petit filtre de flux tangencial i la teoria del filtre de flux tangencial escalant/augmentant [D]. Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina Oriental, 2016.