Teoriat alas-/skaalaus{0}}ylöspäin tangentiaalisista virtaussuodattimista
Sep 09, 2026| Permeaatiovirta ja läpäisevyys ovat kaksi keskeistä parametria kalvosuodatuksessa. Läpäisyvirta on nesteen tilavuus, joka voi kulkea läpi aikayksikköä ja kalvopinta-alayksikköä kohti. Läpäisevyys on permeaatissa olevan kohdetuotteen pitoisuuden suhde sen pitoisuuteen palautusliuoksessa. Kun verrataan erikokoisia tangentiaalivirtaussuodattimia, on välttämätöntä ohjata muuttujia häiriöiden minimoimiseksi: valitse kalvot, joiden materiaali, huokoskoko ja valmistaja ovat yhdenmukaisia; käytä rehuliuoksia, joilla on sama koostumus ja pitoisuus; ja suorittaa kokeita tasaisissa huoneenlämpötilaolosuhteissa. Kun nämä alkuehdot täyttyvät, on myös tarpeen ohjata koeolosuhteita kolmen periaatteen mukaisesti (sama syöttöliuoksen tilavuus kalvopinta-alayksikköä kohti, sama leikkausvoima ja sama alkuvesivirtaus), jotta voidaan varmistaa, että erikokoisten suodattimien läpäisyvirta ja läpäisevyys ovat suunnilleen yhdenmukaiset joka hetki.
Periaate 1: Sama syöttönesteen suodatustilavuus vastaa kalvon pinta-alayksikköä.
Permeaatiovuo, läpäisevyys ja kalvon ominaisuudet liittyvät läheisesti toisiinsa. Saman kalvomateriaalin ja huokoskoon varmistamisen lisäksi, jotta saavutettaisiin sama läpäisyvirta ja läpäisevyys, suurten ja pienten suodattimien kalvon pintaolosuhteiden (suodatinkakku ja konsentraatiopolarisaatio) tulee olla samanlaiset kulloinkin. Jotta suodatuskakku ja konsentraatiopolarisaatio olisivat samanlaisia kalvon pinnalla, saman syöttönesteen (aine, pitoisuus) tilavuuden pinta-alayksikköä kohti tulee olla sama sekä suurella että pienellä suodattimella. Siksi suuren ja pienen suodattimen välisen syöttönesteen tilavuuden suhteen tulisi olla yhtä suuri kuin niiden kalvopinta-alojen suhde, eli samaa kalvon yksikköpinta-alaa vastaava syöttönesteen tilavuus.
Periaate 2: Kalvon pintaan kohdistuvat leikkausvoimat ovat samat.
Biolääketeollisuudessa suodatettavat rehuliuokset ovat pääosin biologisesti aktiivisia. Kalvon pintaan kohdistuva leikkausvoima ei vaikuta ainoastaan suodatuskakun muodostumiseen ja konsentraatiopolarisaatioon, vaan myös biologisten tuotteiden bioaktiivisuuteen. Siksi on tarpeen varmistaa, että sekä suurten että pienten tangentiaalivirtaussuodattimien kalvon pintaan kohdistuva leikkausvoima on sama koeoperaatioiden aikana.
Periaate3 : Sama alkuvirta
Samoissa syöttönesteen, kalvon pinnan ominaisuuksien ja käyttöolosuhteiden olosuhteissa, jos alkuvirtaus on sama ja kalvon pinnan muutokset ovat samanlaisia, seuraava virtaus on yleensä samanlainen. Siksi on tarpeen varmistaa, että alkuvuo on sama, jotta suuren ja pienen suodattimen kutakin aikaa vastaava vuo on samanlainen.
Vaikka isojen ja pienten suodattimien kalvomateriaali, huokoskoko ja valmistaja ovat samat, niiden kokonaissuodatuskestävyys eroaa kalvotiivisterakenteiden eroista johtuen. Kun suuren ja pienen suodattimen suodatusvastukset eroavat toisistaan, tarvitaan erilaisia transmembraanipainearvoja (TMP) saman permeaattivuon saavuttamiseksi. Tyypillisesti transmembraaninen paine (TMP) on ero keskimääräisten tulo- ja ulostulopaineiden ja permeaatin paineen välillä. Koska permeaatti sekä suurissa että pienissä suodattimissa on kytketty ilmakehän paineeseen, permeaatin paine molemmissa on 0 Pa (mittaripaine). Siksi kokeen transmembraanipaine on tulopaineen ja ulostulopaineen keskiarvo.
Kun kaikki kolme yllä olevaa periaatetta täyttyvät ja samoilla alkuehdoilla, on teoreettisesti permeaatiovuo samaan aikaan suodatuksen alkamisen jälkeen sekä suurilla että pienillä suodattimilla. Kun läpäisyvirta on kaikilla hetkillä täsmälleen sama, voidaan päätellä, että molempien suodatintyyppien kokonaissuodatusaika on yhtä suuri. Katso alla oleva kuva.
Kaaviokaavio relevanttien fysikaalis-kemiallisten ja toiminnallisten parametrien sisäisistä vuorovaikutuksista
Viitteet: Guo Shuyin. Pienen tangentiaalisen virtaussuodattimen suunnittelu ja verifiointi sekä tangentiaalisen virtaussuodattimen alas/ylös skaalauksen teoria [D]. Itä-Kiinan tiede- ja teknologiayliopisto, 2016.