תיאוריות של הקטנת קנה מידה/קנה מידה-העלאת מסנני זרימה טנגנציאלית

שטף חדירות וחדירות הם שני פרמטרים מכריעים בסינון הממברנה. שטף חלחול הוא נפח הנוזל שיכול לעבור ליחידת זמן ולכל יחידת שטח ממברנה. חדירות היא היחס בין ריכוז תוצר המטרה בחלחלה לריכוזו בתמיסת ההחזרה. כאשר משווים מסנני זרימה משיקים בגדלים שונים, יש צורך לשלוט במשתנים כדי למזער הפרעות: בחר ממברנות עם חומר עקבי, גודל נקבוביות ויצרן; להשתמש בתמיסות הזנה עם הרכב וריכוז זהים; ולערוך ניסויים בתנאי טמפרטורת חדר אחידים. לאחר התקיימות תנאים ראשוניים אלה, יש צורך גם לשלוט בתנאי הניסוי על פי שלושה עקרונות (אותו נפח תמיסת הזנה ליחידת שטח ממברנה, אותו כוח גזירה, ואותו שטף מים ראשוני) כדי להבטיח ששטף החדירה והחדירות של מסננים בגדלים שונים יהיו עקביים בערך בכל רגע.

 

עקרון 1: אותו נפח סינון נוזל הזנה מתאים לשטח ממברנה יחידה.

שטף חלחול, חדירות ותכונות ממברנה קשורות קשר הדוק. מלבד הבטחת חומר הממברנה וגודל הנקבוביות זהה, כדי להשיג את אותו שטף חדירות וחדיר, תנאי פני הממברנה (עוגת פילטר וקיטוב ריכוז) של המסננים הגדולים והקטנים צריכים להיות דומים בכל זמן נתון. כדי להפוך את עוגת המסנן וקיטוב הריכוז דומים על פני הממברנה, נפח אותו נוזל הזנה (חומר, ריכוז) המסונן ליחידת שטח צריך להיות זהה עבור המסננים הגדולים והקטנים כאחד. לכן, היחס בין נפח נוזל ההזנה בין המסננים הגדולים והקטנים צריך להיות שווה ליחס בין שטחי הממברנה שלהם, כלומר, נפח נוזל ההזנה המתאים לאותה שטח ממברנה יחידה.

 

עקרון 2: כוחות הגזירה על פני הממברנה זהים.

בתעשיית הביו-פרמצבטיקה, תמיסות ההזנה שצריכות לעבור סינון הן בעיקר פעילות ביולוגית. כוח הגזירה על פני הממברנה משפיע לא רק על היווצרות עוגת פילטר וקיטוב ריכוז, אלא גם על הפעילות הביולוגית של מוצרים ביולוגיים. לכן, יש צורך להבטיח שכוח הגזירה על פני הממברנה של מסנני זרימה משיקים גדולים וקטנים כאחד יהיה זהה במהלך פעולות ניסוי.

 

עִקָרוֹן3 : אותו שטף ראשוני

באותם תנאים של נוזל הזנה, תכונות פני הממברנה ותנאי ההפעלה, אם השטף הראשוני זהה ושינויי פני הממברנה דומים, השטף הבא יהיה בדרך כלל דומה. לכן, יש צורך לוודא שהשטף ההתחלתי יהיה זהה כך שהשטף המתאים לכל זמן של המסננים הגדולים והקטנים יהיה דומה.

למרות שחומר הממברנה, גודל הנקבוביות והיצרן של המסננים הגדולים והקטנים זהים, ההתנגדות הכוללת שלהם לסינון שונה עקב הבדלים במבני אריזת הממברנה. כאשר התנגדויות הסינון של המסננים הגדולים והקטנים שונים, נדרשים ערכי לחץ טרנסממברנלי (TMP) שונים כדי להשיג את אותו שטף חלחול. בדרך כלל, הלחץ הטרנסממברני (TMP) הוא ההבדל בין לחצי הכניסה והיציאה הממוצעים לבין לחץ החדיר. מכיוון שהחלחל במסננים גדולים וקטנים כאחד מחובר ללחץ אטמוספרי, לחץ החדיר בשניהם הוא 0 Pa. (מד לחץ). לכן, הלחץ הטרנסממברני בניסוי הוא הממוצע של לחץ הכניסה ולחץ היציאה.

כאשר כל שלושת העקרונות לעיל מתקיימים, ועם אותם תנאים ראשוניים, תיאורטית, שטף החדירה באותו רגע לאחר תחילת הסינון עבור מסננים גדולים וקטנים כאחד יהיה זהה. כאשר שטף החדירה בכל הרגעים זהה לחלוטין, ניתן להסיק שזמן הסינון הכולל של שני סוגי המסננים שווה. ראה את האיור למטה.

 

 

תרשים סכמטי של האינטראקציות הפנימיות של פרמטרים פיזיקוכימיים ותפעוליים רלוונטיים

הפניות: Guo Shuyin. תכנון ואימות של מסנן זרימה משיקית קטן והתיאוריה של הקטנת מסנן זרימה משיקית מטה/מעלה [D]. אוניברסיטת מזרח סין למדע וטכנולוגיה, 2016.