用于连续渗滤的错流过滤单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于进料流体的连续渗滤以获得渗余物和渗透物的错流过滤单元、相应的用于渗滤的方法，以及该错流过滤单元的用途。

Cross flow filtration unit for continuous infiltration

The invention relates to a cross-flow filtration unit for continuous infiltration of feed fluid to obtain residual and permeate, a corresponding method for infiltration, and the use of the cross-flow filtration unit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于连续渗滤的错流过滤单元
本专利技术涉及一种用于进料流体的连续渗滤以获得渗余物和渗透物的错流过滤单元、相应的渗滤方法以及该错流过滤单元的用途。
技术介绍
在也可以称为错流过滤或切向流过滤的错流过滤中，待过滤的进料流体(“进料”)切向地流过过滤材料的表面，该过滤材料通常是膜，并且在流过时将进料分成各种组分的渗余物(浓缩物)和渗透物(滤出液)。渗余物流过过滤材料的表面，并且可以在单次通过(“单程”模式)之后被移除，但是渗余物也可以被再次供应到循环，使得其反复流过膜表面。渗透物垂直于所述表面流动通过膜，然后被排出。待回收的目标物质可能包含在渗透物(渗透物质)和/或渗余物(渗余物质)中。错流过滤单元通常以滤筒的形式使用，如在例如DE-PS3441249中所述。滤筒包括多个相邻的错流过滤单元(过滤器单体)，其通常由用于待过滤的进料流体或渗余物的渗余物狭缝、平坦的膜层和渗透物收集狭缝的重复阵列组成。上述过滤器单体的渗透物收集狭缝与下一个过滤器单体的渗余物狭缝通过另外的平坦膜层分界。每个渗余物狭缝都以流体传导(连通)方式连接到用于待过滤的进料流体的进口并且连接到用于渗余物的出口；并且每个渗透物收集狭缝都以流体传导方式连接到用于渗透物的出口。通过常规过滤，将进料流体分离成渗余物和渗透物。在渗滤中，将这种分离与将渗滤介质添加到进料流体/渗余物中的步骤相结合。这一步骤使得例如可能将目标物质和一种或多种另外的物质的共同溶液从其它物质中释放出来。例如，通过渗滤蛋白质溶液，可能实现缓冲液更换或脱盐，可选地是与浓缩物结合。两种基本类型的渗滤之间区分为；可变体积渗滤(本领域中有时称为“不连续”渗滤)和恒定体积渗滤(本领域中有时称为“连续”渗滤)。在可变体积渗滤中，交替进行过滤步骤和添加渗滤介质的步骤。因此，在这种交替方法的过程中，渗余物的体积波动，术语“不连续渗滤”也是源于此。在恒定体积渗滤中，渗余物的体积保持恒定，因为过滤和添加渗滤介质两者都是连续进行的。然而，进料流体的添加是不连续的，并且通常仅在过程的开始时发生。因此，可变体积渗滤和恒定体积渗滤都是不连续的过程。在不连续渗滤过程中，在能够开始新的过程运行之前，必须使指定体积的进料流体完全经受过程运行(“批量”方法)。出于成本效益和效率的原因，其中能够连续供应和排出物质流的连续过程优于不连续过程。因此，需要一种连续渗滤过程。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种适合于连续渗滤的错流过滤单元。通过权利要求书中表征的实施例来实现这一目的。特别地是，本专利技术涉及一种用于进料流体的连续渗滤以获得渗余物和渗透物的错流过滤单元，所述错流过滤单元至少包括渗滤狭缝、平坦的第一过滤材料、渗余物狭缝、平坦的第二过滤材料以及渗透物收集狭缝，上述狭缝和材料的布置方式使得平坦的第一过滤材料将渗滤狭缝和渗余物狭缝彼此分界，并且平坦的第二过滤材料将渗余物狭缝和渗透物收集狭缝彼此分界，其中渗滤狭缝以流体传导的方式连接到用于渗滤介质的至少一个进口；渗余物狭缝以流体传导的方式连接到用于进料流体的至少一个进口并且连接到用于渗余物的至少一个出口；并且渗透物收集狭缝以流体传导的方式连接到用于渗透物的至少一个出口，并且其中平坦的第一过滤材料的孔径或截留分子量至少与平坦的第二过滤材料的孔径或截留分子量一样大。平坦的第一过滤材料的孔径或截留分子量优选地大于平坦的第二过滤材料的孔径或截留分子量。平坦的第一过滤材料优选地具有在30kDa至1,500kDa范围内的截留分子量(MWCO)。平坦的第二过滤材料优选具有在5kDa至1,500kDa范围内的截留分子量。截留分子量的确定能够根据美国标准ASTME1343-90(“平片材超滤膜的截留分子量评估的标准测试方法”)执行。平坦的第一过滤材料的孔径优选为0.01至50μm，优选0.01至0.5μm。平坦的第二过滤材料优选具有小于0.01μm的孔径。孔径的确定，也称为“最大孔径”或“dp”，并且在英语中称为“最大孔径”能够根据美国标准ASTMF316-03测试方法A(“通过泡点和平均流量孔测试测定膜过滤器的孔径特性的标准测试方法”)执行。在MelanieSossna的论文“纤维素酯膜的结构形成(StructureFormationofCelluloseEsterMembranes)”，德国汉诺威大学2006年，第10页第2.5节，特别是在表2-4中描述了用于表征膜的基本方法。根据现有技术(不连续渗滤)，在串联连接的错流过滤单元之间引入渗滤介质；或者用渗滤介质稀释进料流体，通过错流过滤与先前或之后的浓缩相结合。然而，本专利技术的错流过滤单元使得可能通过适当的加压将一定量的渗滤介质引入渗余物狭缝中，以实现最佳渗滤。例如，根据本专利技术，渗滤介质的体积可以是进料流体体积的0.1至15倍。优选地是，以平坦的第一过滤材料的整个可用表面积都被渗滤介质覆盖的方式将渗滤介质引入渗余物狭缝中。本专利技术的错流过滤单元使得可能获得与不连续渗滤相比改善的渗滤结果。另外，本专利技术使得过程所需的时间量和所需的设备数量两者都减少。在连续渗滤中，进料流体和渗滤介质都是连续添加的，因此使得不必中断过程。结果，本专利技术的错流过滤单元使得可以以有效且经济的方式运行该过程。通过本专利技术的改进的错流过滤单元，流体，诸如液体、乳液、悬浮液、饮料，像啤酒、葡萄酒、果汁、水、牛奶和乳清、啤酒麦芽汁，工业废水，在制药、医疗、化妆品、化学、生物技术、遗传工程、环境保护和实验室部分中的溶液都能够用作进料流体并能够被渗滤。它们能够用于回收有价值的材料；物质的分离，例如，大分子和生物分子的分离；用于溶液的去除热原和灭菌；用于从流体中分离污染物；用于生物溶液的(渗滤)过滤和浓缩；用于分离微生物，诸如细菌、酵母、病毒和细胞成分，用于蛋白质溶液和其它生物介质的脱盐。本专利技术的错流过滤单元可特别有利地用于过滤、渗滤、浓缩(减少溶剂或水含量)和/或溶液、优选地是蛋白质溶液的离子组分的改性(例如，脱盐或缓冲液更换)。对于存在于渗余物狭缝中的流体，能够同义地使用术语“进料流体”和“渗余物”。术语“平坦”表示相应的过滤材料基本上位于单个平面中。优选地是，所有过滤材料都或多或少地位于彼此大致平行的平面中。根据本专利技术的优选实施例，平坦的第一过滤材料是第一过滤膜。平坦的第二过滤材料优选地是第二过滤膜。特别优选地是，平坦的第一过滤材料是第一过滤膜，而平坦的第二过滤材料是第二过滤膜。特别地是，在超滤和微滤范围内的多孔膜适合作为第一过滤材料。超滤膜能够被有利地用作第二过滤材料。这种构造允许通过适当的加压而将特定量的渗滤介质引入渗余物狭缝中，以实现最佳渗滤。当施加压力时，平坦的第一过滤材料的整个可用面积都被渗滤介质覆盖。超滤膜的特征在于孔径小于0.01μm或截留分子量大约在5至1,500kDa的分子量范围内，而微滤膜呈现在0.01至50μm范围内的孔径，优选为0.01至0.5μm，或截留分子量为30至1,500kDa。过滤膜可以由例如聚偏二氟乙烯、纤维素及其衍生物、聚醚砜或聚砜组成，特别优选的是交联的纤维素水合物。用于进料流体的进口优选地是被安装在错流过滤单元的第一边缘区域中；并且用于渗余物的出口安装在错流过滤单元的面向第一边缘区域的第二边缘区域中。由于这种布置，可以限定渗余物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种错流过滤单元(1)，所述错流过滤单元(1)用于对进料流体(5)连续渗滤，以获得渗余物(7)和渗透物(2)，并且所述错流过滤单元至少包括：渗滤狭缝，平坦的第一过滤材料(4)，渗余物狭缝，平坦的第二过滤材料(6)，以及渗透物收集狭缝，对上述狭缝和材料进行布置，使得所述平坦的第一过滤材料(4)将所述渗滤狭缝和所述渗余物狭缝彼此分界，并且所述平坦的第二过滤材料(6)将所述渗余物狭缝和所述渗透物收集狭缝彼此分界，其中所述渗滤狭缝以流体传导的方式连接到至少一个用于渗滤介质(3)的进口；所述渗余物狭缝以流体传导的方式连接到至少一个用于所述进料流体(5)的进口并且连接到至少一个用于所述渗余物(7)的出口；并且所述渗透物收集狭缝以流体传导的方式连接到至少一个用于所述渗透物(2)的出口，并且其中所述平坦的第一过滤材料(4)的孔径或截留分子量与所述平坦的第二过滤材料(6)的孔径或截留分子量至少一样大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.05 DE 102016004115.31.一种错流过滤单元(1)，所述错流过滤单元(1)用于对进料流体(5)连续渗滤，以获得渗余物(7)和渗透物(2)，并且所述错流过滤单元至少包括：渗滤狭缝，平坦的第一过滤材料(4)，渗余物狭缝，平坦的第二过滤材料(6)，以及渗透物收集狭缝，对上述狭缝和材料进行布置，使得所述平坦的第一过滤材料(4)将所述渗滤狭缝和所述渗余物狭缝彼此分界，并且所述平坦的第二过滤材料(6)将所述渗余物狭缝和所述渗透物收集狭缝彼此分界，其中所述渗滤狭缝以流体传导的方式连接到至少一个用于渗滤介质(3)的进口；所述渗余物狭缝以流体传导的方式连接到至少一个用于所述进料流体(5)的进口并且连接到至少一个用于所述渗余物(7)的出口；并且所述渗透物收集狭缝以流体传导的方式连接到至少一个用于所述渗透物(2)的出口，并且其中所述平坦的第一过滤材料(4)的孔径或截留分子量与所述平坦的第二过滤材料(6)的孔径或截留分子量至少一样大。2.根据权利要求1所述的错流过滤单元(1)，其中所述平坦的第一过滤材料(4)是第一过滤膜；并且/或者所述平坦的第二过滤材料(6)是第二过滤膜。3.根据权利要求2所述的错流过滤单元(1)，其中所述第一过滤膜为微滤膜或超滤膜，并且/或者所述第二过滤膜为超滤膜。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的错流过滤单元(1)，其中所述错流过滤单元(1)包括多个由渗滤狭缝、平坦的第一过滤材料(4)、渗余物、平坦的第二过滤材料(6)、渗透物收集狭缝、平坦的第二过滤材料(6)、渗余物狭缝和平坦的第一过滤材料(4)构成的堆叠阵列，使所述堆叠阵列被组合起来，从而形成滤筒。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的错流过滤单元(1)，其中所述渗滤狭缝和/或所述渗余物狭缝的自由体积在从用于所述进料流体(5)的所述进口至用于所述渗余物(7)的所述出口的流动方向上减小。6.根据权利要求5所述的错流过滤单元(1)，其中多层纺织材料在所述渗余物狭缝中布置在彼此之上，以使所述渗余物狭缝的自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·洛特霍尔德，乌尔里希·格吕默特，彼得·施密特，
申请(专利权)人：赛多利斯司特蒂姆生物工艺公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE