O'zaro oqim filtratsiyasi - Cross-flow filtration

O'zaro oqim filtratsiyasi diagrammasi

Yilda kimyo muhandisligi, biokimyoviy muhandislik va oqsillarni tozalash, o'zaro oqim filtratsiyasi^[1] (shuningdek, nomi bilan tanilgan teginsel oqim filtratsiyasi^[2]) ning bir turi filtrlash (xususan birlikning ishlashi ). O'zaro oqim filtratsiyasi boshqacha yakuniy filtrlash unda ozuqa a orqali o'tadi membrana yoki to'shakda qattiq moddalar ushlanib qoladi filtr va filtrlash boshqa uchida ozod qilinmoqda. O'zaro oqim filtratsiyasi o'z nomini oldi, chunki ozuqa oqimining aksariyati tangensial ravishda harakatlanadi bo'ylab filtrga emas, balki filtrning yuzasiga.^[1] Buning asosiy afzalligi shundaki filtri tort (bu filtrni ko'r qilishi mumkin) filtrlash jarayonida sezilarli darajada yuvilib, filtr birligining ishlash muddatini oshiradi. To'liq filtrlashdan farqli o'laroq, bu doimiy jarayon bo'lishi mumkin.

O'zaro oqim filtratsiyasi diagrammasi

Ushbu turdagi filtrlash odatda kichik zarracha kattaligining katta qismini o'z ichiga olgan ozuqalar uchun tanlanadi (bu erda permeat eng katta ahamiyatga ega), chunki qattiq material filtr yuzasini o'lik filtratsiya bilan tezda to'sib qo'yishi (ko'r) qilishi mumkin. Bunga sanoat misollarida eruvchan ekstraktsiya kiradi antibiotiklar dan fermentatsiya likyorlar.

O'zaro oqim filtrlash jarayonining asosiy harakatlantiruvchi kuchi transmembran bosimidir. Transmembranali bosim - bu membrananing ikki tomoni orasidagi bosim farqining o'lchovidir. Jarayon davomida transmembrana bosimi permeat viskozitesining oshishi tufayli pasayishi mumkin, shuning uchun filtrlash samaradorligi pasayadi va katta hajmdagi jarayonlar uchun ko'p vaqt talab qilishi mumkin. Bunga permeatni suyultirish yoki tizimning oqim tezligini oshirish orqali oldini olish mumkin.

Ishlash

Sanoat o'zaro oqim filtrlash uchun seramika membrana

O'zaro oqim filtrlashda besleme filtr membranasi orqali (teginsel) musbat holda uzatiladi bosim o'tkazuvchan tomonga nisbatan. Membrana teshiklarining kattaligidan kichik bo'lgan materialning ulushi membranadan quyidagicha o'tadi singib ketadi yoki filtrlash; qolgan barcha narsalar membrananing oziqlanadigan qismida retentatsiya sifatida saqlanadi.

O'zaro oqim filtratsiyasi bilan teginativ suyuqlikning asosiy qismi membrana bo'ylab harakatlanishiga olib keladi zarralar silinadigan filtr yuzasida. Bu shuni anglatadiki, o'zaro faoliyat oqim filtri nisbatan yuqori qattiq yuklarda ko'r-ko'rona qilmasdan doimiy ravishda ishlashi mumkin.

An'anaviy filtrlashdan afzalliklari

Suyuqlikni olib tashlashning umumiy yuqori darajasiga filtr keki hosil bo'lishining oldini olish orqali erishiladi
Texnologik ozuqa keyingi ishlov berish uchun mos keladigan ko'chma atala shaklida qoladi
Mahsulot atala tarkibidagi qattiq tarkib turli xil bo'lishi mumkin
Zarrachalarni o'lchamlari bo'yicha ajratish mumkin^[3]
Quvurli chimchilash effekti

Sanoat dasturlari

Sanoat o'zaro oqimi filtrlash uchun filtrlash moslamasi

O'zaro oqimli membranani filtrlash texnologiyasi butun dunyo sanoatida keng qo'llanilgan. Filtrlash membranalari qo'llanilishiga qarab polimer yoki seramika bo'lishi mumkin. O'zaro oqim filtrlash tamoyillari qo'llaniladi teskari osmoz, nanofiltratsiya, ultrafiltratsiya va mikrofiltratsiya. Suvni tozalashda an'anaviy bug'lanish usullari bilan taqqoslaganda juda tejamkor bo'lishi mumkin.

Yilda oqsillarni tozalash, teginal oqim filtratsiyasi (TFF) atamasi membranalar bilan o'zaro oqim filtrlashni tavsiflash uchun ishlatiladi. Jarayon tanlangan membrananing turiga qarab, tozalash paytida turli bosqichlarda ishlatilishi mumkin.^[2]

Sanoat filtrlash moslamasining fotosuratida (o'ngda) qayta ishlash quvur liniyasi besleme truboprovodidan (o'ng tomondagi vertikal quvur) yoki suv o'tkazgich truboprovodidan (qatorlarga yaqin kichik kollektorlardan) ancha katta ekanligini ko'rish mumkin. oq qisqichlar). Ushbu quvur o'lchamlari to'g'ridan-to'g'ri birlik orqali oqib o'tadigan suyuqlik nisbati bilan bog'liq. Qattiq moddalarga boy retentat jarayonning keyingi qismiga o'tkazilishidan oldin jihozni bir necha marta qayta ishlash uchun maxsus nasos ishlatiladi.

Ishlashni yaxshilash usullari

Qayta yuvish

Qayta yuvishda transmembrana bosimi vaqti-vaqti bilan ikkilamchi nasos yordamida teskari yo'naltiriladi, shunda permeat yana yemga oqib chiqadi va membrana yuzasidan ifloslangan qatlamni ko'taradi. Qayta yuvish spiral bilan o'ralgan membranalarga taalluqli emas va aksariyat hollarda bu odatiy amaliyot emas. (Qarang Joyida toza )^[4]

O'zgaruvchan teginal oqim (ATF)

A diafragma nasosi o'zgaruvchan teginal oqim hosil qilish uchun ishlatiladi, bu saqlanib qolgan zarrachalarni siljishiga va membrana ifloslanishining oldini olishga yordam beradi. Repligen ATF tizimlarining eng yirik ishlab chiqaruvchisi hisoblanadi.

Joyida tozalash (CIP)

Joyida toza tizimlar odatda keng qo'llanilgandan so'ng membranalardan ifloslanishni olib tashlash uchun ishlatiladi. CIP jarayonida yuvish vositalari, masalan, reaktiv moddalar ishlatilishi mumkin natriy gipoxlorit va shunga o'xshash kislotalar va ishqorlar limon kislotasi va natriy gidroksidi (NaOH). Natriy gipoxlorit (oqartuvchi) ba'zi membranali o'simliklarda ozuqadan olinishi kerak. Oqartgich yupqa qatlamli membranalarni oksidlaydi. Oksidlanish membranalarni yomonlashishiga olib keladi, ular endi rad etish darajasida ishlamaydi va ularni almashtirish kerak bo'ladi. Natriy gidroksidi CIPga oqartirish vositasi tizimni dezinfeksiyalashga yordam beradigan spiral bilan o'ralgan membranalarni yuklashdan oldin tizimni ishga tushirish paytida qo'shilishi mumkin. Oqartgich shuningdek zanglamaydigan po'latdan (Graver) membranalarni CIP uchun ishlatiladi, chunki ularning natriy gipoxloritga chidamliligi spiral o'ralgan membranadan ancha yuqori. Kustik moddalar va kislotalar ko'pincha birlamchi CIP kimyoviy moddalari sifatida ishlatiladi. Kustik organik ifloslanishni, kislota esa minerallarni yo'q qiladi. Ba'zi tizimlarda fermentlar eritmalari membrana o'simlikidan organik ifloslanishni olib tashlashga yordam berish uchun ham qo'llaniladi. PH va harorat CIP dasturi uchun muhimdir. Agar pH va harorat juda yuqori bo'lsa, membrana buziladi va oqim ko'rsatkichlari yomonlashadi. Agar pH va harorat juda past bo'lsa, tizim shunchaki to'g'ri tozalanmaydi. Har bir dastur uchun turli xil CIP talablari mavjud. masalan. sut mahsulotlari teskari osmoz (RO) zavodi, ehtimol, suvni tozalash RO zavodidan ko'ra qat'iyroq CIP dasturini talab qiladi. Har bir membrana ishlab chiqaruvchisi o'z mahsuloti uchun CIP protseduralari bo'yicha o'z ko'rsatmalariga ega.

Diqqat

Suyuqlik miqdori permeat oqimining paydo bo'lishiga imkon berish orqali kamayadi. Membranadan teshik kattaligidan kichikroq bo'lgan erituvchi, eritilgan moddalar va zarralar o'tadi, shu bilan birga g'ovak o'lchamidan kattaroq zarralar saqlanib qoladi va shu bilan konsentratsiyalanadi. Bioprocessing dasturlarida konsentratsiyadan keyin diafiltratsiya bo'lishi mumkin.

Diafiltratsiya

Suyuqlikdan permeat tarkibiy qismlarini samarali ravishda olib tashlash uchun yangi erituvchi suv o'tkazuvchanligi miqdorini almashtirish uchun ozuqaga yangi erituvchi qo'shilishi mumkin, shu bilan tizimdagi hajm doimiy bo'lib qoladi. Bu eriydigan tarkibiy qismlarni olib tashlash uchun filtr keki yuvish bilan o'xshashdir.^[4] Suyultirish va qayta konsentratsiyani ba'zida "difiltratsiya" deb ham atashadi.

Jarayon oqimining buzilishi (PFD)

Qayta yuvishdan ko'ra texnik jihatdan sodda yondashuv transmembrana bosimini nolga etkazishdir, bu suv o'tkazgichni vaqtincha yopib qo'yadi, bu esa ikkinchi nasosga ehtiyoj sezmasdan ifloslangan qatlamning emirilishini oshiradi. PFD ifloslanishni olib tashlashda orqaga yuvish kabi samarali emas, ammo foydali bo'lishi mumkin.

Oqim tezligini hisoblash

Oqim yoki oqim darajasi o'zaro oqim filtrlash tizimlarida tenglama berilgan:^[4]

${displaystyle J = {frac {Delta P} {(R_ {m {m}} + R_ {m {c}}) mu}}}$

unda:

${displaystyle J}$ : suyuqlik oqimi
${displaystyle Delta P}$ : transmembranali bosim (shuningdek ta'sirini o'z ichiga olishi kerak) ozmotik bosim teskari osmoz membranalari uchun)
${displaystyle R_ {m {m}}}$ : Membrananing qarshiligi (umuman bog'liq g'ovaklilik )
${displaystyle R_ {m {c}}}$ : Kekning qarshiligi (o'zgaruvchan; membranani ifloslanishi bilan bog'liq)
${displaystyle mu}$ : suyuqlik yopishqoqlik

Eslatma: ${displaystyle R_ {m {m}}}$ va ${displaystyle R_ {m {c}}}$ ularning hosil bo'lishiga membrana sirtining teskari qismini kiritish; Shunday qilib, oqim membrana maydonining oshishi bilan ortadi.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ ^a ^b Koros WJ, Ma YH, Shimidzu T (iyun 1996). "Membranalar va membranalar jarayonlari uchun terminologiya (IUPAC)" (PDF). Sof Appl. Kimyoviy. 86 (7): 1479–1489. doi:10.1351 / pac199668071479.
^ ^a ^b Millipore texnik kutubxonasi: oqsillarni kontsentratsiyasi va tegintsion oqim filtrlash yo'li bilan diofiltratsiya
^ Bertera R, Stiven H, Metkalf M (iyun 1984). "O'zaro oqim filtratsiyasini rivojlantirish tadqiqotlari". Kimyo muhandisi. 401: 10.
^ ^a ^b ^v JF Richardson; JM Kulson; JH Xarker; JR Backhurst (2002). Kulson va Richardsonning kimyoviy muhandisligi (2-jild) (5-nashr). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-4445-1.

Tashqi havolalar

[IUPAC-1] Koros WJ, Ma YH, Shimidzu T (iyun 1996). "Membranalar va membranalar jarayonlari uchun terminologiya (IUPAC)" (PDF). Sof Appl. Kimyoviy. 86 (7): 1479–1489. doi:10.1351 / pac199668071479.

[Millipore-2] Millipore texnik kutubxonasi: oqsillarni kontsentratsiyasi va tegintsion oqim filtrlash yo'li bilan diofiltratsiya

[3] Bertera R, Stiven H, Metkalf M (iyun 1984). "O'zaro oqim filtratsiyasini rivojlantirish tadqiqotlari". Kimyo muhandisi. 401: 10.

[Coulson-4] v JF Richardson; JM Kulson; JH Xarker; JR Backhurst (2002). Kulson va Richardsonning kimyoviy muhandisligi (2-jild) (5-nashr). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-4445-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

Ajratish jarayonlari
Jarayonlar	Absorbsiya Kislota asosini ajratib olish Adsorbtsiya Xromatografiya O'zaro oqim filtratsiyasi Kristallanish Siklonik ajralish Dializ (biokimyo) Eritilgan havo flotatsiyasi Distillash Quritish Elektrokromatografiya Elektrofiltrlash Filtrlash Flokulyatsiya Ko'pikli flotatsiya Gravitatsiyani ajratish Leaching Suyuqlik-suyuqlik ekstraktsiyasi Elektr ekstrakti Mikrofiltratsiya Osmoz Yog'ingarchilik (kimyo) Qayta kristallanish Teskari osmoz Cho'kma Qattiq fazani ajratib olish Sublimatsiya Ultrafiltratsiya
Qurilmalar	API yog'li suv ajratuvchi Tasma filtri Santrifüj Chuqurlik filtri Elektrostatik cho'ktiruvchi Evaporatator Filtrni bosing Fraktsiyali ustun Leachate Mikser-joylashtiruvchi Proteinli skimmer Tez qum filtri Qaytgan vakuum-baraban filtri Scrubber Konusning yigirilishi Hali ham Sublimatsiya apparati Vakuumli keramika filtri
Ko'p fazali tizimlar	Suvli ikki fazali tizim Azeotrop Evtektika
Tushunchalar	Birlikning ishlashi