BR112016004440B1

BR112016004440B1 - Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho e método para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho

Info

Publication number: BR112016004440B1
Application number: BR112016004440-1A
Authority: BR
Inventors: Atsushi Kobayashi; Shun SHIMURA; Mikiko Ikeda; Norihiro Takeuchi; Shinya Takeuchi
Original assignee: Toray Industries, Inc.
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2022-03-22
Also published as: EP3053639B1; SG11201601799VA; JP6467920B2; EP3053639A4; AU2014325100A1; MY181402A; EP3053639A1; CA2922083A1; CN105473211B; US10207226B2; JPWO2015046430A1; BR112016004440A2; AU2014325100B2; WO2015046430A1; US20160193570A1; KR20160061988A; CN105473211A; KR102228842B1

Abstract

módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho e método para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho. trata-se de um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho que inclui um alojamento, um feixe de membranas de fibra oca que tem uma pluralidade de membranas de fibra oca, uma primeira parte de enchimento que liga as membranas de fibra oca em pelo menos uma extremidade do feixe da pluralidade de membranas de fibra oca de modo que as membranas de fibra oca estejam abertas, e um material de vedação que fixa a primeira parte de enchimento ao alojamento de modo estanque a líquidos, em que a primeira parte de enchimento compreende uma parte de enchimento interna e uma parte de enchimento externa, em que a parte de enchimento interna e a parte de enchimento externa são ambas formadas de um material de enchimento, em que o material de vedação está em contato com a parte de enchimento externa, e em que tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa são formadas em uma direção de vedação do material de vedação. o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho é livre de vazamento e contaminação devido à separação de um material de enchimento mesmo quando a esterilização por vapor é realizada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho que é usado nos campos tais como tratamento de água, indústria de fermentação, preparação de farmacêuticos e indústria alimentícia e um método para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Métodos de fermentação, métodos para produção de matéria envolvendo a cultura de micro-organismos ou células cultivadas, podem ser amplamente classificados em dois tipos: (1) fermentação em batelada e fermentação em batelada alimentada e (2) fermentação contínua.

[003] Em (2) fermentação contínua, métodos foram propostos nos quais os micro-organismos ou células cultivadas são filtradas através de uma membrana de separação, e os micro-organismos ou células cultivadas em um concentrado são retidos ou refluxados a um caldo de fermentação enquanto recuperam os produtos químicos do filtrado, assim, a concentração dos microorganismos ou células cultivadas no caldo de fermentação é mantida alta.

[004] Por exemplo, uma técnica de fermentação contínua é revelada com o uso de um aparelho de fermentação contínua no qual uma membrana plana feita de um polímero orgânico é usada como uma membrana de separação (consulte o Documento de Patente 1).

[005] Para solucionar os problemas do Documento de Patente 1, é revelada uma técnica de fermentação contínua na qual a membrana de separação usada em um aparelho de fermentação contínua é uma membrana de fibra oca feita de um polímero orgânico (consulte o Documento de Patente 2).

[006] Ademais, como um módulo de membrana de separação que usa uma membrana de fibra oca, um módulo é revelado no qual um feixe de uma pluralidade de membranas de fibra oca é contido em um invólucro cilíndrico, e ambas as extremidades do feixe de membranas de fibra oca são fixadas ao invólucro cilíndrico com um material de enchimento com pelo menos um face de extremidade da pluralidade de membranas de fibra oca aberta; adicionalmente, uma técnica de um módulo de membrana de fibra de oca para o tratamento de água é revelado na qual, por exemplo, uma extremidade da pluralidade de membranas de fibra oca não é fixada no caso, mas vedada individualmente para melhorar significativamente a capacidade de descarga da matéria suspensa (consulte o Documento de Patente 3). Ademais, como uma configuração de um módulo de membrana de fibra de oca no qual a matéria suspensa pode ser descarregada bem, e as membranas de fibra oca podem ser facilmente vedadas, um método é revelado no qual a extremidade inferior a ser vedada de um feixe de membranas de fibra oca é dividida em uma pluralidade de pequenos feixes, e cada um dos pequenos feixes é vedado com uma resina (consulte o Documento de Patente 4).

[007] Documento de Patente 1: JP 2007-252367 A.

[008] Documento de Patente 2: JP 2008-237101 A.

[009] Documento de Patente 3: JP 07-60074 A.

[010] Documento de Patente 4: JP 2005-230813 A.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] Entretanto, a técnica revelada no Documento de Patente 1 foi uma técnica ineficaz: por exemplo, o custo benefício de produzir os produtos químicos de interesse com o uso dessa técnica não foi suficiente porque a área de membrana eficaz de uma unidade de membrana plana em relação ao seu volume instalado era pequena.

[012] Na técnica revelada no Documento de Patente 2, a área de membrana por unidade de volume de uma unidade de membrana poderia ser grande, como resultado da qual, a eficácia de produto de fermentação foi dramaticamente melhorada em comparação à fermentação contínua convencional.

[013] Na produção de produtos químicos com o uso da fermentação contínua, é necessário realizar a cultura basicamente sem contaminação. Por exemplo, se um caldo de fermentação, quando filtrado, for contaminado através de um módulo de membrana de separação, a eficácia de fermentação diminuirá, e os produtos químicos não podem ser produzidos de modo eficaz por razões tal como a formação de espuma em um fermentador. Assim, para impedir a contaminação, é necessário esterilizar o módulo de membrana de separação. Os exemplos de métodos de esterilização comuns incluem esterilização por calor a seco, esterilização por água em ebulição, esterilização a vapor, esterilização ultravioleta, esterilização gama e esterilização gasosa. Particularmente, quando um fermentador grande, um tubo conectado ao fermentador ou um módulo de membrana de separação é esterilizado, a esterilização por vapor (tipicamente a 121 °C por 20 minutos) é a mais eficaz.

[014] Entretanto, quando um método de esterilização que usa calor, tal como a esterilização por vapor, é usado para esterilizar um módulo de membrana de fibra de oca, um material de enchimento usado no módulo de membrana de fibra de oca pode ser separado de um alojamento por carga de calor, causando problemas tais como o vazamento de um suprimento ao lado de filtrado e contaminação. As técnicas reveladas no Documento de Patente 3 e no Documento de Patente 4 também poderiam solucionar esse problema.

[015] A presente invenção foi desenvolvida em vista do antecedente e visa fornecer um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho que seja livre de vazamento e contaminação devido à separação de um material de enchimento mesmo quando a esterilização por vapor é realizada e um método para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho.

MEIOS PARA SOLUCIONAR OS PROBLEMAS

[016] Para solucionar os problemas acima, o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção tem uma estrutura de (1) ou (2) abaixo: (1) Um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho que inclui: um alojamento; um feixe de membranas de fibra oca que tem uma pluralidade de membranas de fibra oca; uma primeira parte de enchimento que liga as membranas de fibra oca em pelo menos uma extremidade do feixe da pluralidade de membranas de fibra oca de modo que as membranas de fibra oca estejam abertas; e um material de vedação que fixa a primeira parte de enchimento ao alojamento de modo estanque a líquidos, em que a primeira parte de enchimento inclui uma parte de enchimento interna e uma parte de enchimento externa, em que a parte de enchimento interna e a parte de enchimento externa são ambas formadas de um material de enchimento, em que o material de vedação está em contato com a parte de enchimento externa e em que tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa são formadas em uma direção de vedação do material de vedação; ou

[017] (2) Um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho que inclui: um alojamento; um invólucro cilíndrico contido no alojamento; um feixe de membranas de fibra oca que tem uma pluralidade de membranas de fibra oca; uma primeira parte de enchimento que liga as membranas de fibra oca em pelo menos uma extremidade do feixe da pluralidade de membranas de fibra oca de modo que as membranas de fibra oca estejam abertas; e um material de vedação que fixa a primeira parte de enchimento ao invólucro cilíndrico de modo estanque a líquidos, em que a primeira parte de enchimento inclui uma parte de enchimento interna e uma parte de enchimento externa, em que a parte de enchimento interna e a parte de enchimento externa são ambas formadas de um material de enchimento, em que o material de vedação está em contato com a parte de enchimento externa e em que tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa são formadas em uma direção de vedação do material de vedação.

[018] Um método para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção tem a estrutura a seguir: Um método para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com qualquer um dos acima que inclui as etapas de: (a) formar uma parte de enchimento interna incluída na primeira parte de enchimento; e (b) formar uma parte de enchimento externa incluída na primeira parte de enchimento, sendo que a etapa (a) inclui: (a-1) uma etapa de disposição de material de enchimento interno na qual um material de enchimento para formar a parte de enchimento interna é preenchido entre as membranas de fibra oca; e (a-2) uma etapa de cura na qual o material de enchimento em (a- 1) é curado, sendo que a etapa (b) inclui: (b-1) uma etapa de disposição de material de enchimento externo na qual um material de enchimento para formar a parte de enchimento externa é disposto de modo que, após a etapa de cura (a-2), a parte de enchimento externa entre em contato com o material de vedação, e tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa são formadas na direção de vedação do material de vedação; e (b-2) uma etapa de cura na qual o material de enchimento em (b- 1) é curado e encolhido,

[019] No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção, a primeira parte de enchimento tem preferencialmente uma proporção de comprimento p (%) que satisfaz a expressão (1) abaixo, em que p (%) representa a proporção do comprimento da parte de enchimento externa na direção de vedação no comprimento da primeira parte de enchimento na direção de vedação.

[020] No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção, uma superfície de vedação da parte de enchimento externa tem preferencialmente uma aspereza média aritmética Ra de 1,6 μm ou menos.

[021] No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção, o material de enchimento para formar a parte de enchimento externa tem preferencialmente uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 10 MPa ou mais.

[022] O alojamento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção inclui preferencialmente um corpo de alojamento cilíndrico, uma tampa superior montada em uma primeira extremidade vertical do corpo de alojamento e um material de vedação superior que fixa uma extremidade de lado de filtrado na primeira parte de enchimento de modo estanque a líquidos à tampa superior, em que, em uma região cercada pelo material de vedação superior, um espaço sem saída que se situa abaixo das aberturas das membranas de fibra oca tem preferencialmente uma profundidade de 2 mm ou menos.

[023] No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção, o material de enchimento para formar a parte de enchimento externa tem preferencialmente uma resistência à tração a 80 °C de 5 MPa ou mais.

[024] No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção, o material de enchimento para formar a parte de enchimento externa é preferencialmente uma resina epóxi e, um agente de cura para a resina epóxi inclui preferencialmente uma amina alifática.

[025] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção inclui preferencialmente uma segunda parte de enchimento que enfeixa as membranas de fibra oca em um estado vedado em uma superfície voltada para a primeira parte de enchimento, e a segunda parte de enchimento é preferencialmente formada das membranas de fibra oca e um material de enchimento.

EFEITOS DA INVENÇÃO

[026] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção tem uma estrutura na qual uma parte de enchimento formada apenas de uma membrana de fibra oca e um material de enchimento é fixada a um alojamento ou um invólucro cilíndrico com um material de vedação. O material de enchimento e o alojamento ou o invólucro cilíndrico não são ligados e, portanto, diferentemente dos módulos convencionais, a junção do material de enchimento e do alojamento ou do invólucro cilíndrico não será separada por uma carga de calor da esterilização tal como a esterilização por vapor, e problemas tais como vazamento de suprimento e contaminação são impedidos. Para garantir a vedabilidade da parte de enchimento, a parte de enchimento tem uma estrutura de múltiplas camadas (duas camadas ou mais), através da qual a alteração dimensional da porção de vedação devido ao encolhimento por cura do material de enchimento é reduzida. Assim, o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção pode ser usado repetidamente ao longo de um longo período de tempo em campos que exigem a esterilização por vapor ou esterilização por água quente, tais como a indústria de fermentação, preparação de produtos farmacêuticos, indústria alimentícia e tratamento de água. O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção pode ser usado ao longo de um longo período de tempo também em campos que exigem filtração contínua de alta temperatura, como a recuperação de água quente tal como solução de açúcar ou água de caldeira. Particularmente, usar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção permite a fermentação contínua que mantém estavelmente a produtividade alta ao longo de um longo período de tempo, permitindo a produção estável e de baixo custo de produtos químicos, produtos de fermentação, em várias indústrias de fermentação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[027] A Figura 1 é uma vista em corte longitudinal esquemática do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a primeira realização da presente invenção.

[028] A Figura 2 é uma vista em corte longitudinal esquemática do cartucho de membrana de fibra oca do módulo da Figura 1.

[029] A Figura 3 é uma vista ampliada da primeira parte de enchimento do módulo da Figura 1.

[030] A Figura 4 é uma vista de um corte transversal tomada ao longo da linha A-A do módulo da Figura 1.

[031] A Figura 5 é uma vista de um corte transversal tomada ao longo da linha B-B do módulo da Figura 1.

[032] A Figura 6 é uma vista em corte longitudinal esquemática do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a segunda realização da presente invenção.

[033] A Figura 7 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades da primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a terceira realização da presente invenção.

[034] A Figura 8 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades da primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a quarta realização da presente invenção.

[035] A Figura 9 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades da primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a quinta realização da presente invenção.

[036] A Figura 10 é uma vista ampliada da primeira parte de enchimento do módulo da Figura 9.

[037] A Figura 11 é um fluxograma que ilustra um exemplo do método para fabricar um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho.

[038] A Figura 12 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo do método para fabricar um módulo de membrana de fibra oca.

[039] A Figura 13 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo do método para fabricar um módulo de membrana de fibra oca.

[040] A Figura 14 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo do método para fabricar um módulo de membrana de fibra oca.

[041] A Figura 15 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo do método para fabricar um módulo de membrana de fibra oca.

[042] A Figura 16 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades da primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra de oca do Exemplo Comparativo 1.

[043] A Figura 17 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades da primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra de oca do Exemplo 4 e do Exemplo Comparativo 5.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[044] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com as realizações da presente invenção será agora descrito em detalhes em referência aos desenhos. Na presente invenção, os termos “superior” e “inferior” baseiam-se nos estados mostrados nos desenhos e são apenas para conveniência; o lado no qual um suprimento flui para dentro é definido como direção “inferior”, e o lado no qual o filtrado flui para fora como direção “superior”. Geralmente, as direções superior e inferior nas posturas do módulo de membrana de fibra de oca durante o uso correspondem às direções superior e inferior nos desenhos.

PRIMEIRA REALIZAÇÃO

[045] A configuração do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a primeira realização da presente invenção será descrita em referência aos desenhos. A Figura 1 é uma vista em corte longitudinal esquemática do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a primeira realização da presente invenção.

[046] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com a primeira realização inclui um alojamento, uma pluralidade de membranas de fibra oca contidas no alojamento, uma primeira parte de enchimento que enfeixa a pluralidade de membranas de fibra oca com sua primeira extremidade aberta, uma segunda parte de enchimento que enfeixa a pluralidade de membranas de fibra oca com sua segunda extremidade vedada e uma porção de vedação que veda de modo estanque a líquidos entre a primeira parte de enchimento e o alojamento.

ESTRUTURA DE MÓDULO

[047] Conforme mostrado na Figura 1, um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A inclui um alojamento e um cartucho de membrana de fibra oca 100 (Figura 2) contido no alojamento.

[048] O alojamento é composto de um corpo de alojamento oco 3 e uma tampa superior 4 e uma tampa inferior 5 fornecidas em cada extremidade do corpo de alojamento 3.

[049] Conforme mostrado na Figura 1, a parte superior do corpo de alojamento 3 é conectada de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar à tampa superior 4 que tem uma saída de filtrado 7, e a parte inferior do corpo de alojamento 3 à tampa inferior 5 que tem uma entrada de suprimento 6. A tampa superior 4 e a tampa inferior 5 são fixadas ao corpo de alojamento 3 com o uso de uma gaxeta 17 com um grampo ou similar conforme mostrado na Figura 1, por exemplo.

[050] O corpo de alojamento 3 tem flanges 3A e 3B em sua extremidade superior e extremidade inferior ao redor da circunferência do corpo de alojamento 3. No lado do corpo de alojamento 3, uma saída de suprimento 8 é fornecida próxima à saída de filtrado 7.

[051] A tampa superior 4 tem um diâmetro interno substancialmente igual ao diâmetro interno do corpo de alojamento 3 e se afunila para cima para formar a saída de filtrado 7. Na extremidade inferior da tampa superior 4, um degrau 4A, que é para formar um sulco quando a tampa superior 4 é conectada ao corpo de alojamento 3, é formado ao redor da circunferência da tampa superior 4. Quando o corpo de alojamento 3 está conectado à tampa superior 4, a extremidade inferior da tampa superior 4 entra em contato com a flange 3A do corpo de alojamento 3 para formar um sulco (parte de fixação), e esse sulco (parte de fixação) fixa um flange 11D de uma primeira parte de enchimento 11 descrita abaixo.

[052] A tampa inferior 5 tem um diâmetro interno substancialmente igual ao diâmetro interno do corpo de alojamento 3 e se afunila para baixo para formar a entrada de suprimento 6.

[053] A Figura 4 é uma vista de um corte transversal tomada ao longo da linha A-A em uma primeira posição de enchimento do módulo da Figura 1.

CARTUCHO

[054] Conforme mostrado na Figura 2, o cartucho de membrana de fibra oca 100 inclui um feixe de membranas de fibra oca 2 que inclui uma pluralidade de membranas de fibra oca 1 e partes de enchimento que são fornecidas em ambas as extremidades do feixe de membranas de fibra oca 2 e ligam, cada uma, as membranas de fibra oca 1 entre si. Como as partes de enchimento, o cartucho de membrana de fibra oca 100 tem a primeira parte de enchimento 11 disposta no lado da saída de filtrado 7 do alojamento e uma segunda parte de enchimento 12 disposta no lado da entrada de suprimento 6 do alojamento.

PRIMEIRA PARTE DE ENCHIMENTO

[055] A primeira parte de enchimento 11 disposta no lado da saída de filtrado 7 do alojamento, isto é, no lado superior do cartucho de membrana de fibra oca 100 é formada de um material de enchimento que liga as membranas de fibra oca 1 uma à outra em uma primeira extremidade do feixe de membranas de fibra oca 2.

[056] O feixe de membranas de fibra oca 2 é enfeixado com a face de extremidade superior das membranas de fibra oca 1 aberta. A primeira parte de enchimento 11 é cilíndrica e, em sua extremidade superior, o flange 11D é fornecido ao redor da circunferência da primeira parte de enchimento 11. No lado da primeira parte de enchimento 11, um degrau 11E é fornecido ao redor da circunferência. O degrau 11E torna o diâmetro externo da parte superior da primeira parte de enchimento 11 maior do que o diâmetro externo da parte inferior.

[057] O flange 11D da primeira parte de enchimento 11, como resultado da montagem da tampa superior 4 no corpo de alojamento 3, é posicionado no sulco (parte de fixação) formada entre o corpo de alojamento 3 e a tampa superior 4. A primeira parte de enchimento 11 é, assim, fixada à extremidade superior do corpo de alojamento 3. Entre o degrau 11E da primeira parte de enchimento e o corpo de alojamento 3, um anel em O 15 é disposto para fixar a primeira parte de enchimento de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar. Aqui, a primeira parte de enchimento 11 é fixada de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar comprimindo-se o anel em O 15 na direção radial do módulo de membrana de fibra de oca (a direção transversal na Figura 1). Para garantir a vedabilidade, a compressão do anel em O é de preferencialmente 8% a 30%.

[058] Conforme descrito acima, a primeira parte de enchimento 11 não é ligada diretamente ao corpo de alojamento 3, mas fixada de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar pelo anel em O 15. Portanto, diferentemente dos módulos de membrana de fibra de oca convencionais, o alojamento e o material de enchimento não serão separados pelo tratamento por calor, não causando, assim, um problema tal como o vazamento de um suprimento para o lado de filtrado ou contaminação. A fixação da primeira parte de enchimento de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar com um material de vedação tal como um anel em O é doravante referida como vedação, e uma porção fixada com o material de vedação como uma porção de vedação.

[059] Para fixar a primeira parte de enchimento 11 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar com o anel em O 15, é necessário estabilizar a dimensão do degrau 11E. Como um material de enchimento, uma resina tal como uma resina epóxi ou uma resina de poliuretano é usada, e tal material de enchimento, que é curado misturando-se dois componentes, passa por um encolhimento de volume durante a cura. Se o encolhimento resultar em uma deformação ou alteração dimensional do degrau 11E, a primeira parte de enchimento não pode ser vedada com um material de vedação tal como um anel em O, e um suprimento pode vazar para o lado de filtrado.

[060] Assim, no módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com essa realização, a primeira parte de enchimento 11 inclui uma parte de enchimento interna 11A e uma parte de enchimento externa 11B. Tal configuração em que a parte de enchimento é formada de mais do que uma camada reduz a alteração dimensional da parte de enchimento devido ao encolhimento por cura de um material de enchimento, através do qual a vedabilidade de um material de vedação é garantida.

[061] Mais particularmente, a parte de enchimento externa 11B pode ser formada fora da parte de enchimento interna 11A após a parte de enchimento interna 11A ter sido suficientemente encolhida na cura. No momento em que a parte de enchimento externa 11B é formada, a parte de enchimento interna 11A já foi encolhida na cura e, portanto, a alteração dimensional final do formato externo da primeira parte de enchimento 11 é derivada apenas a partir do encolhimento por cura da parte de enchimento externa 11B. Por tal razão, a alteração dimensional é reduzida em comparação ao caso em que a parte de enchimento é composta de uma única camada.

[062] Ademais, já que a alteração dimensional reduzida na direção de vedação leva à vedabilidade melhorada, tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa precisam ser formadas na direção de vedação. A direção de vedação é uma direção na qual um material de vedação é encolhido quando a primeira parte de enchimento é fixada com o material de vedação. Na Figura 3, por exemplo, o anel em O 15 é comprimido na direção transversal e o corte transversal tomado ao longo do anel em O 15 (corte transversal A-A na Figura 1) inclui tanto a parte de enchimento interna 11A quanto a parte de enchimento externa 11B (Figura 4).

[063] A parte de enchimento interna pode ter um formato simples, por exemplo, cilíndrico. Nessa realização, as estruturas fornecidas na superfície da primeira parte de enchimento 11, tais como o flange 11D e o degrau 11E, são definidas pela parte de enchimento externa 11B. A presente invenção, entretanto, não é limitada a essa configuração e, por exemplo, a parte de enchimento interna 11A também pode incluir estruturas tais como um degrau e um flange.

[064] Nessa realização, a parte de enchimento externa 11B está em contato com um membro de vedação. Em outras palavras, a superfície externa da primeira parte de enchimento 11 é definida pela parte de enchimento externa 11B.

[065] Quanto menor a proporção da parte de enchimento externa 11B na primeira parte de enchimento 11 é, menor a alteração dimensional geral pode ser. Para reduzir a alteração dimensional da primeira parte de enchimento e garantir a vedabilidade, a primeira parte de enchimento 11 tem preferencialmente uma proporção de comprimento P (%) na porção de vedação da primeira parte de enchimento 11 que satisfaz a Expressão (1) abaixo, em que P (%) representa a proporção do comprimento da parte de enchimento externa na direção de vedação no comprimento da primeira parte de enchimento na direção de vedação.

[066] A porção de vedação é uma porção da primeira parte de enchimento, em que um material de vedação tal como um anel em O ou uma gaxeta é montado. No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da Figura 1, a parte de enchimento é vedada com o anel em O 15 na direção radial do módulo. O comprimento da parte de enchimento externa na direção de vedação é D2a + D2b na Figura 3, e o comprimento da primeira parte de enchimento na direção de vedação é D na Figura 3.

[067] As resinas epóxi e resinas de poliuretano usadas como um material de enchimento têm usualmente um encolhimento por cura (encolhimento linear) de cerca de 0,2 a 1%. P na Expressão (1) acima pode ser apropriadamente estabelecido dentro da faixa acima de acordo com o encolhimento por cura de um material de enchimento usado.

[068] Por exemplo, no caso em que o encolhimento por cura de um material de enchimento é de 1%, a primeira parte de enchimento de uma estrutura de monocamada passa por uma alteração dimensional de 1%. Já que o encolhimento por cura não ocorre uniformemente, a porção de vedação da primeira parte de enchimento torna-se distorcida. Como resultado, pode haver locais em que o material de vedação não pode ser comprimido suficientemente, e um suprimento pode vazar para o lado de filtrado.

[069] Por outro lado, a primeira parte de enchimento de uma estrutura de duas camadas de uma parte de enchimento interna e uma parte de enchimento externa passa por uma alteração dimensional reduzida. Especificamente, quando o encolhimento por cura de um material de enchimento é de 1% e P na Expressão (1) acima é 16% ou menos, a alteração dimensional é reduzida para 0,3%, levando à vedabilidade melhorada.

[070] A espessura da parte de enchimento externa é de preferencialmente 2 mm ou mais, mais preferencialmente, 4 mm ou mais. Quando a espessura da parte de enchimento externa está nessa faixa preferível, um trajeto de fluxo suficiente é garantido entre a parte de enchimento interna e uma tampa de enchimento, e é improvável que bolhas e similares permaneçam durante o enchimento, impedindo defeitos de ocorrerem na porção de vedação.

[071] Nessa realização, a primeira parte de enchimento inteira é formada de um material de enchimento. A camada mais externa da primeira parte de enchimento 11, isto é, uma parte da primeira parte de enchimento 11 que está em contato com o anel em O 15 é uma parte de enchimento externa. A parte da parte de enchimento externa que está em contato com o anel em O 15 é referida como uma superfície de vedação e, para garantir a vedabilidade, a superfície de vedação tem preferencialmente uma aspereza média aritmética Ra de 1,6 μm ou menos. Quando a aspereza média aritmética Ra da superfície de vedação está nessa faixa preferível, é improvável que um vão ocorra entre a superfície de vedação e o material de vedação, e o vazamento é impedido de ocorrer. A aspereza média aritmética da superfície de vedação de 1,6 μm ou menos pode ser alcançada, por exemplo, com o uso de uma tampa de enchimento para o enchimento cuja superfície que forma a superfície de vedação tem uma aspereza média aritmética Ra de 1,6 μm ou menos. O material de enchimento tal como resina epóxi ou poliuretano é carregado em uma tampa de enchimento em um estado líquido e, então, curado e, se a aspereza média aritmética Ra da superfície da tampa de enchimento for 1,6 μm ou menos, então, a aspereza média aritmética Ra da superfície do material de enchimento curado em contato com a superfície da tampa de enchimento pode ser 1,6 μm ou menos. O material da tampa de enchimento usado é preferencialmente um que libera o material de enchimento bem, e os exemplos incluem resinas de flúor, polipropileno, poliacetal e polietileno.

[072] Por exemplo, quando um invólucro no qual a camada mais externa de uma parte de enchimento é formada antecipadamente, tal como um módulo de membrana de fibra de oca 102 na Figura 16, é usado, isto é, quando a parte de enchimento inclui um invólucro e um material de enchimento preenchido no invólucro, o encolhimento por cura do material de enchimento causa uma tensão de tração entre a parte de enchimento e o invólucro e é provável que a separação ocorra.

[073] Entretanto, de acordo com a configuração dessa realização, a primeira parte de enchimento 11 é formada da parte de enchimento interna 11A e da parte de enchimento externa 11B sozinhas. Em outras palavras, a primeira parte de enchimento inteira 11 é formada de um material de enchimento. Tal configuração não causa uma tensão de tração entre a parte de enchimento interna 11A e a parte de enchimento externa 11B, e é improvável que a separação ocorra.

[074] O material de enchimento para o uso na parte de enchimento interna e na parte de enchimento externa do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho pode ser de qualquer tipo contanto que tenha propriedades suficientes tais como resistência adesiva aos membros a serem ligados, resistência ao calor e durabilidade química, e é preferível usar uma resina epóxi ou uma resina de poliuretano, por exemplo. As resinas epóxi e as resinas de poliuretano, muitas das quais são excelentes na adesão às membranas de fibra oca, resistência ao calor de durabilidade química, são adequadas para o uso como um material de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com essa realização.

[075] O material de enchimento para formar a parte de enchimento externa tem preferencialmente uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 10 MPa ou mais, mais preferencialmente, 15 MPa ou mais. Na esterilização por vapor, é necessário elevar a temperatura de uma porção de esterilização a 121 °C ou mais, mas, de fato, a esterilização por vapor é frequentemente executada enquanto supre vapor a cerca de 125 °C a 130 °C porque a temperatura diminui devido à radiação de calor. Quando a tensão de rendimento compressiva do material de enchimento a 125 °C está na faixa preferível acima, a superfície de vedação da parte de enchimento externa, mesmo quando empurrada pelo material de vedação como resultado da expansão durante a esterilização por vapor, é resistente à deformação plástica, e é improvável que depressões ocorram. Já que depressões devido à deformação plástica são improváveis de ocorrer, é improvável que as depressões permaneçam na superfície de vedação quando o material de enchimento é encolhido retornando a temperatura à temperatura normal, como resultado do qual, uma compressão suficiente do material de vedação é garantida, e o vazamento é eficazmente impedido de ocorrer.

[076] O material de enchimento para formar a parte de enchimento externa tem preferencialmente uma resistência à tração a 80 °C de 5 MPa ou mais, mais preferencialmente, 10 MPa ou mais. Para impedir eficazmente uma diminuição na resistência à tração, é preferível usar um material de enchimento que tem um ponto de transição vítrea de 80 °C ou mais. O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção pode também ser usada para filtrar um líquido de alta temperatura. Por exemplo, no caso de uma solução de açúcar altamente concentrada, a filtração é, algumas vezes, executada com a viscosidade sendo reduzida elevando-se a temperatura a 60 °C a 80 °C. No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, o movimento da primeira parte de enchimento na direção axial é restrito ensanduichando-se o flange 11D da primeira parte de enchimento entre o flange 3A do corpo de alojamento 3 e o degrau 4A da tampa superior 4 e, quando uma diferença de pressão é produzida através da filtração ou retrolavagem entre o lado de suprimento e o lado de filtrado do módulo, uma tensão é gerada para empurrar o flange 11D da primeira parte de enchimento para cima ou para baixo. Nesse caso, se a resistência à tração a 80 °C do material de enchimento para formar a parte de enchimento externa estiver na faixa preferível acima, o flange 11D é menos propenso a rachar mesmo quando uma tensão é gerada durante a filtração de uma solução de alta temperatura ou retrolavagem, e a primeira parte de enchimento é menos provável de ser deslocada, como resultado do qual, a lavagem é eficazmente impedida de ocorrer. No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, o movimento da primeira parte de enchimento na direção axial é restrito pelo flange 11D da primeira parte de enchimento e, para garantir a vedabilidade de um material de vedação, é necessário fornecer a primeira parte de enchimento com um degrau de suporte para restringir o movimento da primeira parte de enchimento na direção axial. Portanto, também no caso de configurações diferentes do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, a primeira parte de enchimento tem uma porção em que a tensão conforme descrita acima é gerada durante a filtração ou retrolavagem.

[077] Como um material de enchimento para o uso na parte de enchimento externa do módulo de membrana de fibra de oca da presente invenção, por exemplo, uma resina epóxi ou poliuretano podem ser usados, e, a partir do ponto de vista da resistência ao calor, é preferível usar uma resina epóxi. As resinas epóxi são curadas reagindo-se uma resina de base com um agente de cura, e os exemplos da resina de base incluem resinas epóxi do tipo bisfenol A, resinas epóxi do tipo bisfenol F, resinas epóxi do tipo novolac, resinas epóxi do tipo naftaleno, resinas epóxi do tipo bisfenila e resinas epóxi do tipo ciclopentadieno. As mesmas podem ser usadas sozinhas ou em combinação de duas ou mais. Os exemplos do agente de cura incluem aminas alifáticas, aminas de poliéter, aminas aromáticas e anidridos de ácido orgânicos, dentre os quais, aminas alifáticas e compostos modificados das mesmas são preferenciais. As aminas alifáticas, que são reativas e promovem a reação mesmo em uma atmosfera em temperatura normal, fornecem uma resina epóxi que tem uma alta tensão de rendimento compressiva e uma alta resistência à tração a uma alta temperatura. Os exemplos de aminas alifáticas incluem trietilenotetramina, dimetilaminopropilamina, dietilenotriamina, tetraetilenopentamina, dipropilenodiamina, hexametilenodiamina, N-aminoetilpiperazina, m- xilenidiamina e compostos modificados das mesmas. As mesmas podem ser usadas sozinhas ou em combinação de duas ou mais. Ademais, qualquer outro tipo de agente de cura tal como poliéter amina, poliamida e aduto de amina pode ser usado em combinação na medida em que a resistência ao calor de um reagente não seja prejudicada.

[078] Entretanto, quando uma amina alifática é usada como um agente de cura, o calor da reação pode aumentar a temperatura a tão alto quanto 100 °C ou mais, levando à formação de fumaça ou fusão de uma tampa de enchimento. Para reduzir a geração de calor, adicionar um filtro tal como sílica, fibra de vidro ou carbonato de cálcio é eficaz, e a proporção da carga em um material de enchimento é de preferencialmente 20% em peço a 80% em peso. Quando a proporção da carga está nessa faixa preferível, a geração de calor é eficazmente reduzida e, adicionalmente, a viscosidade não é muito alta, o que é adequada para o enchimento. Adicionar uma carga também melhora a tensão de rendimento compressiva e a resistência à tração. Quando uma carga tal como sílica é usada, a resistência adesiva entre uma resina epóxi e a carga pode ser melhorada adicionando-se um agente de acoplamento de silano. Particularmente no caso de um módulo de membrana de fibra de oca grande que inclui uma primeira parte de enchimento com um diâmetro de 100 mm ou mais, a área de superfície específica da primeira parte de enchimento é pequena, e a quantidade de radiação de calor é pequena, como resultado da qual, a temperatura tende a aumentar por causa da geração de calor durante a reação, levando aos problemas descritos acima tal como formação de fumaça. Entretanto, a parte de enchimento externa do módulo de membrana de fibra de oca de cartucho da presente invenção é disposta apenas na parte externa da parte de enchimento interna e tem uma área de superfície específica grande e, portanto, a quantidade de radiação de calor é grande, como resultado do qual, um aumento de temperatura excessiva é impedido mesmo no caso de um módulo de membrana de fibra de oca grande que inclui uma primeira parte de enchimento com um diâmetro de 100 mm ou mais.

[079] Para a parte de enchimento interna, a temperatura tende a aumentar porque a quantidade de radiação de calor é pequena e, portanto, é preferível usar um material de enchimento que gera uma quantidade menor de calor de ração do que a parte de enchimento externa particularmente no caso de um módulo de membrana de fibra de oca grande incluindo uma primeira parte de enchimento com um diâmetro de 100 mm ou mais. O material de enchimento da parte de enchimento interna é preferencialmente um que tem resistência ao calor suficiente e, por exemplo, uma resina epóxi ou poliuretano pode ser usado. Quando uma resina epóxi é usada, os exemplos da resina de base incluem resinas epóxi do tipo bisfenol A, resinas epóxi do tipo bisfenol F, resinas epóxi do tipo novolac, resinas epóxi do tipo naftaleno, resinas epóxi do tipo bisfenila e resinas epóxi do tipo ciclopentadieno. As mesmas podem ser usadas sozinhas ou em combinação de duas ou mais. Os exemplos do agente de cura incluem poliéter amina, poliamida e aduto de amina. Os mesmos podem ser usados sozinhos ou em combinação de dois ou mais. Ademais, qualquer outro tipo de agente de cura tal como amina alifática pode ser usado em combinação na medida em que o calor de reação em excesso não é gerado. À resina epóxi, uma carga tal como sílica, fibra de vidro ou carbonato de cálcio pode ser adicionada.

[080] O poliuretano pode ser obtido reagindo-se isocianato com poliol. Quando poliuretano é usado como um material de enchimento da parte de enchimento interna, os exemplos de isocianato incluem diisocianato de tolileno (TDI), diisocianato de difenilmetano (MDI), polifenil isocianato de polimetileno (MDI polimérico) e diisocianato de xilileno (XDI). Os mesmos podem ser usados sozinhos ou em combinação de dois ou mais. Os exemplos de poliol incluem polióis à base de polibutadieno, polióis modificados por ácido dímero, polióis modificados por resina epóxi e politetrametileno glicol. Os mesmos podem ser usados sozinhos ou em combinação de dois ou mais. Ademais, qualquer outro tipo de poliol tal como poliol de óleo de rícino, policarbonato diol e poliéster poliol pode ser usado em combinação na medida em que a resistência ao calor e umidade de um reagente não é prejudicada.

[081] Para a parte de enchimento interna e a parte de enchimento externa, é preferível usar materiais de enchimento que têm coeficientes de expansão linear similares. Quando os coeficientes de expansão linear da parte de enchimento interna e da parte de enchimento externa são similares, a diferença na expansão térmica durante o aquecimento de vapor é pequena, como resultado da qual, a tensão que gera entre a parte de enchimento interna e a parte de enchimento externa é pequena, e é improvável que a separação ocorra.

[082] A primeira parte de enchimento pode ter uma estrutura de múltiplas camadas (três camadas ou mais). Nesse caso, a camada de enchimento localizada na parte mais externa na direção de vedação é uma parte de enchimento externa. Ademais, a parte de enchimento interna pode ser dividida em uma pluralidade de partes, e o espaço entre a pluralidade de partes de enchimento internas e sua circunferência inteira pode ser formado de uma parte de enchimento externa.

[083] Na primeira realização, as membranas de fibra oca 1 são ligadas apenas pela parte de enchimento interna 11A, conforme mostrado na Figura 4, mas as membranas de fibra oca 1 podem ser ligadas também na parte de enchimento externa 11B.

SEGUNDA PARTE DE ENCHIMENTO

[084] No lado da entrada de suprimento 6 do alojamento, a segunda parte de enchimento 12, a extremidade inferior do cartucho de membrana de fibra oca 100, é disposta. A segunda parte de enchimento 12, na qual uma segunda extremidade das membranas de fibra oca 1 é localizada, inclui o feixe de membranas de fibra oca 2 que inclui uma pluralidade das membranas de fibra oca 1 e um segundo invólucro de parte de enchimento 13 ligado ao feixe de membranas de fibra oca 2 com um material de enchimento. As porções ocas das membranas de fibra oca 1 são vedadas com um material de enchimento e não abertas. O segundo invólucro de parte de enchimento 13 tem um formato cilíndrico que tem um fundo em seu lado inferior, e seu diâmetro externo é menor do que o diâmetro interno do corpo de alojamento 3. A segunda parte de enchimento 12 tem um orifício passante 14, que serve como um trajeto de fluxo de um suprimento.

[085] O material de enchimento para o uso na segunda parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho pode ser de qualquer tipo contanto que tenha propriedades suficientes tais como resistência adesiva aos membros a serem ligados, resistência ao calor e durabilidade química, e, por exemplo, uma resina epóxi ou uma resina de poliuretano pode ser usada.

[086] A Figura 5 é uma vista de um corte transversal tomada ao longo da linha B-B em uma segunda posição de enchimento do módulo da Figura 1.

MEMBRANA DE FIBRA OCA

[087] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho de acordo com esta realização inclui uma membrana de fibra oca como uma membrana de separação. As membranas de fibra oca são vantajosas porque as mesmas têm tipicamente uma área da superfície específica maior do que membranas planas e têm a capacidade de filtrar uma quantidade maior de líquido por unidade de tempo. As membranas de fibra oca incluem membranas simétricas que têm um tamanho de poro geralmente uniforme, membranas assimétricas que tem um tamanho de poro que varia na direção da espessura da membrana e membranas compósitas que têm uma camada de suporte para reter a resistência e uma camada funcional de separação para separar uma substância alvo.

[088] O tamanho médio de poro das membranas de fibra oca pode ser selecionado conforme apropriado de acordo com a substância a ser separada e, no caso, por exemplo, de separar micro-organismos tais como bactérias e fungos e células animais, o tamanho médio de poro é preferencialmente 10 nm a 220 nm. Um tamanho médio de poro menor do que 10 nm pode levar à baixa permeabilidade à água, e um tamanho médio de poro maior do que 220 nm pode levar ao vazamento de micro-organismos e similares. No caso de separar, por exemplo, proteínas de peso molecular baixo, é preferível usar uma membrana de fibra oca que tem um tamanho médio de poro de 2 nm a 20 nm. O tamanho médio de poro na presente invenção é definido como o tamanho de poro de uma camada compacta que tem o menor tamanho de poro.

[089] A membrana de separação pode ser de qualquer material, e a membrana de separação pode conter, por exemplo, resinas de flúor tais como politetrafluoroetileno, fluoreto de polivinilideno, fluoreto de polivinila, copolímero de tetrafluoroetileno/hexafluoropropileno e copolímero de etileno/tetrafluoroetileno, ésteres de celulose tais como acetato de celulose, acetato propionato de celulose e acetato butirato de celulose, resinas de polissulfona tais como polissulfona e polietersulfona e resinas tais como poliacrilonitrilo, poliimida e polipropileno. Particularmente, uma membrana de separação que inclui resinas de flúor e resinas de polissulfona é adequada para o uso no módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho por sua alta resistência ao calor, alta resistência física e alta resistência química.

[090] A membrana de fibra oca pode conter adicionalmente uma resina hidrofílica adicionalmente às resinas de flúor e resinas de polissulfona. A resina hidrofílica pode aumentar a capacidade hidrofílica da membrana de separação e melhorar a permeabilidade à água da membrana. A resina hidrofílica pode ser qualquer resina que tem a capacidade de conferir capacidade hidrofílica à membrana de separação e não é limitada a um composto específico, e, por exemplo, ésteres de celulose, ésteres vinílicos de ácido graxo, vinil pirrolidona, óxido de etileno, óxido de propileno, resinas de éster de ácido polimetacrílico e resinas de éster de ácido poliacrílico são adequados para o uso.

[091] Quando um cartucho de membrana de fibra oca é fabricado, as membranas de fibra oca são carregadas em uma tampa de enchimento e fixadas com um material de enchimento. Para aumentar a manuseabilidade e impedir a falha de adesão, as membranas de fibra oca são secas antecipadamente. Entretanto, a maioria das membranas de fibra oca encolhem desvantajosamente mediante a secagem para diminuir sua permeabilidade à água, e, portanto, as membranas de fibra oca são imersas em uma solução de glicerina aquosa antes de serem secas. Quando as membranas de fibra oca são imersas em uma solução de glicerina aquosa antes de serem secas, a glicerina permanece nos poros para impedir o encolhimento seco, e a imersão subsequente em um solvente tal como etanol pode recuperar a permeabilidade à água.

[092] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho pode ser usado após ser esterilizado por vapor, mas alguns tipos de membranas de fibra oca encolhem mediante a esterilização por vapor. Portanto, se a esterilização por vapor for realizada após o módulo ser fabricado, o encolhimento das membranas de fibra oca pode fazer com que as membranas de fibra oca sejam danificadas ou fazer com que as membranas de fibra oca sejam separadas de um material de enchimento. Assim, é desejável fabricar um módulo de modo que as membranas de fibra oca sejam vaporizadas e encolhidas antecipadamente, e, então, o enchimento é executado. A esterilização por vapor é tipicamente executada a 121 °C ou mais, e, portanto, é desejável realizar um pré-tratamento com o uso de vapor a 121 °C ou mais.

MATERIAL DE VEDAÇÃO

[093] Os materiais de vedação para o uso no módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho, tais como um anel em O e uma gaxeta, podem ser qualquer material contanto que os mesmos tenham propriedades suficientes tais como resistência ao calor e durabilidade química, e, por exemplo, borracha de flúor, borracha de silicone e borracha de etileno propileno dieno (EPDM) podem ser usadas.

MATERIAIS DE ALOJAMENTO E INVÓLUCRO CILÍNDRICO

[094] O alojamento para o uso no módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho pode ser de qualquer material contanto que o mesmo tenha propriedades suficientes tais como resistência ao calor e durabilidade química, e os exemplos incluem resinas de polissulfona, resinas de flúor tais como fluoresinas de politetrafluoroetileno e perfluoroalcóxi, policarbonato, polipropileno, polimetilpenteno, sulfeto de polifenileno, poliéter cetona, aço inoxidável e alumínio. Os materiais do invólucro cilíndrico e do segundo invólucro de parte de enchimento para uso no módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho podem ser quaisquer materiais, e, por exemplo, podem ser selecionados a partir dos mesmos materiais que aqueles do alojamento.

SEGUNDA REALIZAÇÃO

[095] A configuração de um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101B de acordo com a segunda realização da presente invenção será descrita em referência ao desenho. A Figura 6 é uma vista em corte longitudinal esquemática do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101B de acordo com a segunda realização. Deve ser notado que, para a parte não mencionada da configuração do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101B, a mesma estrutura que esta do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da primeira realização pode ser aplicada. Os membros que têm a mesma função que esta dos membros descritos na primeira realização são representados pelo mesmo símbolo e não descritos.

[096] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101B de acordo com a segunda realização tem a mesma estrutura que esta do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da primeira realização exceto que a primeira parte de enchimento 112 inclui adicionalmente uma parte de enchimento protetor 11C. A parte de enchimento protetor 11C é fornecida na superfície inferior (a superfície da primeira parte de enchimento 112 voltada para a segunda parte de enchimento 12: a superfície da primeira parte de enchimento 112 através da qual as membranas de fibra oca estão se estendendo) da primeira parte de enchimento 112.

[097] Geralmente, em um módulo, quando um suprimento é fluido, as membranas de fibra oca são submetidas a uma grande tensão na face de extremidade de uma parte de enchimento pelo contato com a parte de enchimento, como resultado do qual as membranas de fibra oca são propensas à ruptura aqui.

[098] Em contraste, nessa realização, a primeira parte de enchimento 112 inclui a parte de enchimento protetor 11C formada de um material de enchimento que tem alta elasticidade. Quando as membranas de fibra oca 1 são agitadas por fluxo líquido ou lavagem de ar, a parte de enchimento protetor 11C estira-se para seguir o movimento das membranas de fibra oca 1, reduzindo, assim, a tensão nas membranas de fibra oca 1. Dessa maneira, a parte de enchimento protetor 11C reduz a tensão nas membranas de fibra oca 1 devido ao contato entre as membranas de fibra oca 1 e a primeira parte de enchimento 112 na superfície inferior da primeira parte de enchimento 112, impedindo, assim, as membranas de fibra oca 1 de romperem.

[099] O material de enchimento para formar a parte de enchimento protetor 11C tem preferencialmente resistência ao calor suficiente e uma elasticidade de 30% ou mais, mais preferencialmente 50% ou mais. Para a parte de enchimento protetor 11C, por exemplo, resinas epóxi, resinas de poliuretano e resinas de silicone podem ser usadas. A elasticidade da parte de enchimento protetor 11C é preferencialmente maior do que as elasticidades da parte de enchimento interna e da parte de enchimento externa.

[0100] A segunda parte de enchimento 12 do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101B também pode ser formada apenas do feixe de membranas de fibra oca 2 e de um material de enchimento conforme mostrado na Figura 6. Na segunda parte de enchimento, as porções ocas das membranas de fibra oca são também vedadas com um material de enchimento, e, portanto, um suprimento nunca vaza para o lado de filtrado mesmo quando o segundo invólucro de parte de enchimento 13 e o material de enchimento da primeira realização (Figura 1) são separados. Quando o segundo invólucro de parte de enchimento 13 e o material de enchimento são separados, entretanto, o segundo invólucro de parte de enchimento 13 pode ser descolado ou substâncias turvas podem ser depositadas em um vão resultante da separação. Esses problemas podem ser impedidos pela formação da segunda parte de enchimento 12 com o uso do feixe de membranas de fibra oca 2 e do material de enchimento sozinhos.

[0101] A segunda parte de enchimento 12 pode ser suspensa a partir do feixe de membranas de fibra oca 2, conforme mostrado na Figura 6, ou pode ser retida com o uso de um pino ou similar para restringir o movimento na direção axial do módulo. Restringir o movimento da segunda parte de enchimento 12 na direção axial com o uso de um pino ou similar pode impedir, por exemplo, a ruptura das membranas de fibra oca devido a um movimento para baixo da segunda parte de enchimento 12 e flexão das membranas de fibra oca devido a um movimento para cima da segunda parte de enchimento 12. Nesse caso, é preferível usar um material de enchimento que tem resistência suficiente porque uma carga é aplicada a uma parte da segunda parte de enchimento 12 em que o pino está em contato.

TERCEIRA MODALIDADE

[0102] A configuração de um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C de acordo com a terceira realização da presente invenção será descrita em referência ao desenho.

[0103] A Figura 7 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades de uma primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C de acordo com a terceira realização. Para a parte não mencionada da configuração do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C, a mesma estrutura que esta do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da primeira realização pode ser aplicada. Os membros que têm a mesma função que esta dos membros descritos na primeira realização são representados pelo mesmo símbolo e não descritos. O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C de acordo com a terceira realização tem substancialmente a mesma configuração que esta do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da primeira realização exceto que o invólucro cilíndrico 9 é incluído.

[0104] O invólucro cilíndrico 9 é um membro substancialmente cilíndrico e contido no corpo de alojamento 3 de modo que a direção de altura do cilindro seja ao longo da direção de altura do corpo de alojamento 3. No exterior do invólucro cilíndrico 9, um flange 9A e um degrau 9B são fornecidos. O flange 9A é uma projeção radialmente para fora fornecida na extremidade superior do invólucro cilíndrico 9 ao redor do perímetro do invólucro cilíndrico 9. O degrau 9B também é fornecido ao redor do perímetro do invólucro cilíndrico 9. O degrau 9B torna o diâmetro externo da parte superior do invólucro cilíndrico 9 maior do que o diâmetro externo da parte inferior.

[0105] Para o propósito de impedir um fluxo desigual de um suprimento durante a operação de filtração, o invólucro cilíndrico 9 é dotado de orifícios de distribuição 10 próximos à saída de suprimento 8 do corpo de alojamento 3. Em um fluxo cruzado, o suprimento flui para o módulo através da entrada de suprimento 6 e flui para fora através da saída de suprimento 8. Os orifícios de distribuição 10 impedem o fluxo de suprimento no módulo de se inclinar para o lado da saída de suprimento 8.

[0106] A tampa superior 4 inclui adicionalmente um degrau 4B fornecido abaixo do degrau 4A. O degrau 4B, similarmente ao degrau 4A, é formado ao redor da circunferência da tampa superior 4. Quando a tampa superior 4 é montada no corpo de alojamento 3, um sulco é formado entre a superfície superior do flange 3A do corpo de alojamento e do degrau 4B. O flange 9A do invólucro cilíndrico 9 se encaixa nesse sulco. Em outras palavras, o invólucro cilíndrico 9 é fixado ao corpo de alojamento 3 ensanduichando-se o flange 9A entre a tampa superior 4 e o corpo de alojamento 3.

[0107] O diâmetro interno do invólucro cilíndrico 9 é menor do que o diâmetro do degrau 4A da tampa superior 4. Assim, em um estado em que o invólucro cilíndrico 9 é fixado ao corpo de alojamento 3, um sulco é formado entre a superfície superior do invólucro cilíndrico 9 e o degrau 4A da tampa superior 4.

[0108] A primeira parte de enchimento 113 é contida no invólucro cilíndrico 9. O flange 11D da primeira parte de enchimento encaixa no sulco formado entre a superfície superior do invólucro cilíndrico 9 e o degrau 4A da tampa superior 4. Ademais, uma gaxeta 18 é disposta na parte superior (o lado de filtrado) da primeira parte de enchimento. Em outras palavras, a primeira parte de enchimento 113 é fixada ao invólucro cilíndrico e ao alojamento ensanduichando-se o flange 11D juntamente com a gaxeta 18 entre a tampa superior 4 e o invólucro cilíndrico 9.

[0109] A gaxeta 18 serve para isolar o espaço sem saída definido pela primeira parte de enchimento, pela tampa superior 4, pelo invólucro cilíndrico 9 e pelo anel em O 15 de um espaço no lado de filtrado. Em tal espaço sem saída, o filtrado e a drenagem de vapor resultantes da esterilização por vapor são propensos a acumular, levando à capacidade de lavagem pobre e à capacidade de esterilização pobre. Para garantir a capacidade de lavagem e a capacidade de esterilização do módulo, é preferível isolar tal espaço sem saída com o uso da gaxeta 18.

[0110] Entre o degrau 11E da primeira parte de enchimento e a superfície interna do invólucro cilíndrico 9, o anel em O 15 está disposto. Através do anel em O 15, a primeira parte de enchimento 113 é fixada ao invólucro cilíndrico 9 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar. O anel em O 15 é comprimido entre o invólucro cilíndrico 9 e a primeira parte de enchimento 113 na direção radial do módulo para, assim, fixar a primeira parte de enchimento de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar.

[0111] Entre o degrau 9B do invólucro cilíndrico e o corpo de alojamento 3, um anel em O 16 é disposto. Através do anel em O 16, o invólucro cilíndrico 9 é fixado ao corpo de alojamento 3 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar.

[0112] Na esterilização por vapor do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C, se a parte inferior do invólucro cilíndrico estiver em contato com o corpo de alojamento 3, a drenagem de vapor pode acumular para resultar em uma elevação de temperatura insuficiente, o que causa esterilização pobre. Para impedir um acúmulo da drenagem de vapor, é preferível fornecer um espaço livre para descarregar a drenagem de vapor entre a parte inferior do invólucro cilíndrico e o corpo de alojamento 3, e o tamanho do espaço livre é preferencialmente 1 mm ou mais.

QUARTA REALIZAÇÃO

[0113] A configuração de um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101D de acordo com a quarta realização da presente invenção será descrita em referência ao desenho.

[0114] A Figura 8 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades de uma primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101D de acordo com a quarta realização. Para a parte não mencionada da configuração do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101D, a mesma estrutura que aquela do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da primeira realização e do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C da terceira realização pode ser aplicada. Os membros que têm a mesma função que esta dos membros descritos na primeira realização e na terceira realização são representados pelo mesmo símbolo e não descritos. O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101D de acordo com a quarta realização tem substancialmente a mesma configuração que esta do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C da terceira realização exceto que um sulco 11F e uma placa de suporte 24 são incluídos.

[0115] A primeira parte de enchimento 114 tem um sulco rebaixado para dentro 11F na metade da direção de altura da primeira parte de enchimento. A placa de suporte 24 é inserida no sulco 11F, e a placa de suporte 24 é fixada ao corpo de alojamento 3, através da qual a primeira parte de enchimento 114 é sustentada, e seu movimento na direção axial é restringido.

[0116] Entre a primeira parte de enchimento 114 e o invólucro cilíndrico 91, o anel em O 15 é disposto, e, através do anel em O 15, a primeira parte de enchimento 114 é fixada ao invólucro cilíndrico 91 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar. Entre o invólucro cilíndrico 91 e o corpo de alojamento 3, o anel em O 16 é disposto, e, através do anel em O 16, o invólucro cilíndrico 91 é fixado ao corpo de alojamento 3 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar. Em uma face de extremidade (superfície superior) no lado de filtrado da primeira parte de enchimento 114, um sulco circunferencialmente contínuo 11G é fornecido nas proximidades do perímetro da face. No sulco 11G, a gaxeta 18 é disposta. A gaxeta 18 está em contato com o degrau 4A da tampa superior para, assim, fixar a primeira parte de enchimento 114 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar à tampa superior 4. Especificamente, a gaxeta 18 é comprimida na direção axial do módulo para fixar, assim, a primeira parte de enchimento de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar. O sulco 11G é formado pela parte de enchimento externa 11B.

QUINTA REALIZAÇÃO

[0117] A configuração de um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E de acordo com a quinta realização da presente invenção será descrita em referência aos desenhos. A Figura 9 é uma vista em corte longitudinal esquemática das proximidades de uma primeira parte de enchimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E de acordo com a quinta realização, e a Figura 10 é uma vista ampliada da primeira parte de enchimento 115 do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E da Figura 9.

[0118] Para a parte não mencionada da configuração do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E, a mesma estrutura que aquela do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A da primeira realização e do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C da terceira realização pode ser aplicada. Os membros que têm a mesma função que esta dos membros descritos na primeira realização e na terceira realização são representados pelo mesmo símbolo e não descritos.

[0119] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E de acordo com a quinta realização tem substancialmente a mesma configuração que esta do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C da terceira realização exceto que a primeira parte de enchimento 115 que tem um formato diferente desta da primeira parte de enchimento 113 é incluída.

[0120] O invólucro cilíndrico 92 tem substancialmente a mesma configuração que esta do invólucro cilíndrico 9 descrito acima exceto que um degrau interior 9C é incluído. O degrau interior 9C é uma projeção radialmente para dentro na superfície interna do invólucro cilíndrico 92 na metade da direção de altura do invólucro cilíndrico 92. O degrau interior 9C é fornecido circunferencialmente na superfície interna do invólucro cilíndrico 92.

[0121] A localização e a direção de vedação do anel em O 16 são as mesmas que na terceira realização descrita acima.

[0122] Em uma face de extremidade (superfície superior) no lado de filtrado da primeira parte de enchimento 115, um sulco circunferencialmente contínuo 11G é fornecido nas proximidades do perímetro da face. No sulco 11G, a gaxeta 18 é disposta. A gaxeta 18 está em contato com o degrau 4A da tampa superior para, assim, fixar a primeira parte de enchimento 115 de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar à tampa superior 4. Especificamente, a gaxeta 18 é comprimida na direção axial do módulo para fixar, assim, a primeira parte de enchimento de modo estanque a líquidos e de modo estanque a ar. O sulco 11G é formado pela parte de enchimento externa 11B.

[0123] Nessa estrutura, um espaço sem saída que se estende para baixo definido pela primeira parte de enchimento 115, pelo invólucro cilíndrico 92 e pelo anel em O 15 é isolado do filtrado, como resultado do qual, o filtrado é impedido de entrar no espaço sem saída que se estende para baixo para formar uma poça líquida. Essa estrutura é excelente na capacidade de lavagem.

[0124] Quando a esterilização por vapor é necessária também no lado de filtrado do módulo, é preferível isolar o espaço sem saída que se estende para baixo com o uso da gaxeta 18 porque a drenagem de vapor pode se acumular no espaço sem saída que se estende para baixo para diminuir a temperatura e resultar em uma esterilização pobre. Por exemplo, em um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101F mostrado na Figura 17, há um espaço (espaço sem saída que se estende para baixo) no sulco 11G em que a gaxeta 18 é ausente. Nesse espaço sem saída, que se situa abaixo da face de extremidade do feixe de membranas de fibra oca 2, a drenagem de vapor não descarregada pode se acumular. Na esterilização por vapor, é desejável elevar a temperatura de um local a ser esterilizado a 121 °C ou mais, e o acúmulo da drenagem de vapor é preferencialmente tão pouco quanto possível. Para elevar eficazmente a temperatura na esterilização por vapor, a profundidade (X) do espaço sem saída que se estende para baixo é preferencialmente 2 mm ou menos e, mais preferencialmente, não há nenhum espaço sem saída que se estende para baixo (X < 0 mm).

[0125] No módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E da Figura 9, a primeira parte de enchimento 115 é vedada com o uso do anel em O 15 na direção radial e na direção axial do módulo. Ademais, nessa realização, a parte de enchimento externa 11B é disposta de modo que a mesma cubra a superfície lateral e a superfície inferior da parte de enchimento interna 11A, como resultado do qual, tanto a parte de enchimento interna 11A quanto a parte de enchimento externa 11B são formadas em duas direções de vedação (isto é, na direção radial e na direção axial). Na direção de vedação radial, o comprimento da parte de enchimento externa é D2a + D2b na Figura 10, e o comprimento da primeira parte de enchimento é D. Na direção de vedação axial, o comprimento da parte de enchimento externa é L2a + L2b, e o comprimento da primeira parte de enchimento de uma porção de vedação é L.

MÉTODO PARA FABRICAR O CARTUCHO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA

[0126] Um método para fabricar um cartucho de membrana de fibra oca em um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho será agora descrito.

[0127] Como um método de enchimento, tanto o método de enchimento centrífugo no qual um material de enchimento líquido é permitido a penetrar entre as membranas de fibra oca com o uso de uma força centrífuga e, então, curado quanto o método de enchimento estático no qual um material de enchimento líquido é suprido a partir de uma bomba de medição ou um cabeçote para fluir espontaneamente, permitido a penetrar entre as membranas de fibra oca 1 e, então, curado podem ser usados.

[0128] O método de enchimento centrífugo é vantajoso pelo fato de que se permite que um material de enchimento penetre facilmente entre as membranas de fibra oca por uma força centrífuga, e materiais de enchimento de alta viscosidade também podem ser usados. Quando uma resina de poliuretano é usada como um material de enchimento para ligar as membranas de fibra oca 1, a água nas membranas de fibra oca 1 reage com o isocianato para produzir dióxido de carbono, causando bolhas, e, portanto, é difícil usar uma resina de poliuretano no método de enchimento estático. No método de enchimento centrífugo, uma resina de poliuretano pode ser usada como um material de enchimento para ligar as membranas de fibra oca 1 porque a força centrífuga cria uma pressão em direção às extremidades do módulo para expelir as bolhas para dentro. Por outro lado, o enchimento estático não exige equipamento grande tal como máquinas de moldagem centrífuga.

[0129] Após o enchimento ser finalizado e o material de enchimento ser curado, uma parte de enchimento em uma extremidade é cortada para abrir a face de extremidade das membranas de fibra oca 1. Antes de executar o enchimento, é desejável realizar um tratamento de preenchimento para vedar as porções ocas nas extremidades das membranas de fibra oca 1 com um adesivo de silicone ou similares. O tratamento de preenchimento pode impedir que o material de enchimento entre adicionalmente nas porções ocas, impedindo, assim, a ocorrência de fibras obstruídas nas quais o material de enchimento preenche as porções ocas para bloquear o filtrado.

[0130] No enchimento, a superfície interna do segundo invólucro de parte de enchimento 13 e a superfície da parte de enchimento interna 11A podem ser submetidas a tratamentos tais como preenchimento, tratamento com plasma e tratamento com iniciador para melhorar a adesão.

[0131] Um método para fabricar o cartucho de membrana de fibra oca 100 de acordo com a primeira realização será agora descrito em referência ao fluxograma da Figura 11. Deve ser notado que o método de fabricação descrito abaixo pode ser aplicado a cartuchos nos módulos de todas as realizações descritas acima.

[0132] Primeiro, o feixe de membranas de fibra oca 2 é colocado no aparelho de enchimento centrífugo mostrado na Figura 12, e o enchimento centrífugo é realizado para formar a parte de enchimento interna 11A conforme mostrado na Figura 13 (etapa S1).

[0133] A parte central do feixe de membranas de fibra oca 2 é alojada em um invólucro cilíndrico de cloreto de polivinila 20, e uma primeira extremidade das membranas de fibra oca 1 e uma segunda extremidade das membranas de fibra oca 1 são inseridas em uma primeira tampa de enchimento 21A e no segundo invólucro de parte de enchimento 13, respectivamente. Um pino 23 é inserido em cada orifício passante no fundo do segundo invólucro de parte de enchimento 13, e o segundo invólucro de parte de enchimento 13 e o pino 23 são alojados dentro de uma segunda tampa de enchimento 22. A primeira extremidade das membranas de fibra oca 1 é preliminarmente submetida a um tratamento de preenchimento com um adesivo de silicone. Ao invólucro cilíndrico de cloreto de polivinila 20, um supridor de material de enchimento 19 é conectado, e o aparelho inteiro é girado em uma máquina de moldagem centrífuga para criar uma força centrífuga, através da qual o material de enchimento pode ser suprido a uma tampa de enchimento 21A e ao segundo invólucro de parte de enchimento 13. O material de enchimento pode ser suprido à tampa de enchimento 21A e ao segundo invólucro de parte de enchimento 13 simultânea ou individualmente.

[0134] Após a parte de enchimento interna 11A ser formada, a tampa de enchimento 21A é removida, e a parte de enchimento interna 11A é curada e encolhida (etapa S2). No encolhimento por cura, o tratamento por calor pode ser realizado para promover a reação. Embora o encolhimento por cura já tenha ocorrido durante o enchimento centrífugo, a promoção adicional do encolhimento por cura nessa etapa estabiliza a dimensão da primeira parte de enchimento.

[0135] Em outras palavras, a etapa de formar uma parte de enchimento interna inclui uma etapa de disposição de material de enchimento interno na qual um material de enchimento é preenchido entre as membranas de fibra oca e uma etapa de cura na qual o material de enchimento é curado. Nessa realização, a etapa de disposição de material de enchimento interno é executada com o uso do enchimento centrífugo da etapa S1. Parte da etapa de cura também procede na etapa S1. Ademais, a etapa de cura é executada também na etapa S2 para concluir o encolhimento por cura da parte de enchimento interna.

[0136] Na etapa S2, a cura é preferencialmente executada até que não haja alteração dimensional devido à reação de cura.

[0137] As condições de tratamento por calor para promover a cura variam dependendo do tipo de material de enchimento para o uso e podem ser apropriadamente selecionadas de acordo com o tipo de material de enchimento.

[0138] A parte de enchimento interna 11A é, então, montada nas tampas de enchimento 21B e 21C e colocada em um aparelho de enchimento centrífugo para realizar o enchimento centrífugo, formando, assim, a parte de enchimento externa 11B conforme mostrado na Figura 14 (etapa S3). Nessa etapa, um espaço livre suficiente entre as tampas de enchimento 21B e 21C e a parte de enchimento interna 11A facilita a entrada do material de enchimento líquido, impedindo eficazmente defeitos tais como bolhas de ocorrem na parte de enchimento externa 11B. Portanto, entre as tampas de enchimento 21B e 21C e a parte de enchimento interna 11A, é preferível fornecer um espaço livre de 2 mm ou mais, mais preferencialmente 4 mm ou mais. O ar nas tampas de enchimento é expelido pela força centrífuga para a direção para dentro das tampas de enchimento (a direção para a qual as membranas de fibra oca se estendem). Portanto, para melhorar a expulsão das bolhas e impedir as bolhas de permanecerem no material de enchimento, o material de enchimento é preferencialmente suprido a partir do exterior da tampa de enchimento (o lado de extremidade das membranas de fibra oca).

[0139] Na etapa S3, a parte de enchimento externa é disposta de modo que tanto a parte de enchimento interna 11A quanto a parte de enchimento externa 11B existam na direção de vedação quando um cartucho é incorporado em um módulo. A parte de enchimento externa 11B é disposta de modo que a mesma entre em contato com o anel em O 15 na primeira parte de enchimento.

[0140] Após a parte de enchimento externa 11B ser formada pelo enchimento centrífugo, as tampas de enchimento 21B e 21C são removidas, e a parte de enchimento externa 11B é curada e encolhida (etapa S4). No encolhimento por cura, o tratamento por calor pode ser realizado para promover a reação.

[0141] Conforme descrito acima, a cura procede também durante o enchimento (durante a etapa S3). Portanto, a etapa de dispor um material de enchimento para formar a parte de enchimento externa 11B fora da parte de enchimento interna 11A é executada na etapa S3, e parte da etapa de curar o material de enchimento também procede na etapa S3. A etapa S4 promove adicionalmente a cura até a conclusão.

[0142] A segunda extremidade das membranas de fibra oca 1 é inserida no segundo invólucro de parte de enchimento 13. O pino 23 é inserido em cada orifício passante no fundo do segundo invólucro de parte de enchimento 13, e o segundo invólucro de parte de enchimento 13 e o pino 23 são alojados dentro da segunda tampa de enchimento 22. Sob essas condições, o enchimento centrífugo é realizado para formar a segunda parte de enchimento 12 (etapa S5). Nessa etapa, as porções ocas na segunda extremidade das membranas de fibra oca 1 são vedadas com um material de enchimento. Posteriormente, a segunda tampa de enchimento 22 é removida; o pino 23 é retirado para formar o orifício passante 14; e a segunda parte de enchimento 12 é curada e encolhida (etapa S6). No encolhimento por cura, o tratamento por calor pode ser realizado para promover a reação.

[0143] Finalmente, a linha C-C na Figura 15 é cortada com uma serra circular para abrir a primeira extremidade das membranas de fibra oca 1 (etapa S7), fabricando, assim, o cartucho de membrana de fibra oca 100.

[0144] Após a etapa S4, uma etapa de fornecer a parte de enchimento protetor 11C pode ser realizada. A etapa de fornecer a parte de enchimento protetor inclui as etapas de dispor um material de enchimento líquido que, após ser curado, terá uma elasticidade de 30% ou mais na superfície da primeira parte de enchimento através da qual as membranas de fibra oca estão se estendendo e curar o material de enchimento.

FABRICAÇÃO DO MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA DE OCA

[0145] O cartucho de membrana de fibra oca 100 fabricado pelo método descrito acima é inserido no corpo de alojamento 3 e fixado com o anel em O 15, e a tampa superior 4 e a tampa inferior 5 são presas, através do qual, o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A de acordo com a primeira realização pode ser fabricado.

MÉTODO DE OPERAÇÃO DE FILTRAÇÃO DO MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO

[0146] Um método de operação de filtração de um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho será descrito. Um suprimento flui através da entrada de suprimento 6 da tampa inferior 5 para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, e o suprimento que não permeia as membranas de fibra oca 1 é descarregado para fora do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A através da saída de suprimento 8. O filtrado que permeou através das membranas de fibra oca 1 de fora para dentro passa através das porções ocas das membranas de fibra oca 1 e é descarregado para fora do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A através da saída de filtrado 7 da tampa superior 4.

[0147] O método de filtração no qual o suprimento é suprido paralelo à superfície de membrana conforme descrito acima é chamado de filtração de fluxo cruzado, que impede eficazmente as substâncias no suprimento, tal como matéria suspensa, de se acumularem na superfície de membrana. Fechar a saída de suprimento 8 permite a filtração sem saída que filtra todo o suprimento. Ademais, as membranas de fibra oca podem ser lavadas através da lavagem com ar suprindo-se ar através da entrada de suprimento 6. O ar suprido é descarregado através da saída de suprimento 8. Alternativamente, as membranas de fibra oca podem ser retrolavadas suprindo-se um líquido de retrolavagem através da saída de filtrado 7 para permear através das membranas de fibra oca de dentro para fora.

MÉTODO DE ESTERILIZAÇÃO POR VAPOR DO MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO

[0148] Quando um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho é usado em aplicações tal como a fermentação, a esterilização por vapor é exigida. Na esterilização por vapor, o vapor é tipicamente suprido do lado superior para o lado inferior de um tubo a fim de descarregar a drenagem de vapor produzida. Quando a área de lado de suprimento do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A é esterilizada por vapor, o vapor pode ser suprido através da saída de suprimento 8 para descarregar a drenagem de vapor através da entrada de suprimento 6. Quando a área de lado de filtrado do módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A é esterilizada por vapor, o vapor pode ser suprido através da saída de filtrado 7, ou o vapor pode ser suprido ao lado de filtrado do módulo suprindo-se o vapor através da saída de suprimento 8 para permear as membranas de fibra oca 1. A drenagem de vapor produzida é descarregada através da entrada de suprimento 6. Nesse momento, o orifício passante 14 fornecido na segunda parte de enchimento serve também como uma saída de drenagem de vapor.

[0149] A presente invenção não é limitada às realizações descritas acima, e, por exemplo, alterações e modificações podem ser feitas conforme apropriado. Ademais, o material, formato, dimensão, valor numérico, configuração, número, local a ser disposto e similares dos elementos nas realizações descritas acima podem ser livremente selecionados e não são limitados contanto que a presente invenção possa ser alcançada.

EXEMPLOS MEDIÇÃO DA TENSÃO DE RENDIMENTO COMPRESSIVA DO MATERIAL DE ENCHIMENTO

[0150] A tensão de rendimento compressiva a 125 °C de um material de enchimento nos Exemplos foi medida pelo método de nanoindentação. O formato das peças de teste de material de enchimento foi uma placa plana de 5 mm de largura, 5 mm de comprimento e 1 mm de altura, e com o uso de TI 950 TriboIndenter fabricado junto à Hysitron, Inc., a tensão de rendimento compressiva foi determinada por uma única medição de indentação com o uso de um indentador esférico que tem um formato de ponta de R: 300 nm.

MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DO MATERIAL DE ENCHIMENTO

[0151] A resistência à tração a 80 °C de um material de enchimento nos Exemplos foi medida com o uso de Autograph AGS-500NX fabricado junto à SHIMADZU CORPORATION. O formato das peças de teste foi do espécime tipo Dumbbell n° 4 definido em ISO 37, e a espessura foi 2 mm. A velocidade de teste foi 2 mm/min.

MEDIÇÃO DE PONTO DE TRANSIÇÃO VÍTREA DO MATERIAL DE ENCHIMENTO

[0152] O ponto de transição vítrea de um material de enchimento nos Exemplos foi medido por DSC em conformidade com ISO 3146. O aparelho usado foi EXSTAR6000 fabricado junto à Seiko Instruments Inc.

MEDIÇÃO DA ASPEREZA MÉDIA ARITMÉTICA RA DA SUPERFÍCIE DE VEDAÇÃO

[0153] A aspereza média aritmética Ra da superfície de vedação de uma parte de enchimento externa foi medida com o uso de Surftest-SV-2000N2 fabricado junto à Mitutoyo Corporation executando-se um detector ao longo da direção axial de um módulo de membrana de fibra de oca.

AQUECIMENTO POR VAPOR DO MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA DE OCA

[0154] O aquecimento por vapor de um módulo de membrana de fibra de oca nos Exemplos foi realizado pelo método a seguir. O vapor a 125 °C é suprido através da saída de suprimento 8, e a insuflação de vapor foi realizada por 3 minutos com a entrada de suprimento 6 e a saída de filtrado 7 abertas. A saída de filtrado 7 foi, então, fechada, e um coletor de vapor foi montado sob a entrada de suprimento 6 para descarregar a drenagem de vapor produzida. Posteriormente, o aquecimento por vapor foi continuado a 125 °C por 60 minutos.

T ESTE DE VAZAMENTO DE AR APÓS O AQUECIMENTO POR VAPOR

[0155] Após o aquecimento por vapor descrito acima ter sido realizado 50 vezes, um teste de vazamento de ar foi executado para avaliar a vedabilidade do módulo de membrana de fibra de oca. A entrada de suprimento 6 é hermeticamente vedada, e o ar comprimido a 100 kPa foi suprido através da saída de suprimento 8 com a saída de filtrado 7 aberta. Quando toda a água que existe no lado de suprimento do módulo foi filtrada, a saída de suprimento 8 foi hermeticamente vedada, e a alteração de pressão em 5 minutos no lado de alimentação do módulo foi medida. Se a vedabilidade da primeira parte de enchimento for insuficiente, o ar vaza para o lado de filtrado, reduzindo a pressão no lado de alimentação do módulo. A membrana de fibra oca usada é uma membrana de fibra oca que tem um ponto de borbulhamento de pelo menos 200 kPa, e os poros são preenchidos com água; portanto, o ar não pode permear através dos poros da membrana de fibra oca. O ponto de borbulhamento é uma pressão na qual o solvente nos poros da membrana é empurrada para fora e o ar permeia através dos poros quando uma pressão no ou maior que o ponto de borbulhamento é aplicada com o uso de ar comprimido.

TEMPERATURA DA PARTE SUPERIOR DA PRIMEIRA PARTE DE ENCHIMENTO DURANTE O AQUECIMENTO POR VAPOR

[0156] A temperatura da parte superior da primeira parte de enchimento durante o aquecimento por vapor foi medida pelo método a seguir. Um par termoelétrico foi colocado em contato com a posição mais baixa da primeira parte de enchimento (o fundo de um espaço sem saída que se estende para baixo, se presente) e fixado com fita de poliimida. O par termoelétrico usado foi um par termoelétrico do tipo K disponível junto à RS Components Ltd. O cabo do par termoelétrico foi extraído através de um orifício feito na gaxeta na porção conectada. O aquecimento por vapor do módulo de membrana de fibra de oca foi executado pelo método descrito acima.

AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO FLANGE DA PRIMEIRA PARTE DE ENCHIMENTO

[0157] A resistência do flange 11D da primeira parte de enchimento foi avaliada pelo método a seguir. Água quente a 80 °C foi suprida através da entrada de suprimento 6, e, quando o lado de suprimento do módulo é preenchido com água quente, a filtração foi realizada com a saída de filtrado 7 aberta e a saída de suprimento 8 fechada. A filtração foi executada por 4 minutos a uma diferença de pressão de 300 kPa entre o lado de suprimento e o lado de filtrado do módulo. Posteriormente, água quente a 80 °C foi alimentada através da saída de filtrado 7, e a retrolavagem foi realizada com a saída de suprimento 8 aberta e a entrada de suprimento 6 fechada. A retrolavagem foi executada por 1 minuto a uma diferença de pressão de 300 kPa entre o lado de filtrado e o lado de suprimento do módulo. Essa combinação (um ciclo) de filtração e retrolavagem foi repetida por 10.000 ciclos. Nesses ciclos, o cartucho de membrana de fibra oca foi retirado a cada 1.000 ciclos para verificar a presença de fendas ao redor do flange 11. O flange 11D serve para restringir o movimento da primeira parte de enchimento na direção axial do módulo. No flange 11D, uma tensão para cima ou para baixo é exercida pela diferença de pressão entre o lado de suprimento e o lado de filtrado do módulo durante a filtração ou retrolavagem. Quando a resistência da primeira parte de enchimento é insuficiente, o flange 11D passa por formação de fendas. Quando o flange 11D passar por formação de fendas e finalmente romper, a primeira parte de enchimento pode ser deslocada para causar vazamento.

EXEMPLO 1 PRODUÇÃO DE MEMBRANA

[0158] Um homopolímero de fluoreto de vinilideno que tem um peso molecular médio ponderal de 417.000 em uma quantidade de 38 partes em massa e butirolactona em uma quantidade de 62 partes em massa foram misturados e dissolvidos a 160 °C. Essa solução de polímero acompanhada por uma solução de butirolactona aquosa de 85% em massa, um líquido para formar uma porção oca, foi descarregada através de uma fieira de tubo duplo e solidificada em um banho de resfriamento disposto 30 mm abaixo da fieira, sendo que o banho inclui uma solução de butirolactona de 85% em massa a 20 °C, para produzir uma membrana de fibra oca que tem uma estrutura esférica. Posteriormente, 14 partes em massa de um homopolímero de fluoreto de vinilideno que tem um peso molecular médio ponderal de 284.000, 1 parte em massa de propionato acetato de celulose (Eastman Chemical Company, CAP482-0.5), 77 partes em massa de N-metil-2-pirrolidona, 5 partes em massa de éster de ácido graxo de polioxietileno sorbitano (Sanyo Chemical Industries, Ltd., “Ionet” (marca registrada) T-20C) e 3 partes em massa de água foram misturados e dissolvidos a 95 °C para preparar uma solução de polímero. Essa solução de formação de membrana foi aplicada uniformemente à superfície da membrana de fibra oca que tem uma estrutura esférica e imediatamente solidificada em um banho de água para produzir uma membrana de fibra oca incluindo a camada de estrutura esférica e uma estrutura de rede tridimensional formada na mesma. A membrana de fibra oca obtida tinha um diâmetro externa de 1.350 μm, um diâmetro interno de 800 μm e um tamanho médio de poro de superfície de membrana de 40 nm.

FABRICAÇÃO DO CARTUCHO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA

[0159] A membrana de fibra oca foi cortada a um comprimento de 1.800 mm, imersa em uma solução de glicerina aquosa de 30% em massa por 1 hora e, então, seca ao ar. Essa membrana de fibra oca foi tratada por calor com vapor d'água a 125 °C por 1 hora, seca por ar e cortada a um comprimento de 1.200 mm. Cinco mil e quatrocentas membranas de fibra oca assim obtidas foram enfeixadas em conjunto. O feixe de membranas de fibra oca foi vedado com adesivo de silicone (Dow Corning Toray Co., Ltd., SH850A/B, uma mistura de dois componentes a uma razão de massa de 50:50) em um primeiro lado de extremidade.

[0160] As membranas de fibra oca vedadas no primeiro lado de extremidade foram colocadas em um aparelho de enchimento centrífugo conforme mostrado na Figura 12. Aqui, as membranas de fibra oca no primeiro lado de extremidade vedado foram inseridas na primeira tampa de enchimento 21A (diâmetro interno: 139,3 mm, comprimento de lado interno: 92 mm) feita de polipropileno, e um segundo lado de extremidade das membranas de fibra oca foi inserido no segundo invólucro de parte de enchimento 13 (diâmetro interno: 149 mm, diâmetro externo: 155 mm, comprimento de lado interno: 40 mm) feito de polissulfona. A superfície interna do segundo invólucro de parte de enchimento 13 feita de polissulfona foi preliminarmente polida com lixa (n° 80) e desengordurada com etanol. No exterior do segundo invólucro de parte de enchimento 13, a segunda tampa de enchimento 22 foi montada. Aqui, nos orifícios no fundo do segundo invólucro de parte de enchimento 13, 36, pinos para formar orifícios passantes foram inseridos e fixados. Os pinos eram, cada um, cilíndricos com 8 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento. O aparelho no qual as tampas de enchimento foram montadas em ambas as extremidades das membranas de fibra oca foi colocado em uma máquina de modelagem centrífuga.

[0161] A resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868-R14, teor de carga: 47% em massa) e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFAMINE” (marca registrada) T-403) foram misturadas a uma razão de massa de 100:32. A mistura resultante (solução de resina epóxi) foi colocada no supridor de material de enchimento 19, e a máquina de modelagem centrífuga foi girada para criar uma força centrífuga, suprindo, assim, a solução de resina epóxi no supridor de material de enchimento 19 à primeira tampa de enchimento 21A. A quantidade da solução de resina epóxi suprida à primeira tampa de enchimento 21A foi 1.020 g. A temperatura na máquina de modelagem centrífuga foi 40 °C. O número de rotações foi 350 rpm. O tempo de centrifugação foi 5 horas. Após a centrifugação, a primeira tampa de enchimento 21A foi removida mediante a cura da resina epóxi, e a cura foi adicionalmente executada a 100 °C por 2 horas. Como resultado disso, a parte de enchimento interna 11A da primeira parte de enchimento 11 foi formada. Posteriormente, a superfície da parte de enchimento interna 11A foi polida com lixa (n° 80) e desengordurada com etanol.

[0162] A parte de enchimento interna 11A da primeira parte de enchimento foi, então, inserida nas primeiras tampas de enchimento 21B e 21C feitas de polipropileno conforme mostrado na Figura 14, e um aparelho de enchimento centrífugo montado da mesma maneira que no caso da parte de enchimento interna 11A foi colocado em uma máquina de modelagem centrífuga. A primeira tampa de enchimento 21B conforme mostrado na Figura 14 tinha uma porção de diâmetro interno mínimo de 149,3 mm e uma porção de diâmetro interno máximo de 157,3 mm, e a primeira tampa de enchimento 21C tinha uma porção de diâmetro interno mínimo de 138,8 mm e uma porção de diâmetro interno máximo de 167 mm. A porção de diâmetro interno mínimo da primeira tampa de enchimento 21B era uma porção em que uma superfície de vedação de anel em O devia ser formada, e sua aspereza média aritmética Ra era 1,4 μm. A porção de diâmetro interno mínimo da primeira tampa de enchimento 21C era uma porção em que o flange 11D da parte de enchimento externa deve ser formado.

[0163] Uma resina epóxi líquida do tipo bisfenol A (Mitsubishi Chemical Corporation, “jER” (marca registrada) 828), amina alifática modificada (Nagase ChemteX Corporation, HY956) e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFamina” (marca registrada) T-403) foram misturados a uma razão de massa de 100:18,5:11. A mistura resultante (solução de resina epóxi) foi colocada no supridor de material de enchimento 19, e a máquina de modelagem centrífuga foi girada para criar uma força centrífuga, suprindo, assim, a solução de resina epóxi no supridor de material de enchimento 19 às primeiras tampas de enchimento 21B e 21C. A quantidade da solução de resina epóxi suprida às primeiras tampas de enchimento 21B e 21 C foi de 870 g. A temperatura na máquina de modelagem centrífuga foi 40 °C. O número de rotações foi 350 rpm. O tempo de centrifugação foi 8 horas.

[0164] Após a centrifugação, as primeiras tampas de enchimento 21B e 21 C foram removidas mediante a cura da resina epóxi, e a cura foi adicionalmente executada a 100 °C por 2 horas. Como resultado disso, a parte de enchimento externa 11B da primeira parte de enchimento 11 foi formada.

[0165] Posteriormente, a primeira tampa de enchimento 21C foi fixada novamente à primeira parte de enchimento 11 para montar um aparelho de enchimento, e uma resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868-R14, teor de carga: 47% em massa) e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFamina” (marca registrada) T-403) foram misturadas a uma razão de massa de 100:32. A mistura resultante (solução de resina epóxi) foi colocada no supridor de material de enchimento 19, e a máquina de modelagem centrífuga foi girada para criar uma força centrífuga, suprindo, assim, a solução de resina epóxi no supridor de material de enchimento 19 ao segundo invólucro de parte de enchimento 13. A quantidade da solução de resina epóxi suprida ao segundo invólucro de parte de enchimento 13 foi de 750 g. A temperatura na máquina de modelagem centrífuga foi de 40 °C. O número de rotações foi 350 rpm. O tempo de centrifugação foi 5 horas. Após a centrifugação, a primeira tampa de enchimento 21C, a segunda tampa de enchimento 22 e o pino 23 foram removidos mediante a cura da resina epóxi, e a cura foi adicionalmente executada a 100 °C por 2 horas. Como resultado disso, a segunda parte de enchimento 12 que tem o orifício passante 14 foi formada.

[0166] Posteriormente, a primeira parte de enchimento foi cortada ao longo da linha C-C na Figura 15 com o uso de uma serra circular para abrir a primeira extremidade das membranas de fibra oca, fabricando, assim, um cartucho de membrana de fibra oca. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra oca tinha uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 10 MPa e um ponto de transição vítrea de 81 °C. A aspereza média aritmética Ra da superfície de vedação da parte de enchimento externa foi 1,6 μm, e P na Expressão (1) era 6,7.

AVALIAÇÃO DA VEDABILIDADE DO MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO

[0167] Subsequentemente, um anel em O foi fixado à primeira parte de enchimento, e o cartucho de membrana de fibra oca fabricado foi montado no corpo de alojamento de aço inoxidável 3 (diâmetro interno: 159,2 mm) conforme mostrado na Figura 1. A tampa superior 4 e a tampa inferior 5 foram fixadas ao corpo de alojamento para fabricar o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A. Ao módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, etanol foi suprido e filtrado para preencher os poros das membranas de fibra oca com etanol. Subsequentemente, água tratada por osmose reversa foi suprida e filtrada para substituir o etanol por água tratada por osmose reversa.

[0168] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado 50 vezes pelo método descrito acima, e, então, um teste de vazamento de ar foi executado pelo método descrito acima. A diminuição na pressão em 5 minutos foi de 0 kPa, mostrando que a vedabilidade foi garantida.

EXEMPLO 2

[0169] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que os materiais de enchimento da parte de enchimento interna e da parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento e o tamanho da parte de enchimento interna foram alterados. Para a parte de enchimento interna da primeira parte de enchimento, uma mistura (solução de poliuretano) de MDI polimérico (Huntsman Japan Co., Ltd., “Suprasec” (marca registrada) 5025), poliol à base de polibutadieno (Cray Valley USA, LLC, Krasol LBH 3000) e 2-etil-1,3-hexanodiol a uma razão de massa de 57:100:26 foi usada. Para a parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento, uma mistura de resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868-R14), trietilenotetramina e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFamina” (marca registrada) T-403) a uma razão de massa de 100:7:8,7 foi usada. O diâmetro interno da primeira tampa de enchimento 21A para formar a parte de enchimento interna foi 126 mm. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra oca tinha uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 30 MPa e um ponto de transição vítrea de 90 °C. A aspereza média aritmética Ra da superfície de vedação da parte de enchimento externa foi 0,8 μm, e P na Expressão (1) era 15,6.

[0170] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado 50 vezes pelo método descrito acima, e, então, um teste de vazamento de ar foi executado pelo método descrito acima. A diminuição na pressão em 5 minutos foi de 0 kPa, mostrando que a vedabilidade foi garantida.

EXEMPLO 3

[0171] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que a parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento foi alterada. Para a parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento, uma mistura de MDI polimérico (Huntsman Japan Co., Ltd., “Suprasec” (marca registrada) 5025), poliol à base de polibutadieno (Cray Valley USA, LLC, Krasol LBH 3000) e 2-etil- 1,3-hexanodiol a uma razão de massa de 57:100:26 foi usada. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra oca tinha uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 0,3 MPa e um ponto de transição vítrea de 55 °C. A aspereza média aritmética Ra da superfície de vedação da parte de enchimento externa foi de 1 μm, e P na Expressão (1) era 6,7.

[0172] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado 50 vezes pelo método descrito acima, e, então, um teste de vazamento de ar foi executado pelo método descrito acima. A diminuição na pressão em 5 minutos foi de 3 kPa.

EXEMPLO 4

[0173] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que a aspereza média aritmética Ra do anel em O superfície de vedação da parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento foi de 64 μm.

[0174] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado 50 vezes pelo método descrito acima, e, então, um teste de vazamento de ar foi executado pelo método descrito acima. A diminuição na pressão em 5 minutos foi de 2 kPa.

EXEMPLO COMPARATIVO 1

[0175] Com o uso das mesmas membranas de fibra oca que no Exemplo 1, o módulo de membrana de fibra de oca 102 que tem uma estrutura do tipo integrado conforme mostrado na Figura 16 foi fabricada. Em um alojamento de polissulfona que tem um diâmetro interno de 159,2 mm, 6.300 membranas de fibra oca foram inseridas, e o enchimento centrífugo foi realizado para ambas as extremidades. O material de enchimento usado foi uma mistura de resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868- R14, teor de carga: 47% em massa) trietilenotetramina e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFamina” (marca registrada) T-403) a uma razão de massa de 100:2,5:23,7. A quantidade suprida foi de 1.500 g por extremidade.

[0176] A temperatura na máquina de modelagem centrífuga foi de 40 °C. O número de rotações foi de 350 rpm. O tempo de centrifugação foi de 5 horas. Após a centrifugação, as tampas de enchimento em ambas as extremidades foram removidas mediante a cura da resina epóxi, e a cura foi adicionalmente executada a 100 °C por 2 horas. Posteriormente, as partes de enchimento em ambas as extremidades foram cortadas com uma serra circular para abrir a primeira extremidade e a segunda extremidade das membranas de fibra oca, e a tampa superior e a tampa inferior foram fixadas para obter um módulo de membrana de fibra de oca. A parte de enchimento do módulo de membrana de fibra de oca 102 tinha uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 12 MPa e um ponto de transição vítrea de 80 °C.

[0177] Ao módulo de membrana de fibra oca 102, etanol foi suprido e filtrado para preencher os poros das membranas de fibra oca com etanol. Subsequentemente, água tratada por osmose reversa foi suprida e filtrada para substituir o etanol por água tratada por osmose reversa.

[0178] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo integrado 102, aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado 50 vezes pelo método descrito acima, e, então, um teste de vazamento de ar foi executado pelo método descrito acima. A diminuição na pressão em 5 minutos foi de 100 kPa. A separação ocorreu entre a parte de enchimento e o alojamento, e o vazamento ocorreu na porção separada.

EXEMPLO COMPARATIVO 2

[0179] Um módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que a primeira parte de enchimento foi enchida não em duas camadas das parte de enchimento interna e da parte de enchimento externa, mas em apenas uma camada. Especificamente, o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho foi fabricado similarmente ao Exemplo 1 de maneira que o primeiro lado de extremidade de 5.400 membranas de fibra oca tenha sido inserido nas primeiras tampas de enchimento 21B e 21C, e 1.890 g de uma mistura de resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868-R14, teor de carga: 47% em massa) trietilenotetramina e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFamina” (marca registrada) T-403) a uma razão de massa de 100:2,5:23,7 foram supridos para o enchimento centrífugo. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra oca tinha uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 12 MPa e um ponto de transição vítrea de 80 °C. A aspereza média aritmética Ra da superfície de vedação da parte de enchimento externa foi de 0,8 μm.

[0180] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho no qual a camada de enchimento é feita apenas de uma camada, o aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado 50 vezes pelo método descrito acima, e, então, um teste de vazamento de ar foi executado pelo método descrito acima. A diminuição na pressão em 5 minutos foi de 100 kPa. Já que a camada de enchimento é feita de apenas uma camada, a dimensão da porção de vedação de anel em O da parte de enchimento diminuiu como resultado do encolhimento por cura do material de enchimento, e a compressão do anel em O não poderia ser garantida suficientemente para causar, assim, vazamento.

EXEMPLO 5

[0181] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E foi fabricado substancialmente da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que os formatos da primeira parte de enchimento, do invólucro cilíndrico 9, da tampa superior 4 e do corpo de alojamento 3 eram conforme mostrado na Figura 9. A primeira parte de enchimento e a tampa superior 4 foram vedados em conjunto por meio da gaxeta 18, e não houve nenhum espaço sem saída dentro da gaxeta 18 abaixo da primeira extremidade da primeira parte de enchimento em que as aberturas das membranas de fibra oca estavam localizadas.

[0182] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E, o aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado pelo método descrito acima, e a temperatura da parte superior da primeira parte de enchimento durante o aquecimento por vapor foi medida. A temperatura da parte superior da primeira parte de enchimento foi de 125 °C, mostrando que 121 °C ou mais, a condição padrão da esterilização por vapor, foram alcançados.

EXEMPLO 6

[0183]O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101F foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 3 exceto que o formato da primeira parte de enchimento era conforme mostrado na Figura 17. A primeira parte de enchimento e a tampa superior 4 foram vedadas juntamente por meio da gaxeta 18, e houve um espaço sem saída dentro da gaxeta 18 abaixo da primeira extremidade da primeira parte de enchimento em que as aberturas das membranas de fibra oca estavam localizadas. A profundidade do espaço sem saída foi de 2 mm (o comprimento de X na Figura 17).

[0184] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101F, o aquecimento por vapor (125 °C, 60 min) foi executado pelo método descrito acima, e a temperatura da parte superior da primeira parte de enchimento durante o aquecimento por vapor foi medida. A temperatura da parte superior da primeira parte de enchimento foi de 123 °C, mostrando que 121 °C ou mais, a condição padrão da esterilização por vapor, foram alcançados.

EXEMPLO 7

[0185] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 2. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra de oca 102 resistência à tração a 80 °C de 5 MPa e um ponto de transição vítrea de 90 °C.

[0186] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, a filtração e a retrolavagem a 80 °C foram repetidas conforme descrito acima. O cartucho de membrana de fibra oca foi retirado para verificar a presença de fendas ao redor do flange 11, e nenhuma fenda foi observada após 10.000 ciclos.

EXEMPLO 8

[0187] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que o material de enchimento da parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento foi alterado. O material de enchimento da parte de enchimento externa usado foi uma mistura de resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868-R14, teor de carga: 47% em massa) e trietilenotetramina em uma razão de massa de 100:9,6. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra de oca 102 resistência à tração a 80 °C de 45 MPa e um ponto de transição vítrea de 103 °C.

[0188] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, a filtração e a retrolavagem a 80 °C foram repetidas conforme descrito acima. O cartucho de membrana de fibra oca foi retirado para verificar a presença de fendas ao redor do flange 11, e nenhuma fenda foi observada após 10.000 ciclos.

EXEMPLO 9

[0189] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A foi fabricado da mesma maneira que no Exemplo 1 exceto que o material de enchimento da parte de enchimento externa da primeira parte de enchimento foi alterado. O material de enchimento da parte de enchimento externa usado foi uma mistura de resina epóxi líquida do tipo bisfenol F (Huntsman Japan Co., Ltd., LST868-R14, teor de carga: 47% em massa) e poliéter amina (Huntsman Japan Co., Ltd., “JEFFamina” (marca registrada) T-403) a uma razão de massa de 100:32. A parte de enchimento externa do cartucho de membrana de fibra de oca 102 resistência à tração a 80 °C de 3 MPa e um ponto de transição vítrea de 62 °C.

[0190] Para o módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101A, a filtração e a retrolavagem a 80 °C foram repetidas conforme descrito acima. O cartucho de membrana de fibra oca foi retirado para verificar a presença de fendas ao redor do flange 11, e fendas foram observadas após 7.000 ciclos. TABELA 1

TABELA 2

TABELA 3

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0191] O módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho da presente invenção pode ser usado nos campos tais como indústrias de fermentação, preparação de produtos farmacêuticos, indústria alimentícia e tratamento de água. DESCRIÇÃO DOS SÍMBOLOS 100: Cartucho de membrana de fibra oca 101A: Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101B: Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101C: Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101D: Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101E: Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 101F: Módulo de membrana de fibra oca do tipo cartucho 102: Módulo de membrana de fibra de oca 1: Membrana de fibra oca 2: Feixe de membranas de fibra oca 3: Corpo de alojamento 3A: Flange 3B: Flange 3C: Degrau 4: Tampa superior 4A: Degrau 4B: Degrau 5: Tampa inferior 6: Entrada de suprimento 7: Saída de filtrado 8: Saída de suprimento 9: Invólucro cilíndrico 91: Invólucro cilíndrico 92: Invólucro cilíndrico 93: Flange 98: Degrau 9C: Degrau interior 10: Orifício de distribuição 11: Primeira parte de enchimento 11A: Parte de enchimento interna 11B: Parte de enchimento externa 11C: Parte de enchimento protetor 11D: Flange 11E: Degrau 11F: Sulco 11G: Sulco 12: Segunda parte de enchimento 13: Segundo invólucro de parte de enchimento 14: Orifício passante 15: Anel em O 16: Anel em O 17: Gaxeta 18: Gaxeta 19: Supridor de material de enchimento 20: Invólucro cilíndrico de cloreto de polivinila 21A: Primeira tampa de enchimento 218: Primeira tampa de enchimento 21C: Primeira tampa de enchimento 219: Segunda tampa de enchimento 220: Pino 221: Placa de suporte 112: Primeira parte de enchimento 113: Primeira parte de enchimento 114: Primeira parte de enchimento 115: Primeira parte de enchimento 116: Primeira parte de enchimento 117: Primeira parte de enchimento

Claims

1. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO que compreende: um alojamento; um invólucro cilíndrico (9, 91, 92) contido no alojamento; um feixe de membranas de fibra oca (2) que tem uma pluralidade de membranas de fibra oca (1); uma primeira parte de enchimento 11, 112, 113, 114, 115, 116, 117) que liga as membranas de fibra oca (1) em pelo menos uma extremidade do feixe da pluralidade de membranas de fibra oca (2) de modo que as membranas de fibra oca (1) estejam abertas; e um componente de vedação que fixa a primeira parte de enchimento ao invólucro cilíndrico de modo a ser estanque a líquidos, mas não estar ligado ao invólucro cilíndrico, caracterizado pela primeira parte de enchimento (11, 112, 113, 114, 115, 116, 117) compreende uma parte de enchimento interna (11A) e uma parte de enchimento externa (11B), em que a parte de enchimento interna (11A) e a parte de enchimento externa (11B) são formadas de um material de enchimento igual ou diferente, em que o material de enchimento da parte de enchimento interna (11A) e da parte de enchimento externa (11B) é uma resina epóxi, uma resina de poliuretano ou uma resina epóxi na qual um enchimento é adicionado, em que o componente de vedação está em contato com a parte de enchimento externa, em que tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa são formadas em um plano de vedação em qual o componente de vedação, e em que o plano de vedação tem uma direção de vedação em que o componente de vedação é espremido quando a primeira parte de enchimento (11, 112, 113, 114, 115, 116, 117) é fixada com o componente de vedação.

2. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira parte de enchimento ter uma proporção de comprimento P (%) que satisfaz a Expressão (1) abaixo, em que P (%) representa a proporção do comprimento da parte de enchimento externa na direção de vedação no comprimento da primeira parte de enchimento na direção de vedação: P < 16(1).

3. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma superfície de vedação da parte de enchimento externa ter uma aspereza média aritmética Ra de 1,6 μm ou menos.

4. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material de enchimento para formar a parte de enchimento externa ter uma tensão de rendimento compressiva a 125 °C de 10 MPa ou mais.

5. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo alojamento compreender um corpo de alojamento (3) cilíndrico, uma tampa superior montada em uma primeira extremidade vertical do corpo de alojamento e um componente de vedação superior que fixa uma extremidade de lado de filtrado na primeira parte de enchimento à tampa superior de modo a ser estanque a líquidos, em que, em uma região cercada pelo componente de vedação superior, um espaço sem saída que se situa abaixo das aberturas das membranas de fibra oca (1) tem uma profundidade de 2 mm ou menos.

6. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material de enchimento para formar a parte de enchimento externa ter uma resistência à tração a 80 °C de 5 MPa ou mais.

7. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo material de enchimento para formar a parte de enchimento externa ser uma resina epóxi, e em que um agente de cura para a resina epóxi compreende uma amina alifática.

8. MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma segunda parte de enchimento (12) que enfeixa as membranas de fibra oca (1) em um estado vedado em uma superfície voltada para a primeira parte de enchimento, sendo que a segunda parte de enchimento (12) é formada das membranas de fibra oca (1) e de um material de enchimento.

9. MÉTODO PARA FABRICAR O MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DO TIPO CARTUCHO, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender as etapas de: (a) formar uma parte de enchimento interna incluída na primeira parte de enchimento; e (b) formar uma parte de enchimento externa incluída na primeira parte de enchimento, sendo que a etapa (a) compreende: (a-1) uma etapa de disposição de material de enchimento interno na qual um material de enchimento para formar a parte de enchimento interna é preenchido entre as membranas de fibra oca (1); e (a-2) uma etapa de cura na qual o material de enchimento em (a-1) é curado, sendo que a etapa (b) compreende: (b-1) uma etapa de disposição de material de enchimento externo na qual um material de enchimento para formar a parte de enchimento externa é disposto de modo que, após a etapa de cura (a-2), a parte de enchimento externa entre em contato com o material de vedação, e tanto a parte de enchimento interna quanto a parte de enchimento externa são formadas na direção de vedação do material de vedação; e (b-2) uma etapa de cura na qual o material de enchimento em (b-1) é curado e encolhido.