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Gegenstand der Erfindung ist ein Ultrafilter, bestehend aus abwechselnd
nebeneinander angeordneten, untereinander verbundenen Substanzkammern und durch
semipermable Membranen von ihnen getrennte, ebenfalls unter sich verbundene Filtratkammern.
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Es ist bekannt, zur Ultrafiltration von Lösungen Filter zu benutzen,
die abwechselnd aus Substanzkammern und Filtratkammern mit parallel angeordneten
semipermeablen Wänden bestehen. Die zu konzentrierende Lösung wird hierbei mittels
einer Pumpe im Kreislauf von einem Vorratsgefäß durch die Substanzkammern wieder
zum Vorratsgefäß geleitet, wobei das Lösungsmittel und niedermolekulare Stoffe durch
die Membran hindurch in die unter mäßigem Vakuum stehenden Filtratkammern und von
dort in Filtratsammelgefäße fließt. Die Ultrafiltration mit diesen Filtern dauert
sehr lange.
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Man hat daher versucht, die Ausnutzung der Membranen zu verbessern,
indem man die Substanzkammern ein- oder mehrfach waagerecht unterteilte und die
dadurch entstehenden Abteilungen durch jeweils an entgegengesetzten Seiten angebrachte
Öffnungen miteinander verband (deutsches Gebrauchsmuster 1 792025). Durch diese
Anordnung wurde erreicht, daß der Flüssigkeitsstrom mehrfach diagonal an den Membranen
entlangführte. Eine entscheidende Verbesserung der Filtrationsleistung war jedoch
auch damit nicht zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filtrationsleistung
erheblich zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Substanzkammern
keilförmig ausgebildet sind.
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Die Erfindung ist nunmehr an Hand der Ausführungsbeispiele in den
Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Ultrafilter mit keilförmigen Substanz-und
Filtratkammern, Fig. 2 ein Ultrafilter nach F i g. 1 mit keilförmigen Körpern in
den Substanzkammern, und F i g. 3 ein Ultrafilter mit im Querschnitt rechteckigen
Substanz- und Filtratkammern sowie mit keilförmigen Körpern in den Substanzkammern.
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In den Fig. 1 bis 3 bedeutet 1 die Zuführungsleitungen und 2 die
Abführungsleitungen für die zu konzentrierende Lösung, während 3 jeweils die Abführungsleitungen
für das Ultrafiltrat bezeichnet. Die Substanzkammern sind jeweils mit 4, die Filtratkammern
mit 5, die semipermeablen Membranen mit 6 bezeichnet.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind die seminermeablen Membranen
6 nicht wie bei bekannten Filtern parallel, sondern keilförmig angeordnet, und zwar
derart, daß sich die Substanzkammern von der Zuflußöffnung zur Abflußöffnung keilförmig
verjüngen.
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F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Membranen
ebenfalls keilförmig angeordnet sind und bei der in den Substanzkammern zusätzlich
keilförmige Körper angebracht sind.
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F i g. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die semipermeablen
Membranen parallel verlaufen und die Substanzkammern 4 mit keilförmigen Körpern
8 versehen sind.
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Die keilförmigen Körper 7 und 8 können aus starnvandigem oder flexiblem
Material bestehen. Im letzteren Fall verwendet man z. B. einen entsprechend
dimensionierten
Plastikbeutel, der durch Eindrücken eines Gases, z. B. Luft, durch Füllen mit einer
Flüssigkeit, z. B. Wasser, oder durch Einbringen eines starrwandigen keilförmigen
Körpers entsprechender Größe Keilform annimmt. Die letztgenannte Variante des Filters
nach der Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, daß sie es gestattet, zu einem
beliebigen Zeitpunkt während der Ultrafiltration den Substanzkammern keilförmige
Gestalt zu geben und das Volumen dieser Kammern zu verringern.
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Das Filter nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Ultrafiltration
schneller als mit den bisher bekannten Filtern ausgeführt werden kann. Durch die
Verminderung des der Lösung zur Verfügung stehenden Raumes beim Durchgang durch
die V-förmige Substanzkammer und durch das Auftreffen der Lösung auf die semipermeable
Wand in einem spitzen Winkel wird mehr filtrierbare Lösung durch die Membran entfernt,
als es bei parallelen Kammerwänden der Fall ist. In gleichen Zeitabschnitten wird
somit eine höhere Konzentrierung bzw. eine gleiche Konzentrierung in kürzerer Zeit
erreicht, als es mit den bisherigen Geräten möglich war. Die Filtrationsgeschwindigkeit
kann noch erhöht werden, wenn in den Substanzkammern den schräg angeordneten Membranen
ein gegenläufiger Keil entgegengesetzt wird, so daß die Substanzkammern, wie aus
Fig. 2 ersichtlich, die Form eines W annehmen. Die Keilform kann auch erreicht werden,
wenn in Substanzkammern mit Parallelmembranen ein gegenläufiger Keil angebracht
wird (Fig. 3). Der gegenläufige Keil in den Substanzkammern mit schrägen oder parallelen
Membranen kann aus starrem Material bestehen.
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Beispiel 1 In einem Ultrafiltrationsgerät nach der Erfindung werden
601 Humanserumalbumin mit einer Konzentration von 0,4 0/o in 14 Stunden auf ein
Volumen von 10 1 und der Konzentration von 2,40/0 gebracht.
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Mit einem Gerät nach dem Stand der Technik und entsprechender Filterfläche
werden für die gleiche Konzentrierung 21 Stunden benötigt.
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Beispiel 2 120 1 Tetanus-Pferdeserum mit einem Proteingehalt von
0,75 0/o werden in einem Ultrafiltrationsgerät mit einer erfindungsgemäß W-förmig
ausgebildeten Substanzkammer in 16 Stunden auf 4 1 mit einem Eiweißgehalt von 22,5O/o
eingeengt. In einem Gerät gemäß dem Stand der Technik mit entsprechender Filterfläche
werden in 16 Stunden 1201 Tetanus-Pferdeserum mit einem Proteingehalt von 0,75Q/o
auf 101 mit einem Eiweißgehalt von 9 0/o konzentriert. Bei gleicher Filtrationszeit
wird mit dem Filter nach der Erfindung das Volumen auf ein Dreißigstel mit dem Gerät
nach dem Stand der Technik dagegen nur auf ein Zwölftel (bezogen auf das Ausgangsvolumen)
reduziert.
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Beispiel 3 401 einer 0,10/obigen Rinderalbumin-Lösung, die 1,50/o
Natriumchlorid enthält, wird in dem Filter nach der Erfindung der Ultrafiltration
unterzogen.
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In gewissen Zeitabschnitten wird aus einer dem Vorratsgefäß vorgeschalteten
Vorratsflasche destilliertes Wasser in das Vorratsgefäß gegeben. Nach 5,5 Stunden
werden 2 1 einer Rinderalbumin-Lösung
erhalten, deren Albumingehalt
20/0 und deren Kochsalzgehalt 0,30/0 beträgt. Die Kochsalzkonzentration hat somit
auf den hundertsten Teil abgenommen.
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Der Vergleichsversuch mit einem Gerät gemäß dem Stand der Technik
mit entsprechender Filterfläche dauerte hingegen 8 Stunden.