JP2011045876A - フィルターの改良されたスケーリングのための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スケーリング装置に設置するために全て適正に製造された膜のセットの狭い範囲又は部分集合を特定することにより、スケーリング装置性能不確実性が低減され、これによりスケーリング安全要因が低減される。ある実施形態では、性能分布内で特定の膜の位置を決定し、これによりスケーリング要因を調整することによって、スケーラビィリティー要因が低減される。
【選択図】図1
Description
ろ過装置の製造業者は、多くの場合、プロセスの流れの事前評価と実物大(フルスケール)のプロセス用の膜面積要件の見積もりのために、小規模のサイズツールを提供する。理想的には、小規模装置は、それらの対応する大規模装置に直線的に比例するスケーリングをも行う一方で、テスト流体を節約するために膜面積又はろ過媒体が最小のものを含むはずである。しかしながら、小規模装置の性能における変動性が、スケールアップ要件に不確実性をもたらし、テストされた小規模装置が、ローエンド(低級)の性能分布を表す可能性を警戒するために、潜在的に過度のサイジングをもたらす結果となる。
Usf=(Fh/Sl)/(Fl/Sh)=(Fh/Fl)*(Sh/Sl) (1)
ここで、Fhは実物大ハイエンド潜在性能であり、Flは実物大ローエンド潜在性能であり、Shは、スケーリング装置ハイエンド潜在性能であり、Slはスケーリング装置ローエンド潜在性能である。したがって、大規模装置要件を下げてコストを節約するためには、スケーリング装置性能の範囲を減少させることが望ましいであろう。
従来技術の問題は本発明によって克服されるものであり、本発明は、スケーリング装置性能不確性の範囲を減少させる方法を提供する。ある実施形態では、スケーリング装置性能不確実性が減少され、これにより、スケーリング装置内に設置するためのすべての条件を満たして製造された膜又はろ過媒体のセットの狭い範囲又は部分集合を特定することによってスケーリング安全要因を減少させる。ある実施形態では、スケーラビィリティー要因は、性能分布の中に特定の膜がどこに位置する場所を決定し、それによりスケーリング要因を調整することによって減少される。スケーリングスケーリング不確実性を減少させることは、重大なコスト削減に繋がり、例えば、スケールアップサイジング要求の削減を実現させる。
材料状態及びプロセス状態はできるだけ一定に保たれるが、膜製造プロセスは、本来、膜特性に何らかの変動性をもたらす。その結果、性能に基づいて、製造後に膜の各バッチ又はロールを分類するか、又は「評価する」ための手順が設けてある。例えば、水浸透率及び処理能力テストは、特定のバッチからの膜を用いて膜装置を組み立て、水浸透率を測定し、膜孔を塞ぐために選択されたサイズ及び濃度の粒子を含む溶液を用いて挑戦すること等によって、よく行われる。10分間等の特定の時間内での、又は70%の流量減少等の流量減少量での処理能力(体積濾過(volume filtered))が測定され、相対体積値(relative capacity values)が得られる。その後、特定のあるバッチからの膜は、得られた結果に基づいて性能が評価される。ろ過媒体の性能もまた同様に特徴づけられてもよい。ろ過媒体は、溶液から固体を積極的に分離する材料、及び/又は、溶液内の選択された材料を結合させる材料である。ろ過媒体の種類としては、不織布、活性炭、活性粘土、セルロース、セラミック、綿、珪藻土、ガラス繊維、イオン交換樹脂、金属、鉱物、紙、ナイロン、砂、合成繊維、テフロン(登録商標)、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリ塩化ビニリデン及びポリスルホンを含む。ここに記載された方法を実行するある実施形態では、製造された膜又はろ過媒体の各バッチが性能により特徴づけられ、性能分布が確立される。その分布から、小さな部分集合が、スケーリング装置への設置のために選択される。スケーリング装置のために小さな幅の分布を特定することだけによって、小規模装置から大規模装置(定義上どのような適切な膜またはろ過媒体を含み得る)へのスケーリングにおける不確実性が最小化される。
Usf=Fh/Fl (2)
この場合のスケーリング要因不確実性比率は1.3/0.7又は1.86となり、これは、情報のない膜選択に比べて、46%の削減を表す。
ステライジング(殺菌)グレード膜フィルターの主要な性能パラメータは水浸透率であり、これは、装置の生産性に関連する。水浸透率は、膜に水を供給し、膜を横切る圧力差を維持し、水の流量を測定することによって測定される。浸透率は、以下の式によって計算される。
Lp = Q/(A*ΔP)
ここで、Lpは水浸透率、Aは膜面積、ΔPは膜を横切る圧力差である。水浸透率は、単位L/(m2−hr−psi)又はLMH/psiで一般的には表される。水浸透率は、公称ポアサイズが0.2μmで、約0.5m2のポリエーテルスルホン膜をそれぞれ含むプリーツ型カートリッジの代表セット上で測定された。分布のプロットを図5に示す。水浸透率は、約1000LMH/psiから約1300LMH/psiまでの範囲であった。全ての母集団に含まれる膜の部分集合は、0.0034m2を含む小規模ディスク装置への設置用に選択された。選択された部分集合の範囲は、膜を1100から1200LMH/psiの間に制限され、これは全ての膜の母集団の約半分を構成していた。式1に従うと、母集団中の任意の膜を用いた(従来技術方法)スケーリング要因不確実性比率は、(1300/1000)*(1300/1000)=1.69となる。この発明の方法を用いると、スケーリング要因不確実性比率は、(1300/1000)*(1200/1100)=1.42となり、これは、スケーリング要因不確実性を16%向上させることを表し、従来技術に比べて比例的に小さいサイズの実物大システムになることを直接的に実現する。
実施例1の水浸透率分布から、水浸透率に関して特徴付けられた単一膜が、膜の全ての母集団の中から選択された。この膜の水浸透率は既知であるので、式2が適用可能であり、スケーリング要因不確実性比率は1300/1000=1.3であり、これは、従来技術と比較するとスケーリング要因不確実性が23%向上していることを表す。
Claims (3)
- 実物大ろ過装置の要件を見積もるために用いられるろ過スケーリング装置での性能変動性を低減させる方法であって、
a.複数の膜又はろ過媒体の性能分布を決定することと、
b.前記分布の部分集合を選択することであって、前記部分集合が前記分布で既知の範囲の性能を有し、
c.前記部分集合からの膜又はろ過媒体を前記ろ過スケーリング装置へ挿入することと、
d.スケーリング安全要因を前記ろ過スケーリング装置に割り当てること
を含み、
前記スケーリング要因は、前記分布内の実物大の装置ハイエンド潜在性能の製品と前記分布の前記部分集合内のスケーリング装置ハイエンド潜在性能とに正比例し、前記分布の前記部分集合内のスケーリング装置ローエンド潜在性能の製品と前記分布の実物大の装置ローエンド潜在性能とに反比例することを特徴とする方法。 - 前記部分集合の膜が単一膜である請求項1の方法。
- 前記スケーリング要因が、前記分布内の実物大の装置ハイエンド潜在性能の製品と前記分布の前記部分集合内のスケーリング装置ハイエンド潜在性能とを前記分布の前記部分集合内のスケーリング装置ローエンド潜在性能と前記分布内の実物大の装置ローエンド潜在性能とにより割ったものである請求項1の方法。
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