JPH0389908A - クロスフロー濾過方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はクロスフロー濾過方法に関する。

（従来技術） クロスフロー濾過は被処理流体をフィルタの一側に沿っ
て流動させながら濾過するとともに、フィルタ表面の堆
積ケークを前記流体の平行流に上る剪断力にて最小の厚
みに保ち、１ｉｉｒ　ｌ’ｉＬ！流体の濾過を長時間維
持するものである。かかるクロスフ１コー濾過は被処理
流体中に懸濁している数１０八〜数１０μｍという微粒
子の分離に適し、例えは食品分野における各種飲料水、
調味料等の仕」二げ濾過、化学分野における各種プロセ
ス液精製濾過、生化学分野にお４するバイオ液、培養液
の精製濾過、菌体濃縮等各種の分野で利用されている。

しかして、一般にクロスフロー濾過に採用される濾過器
としては、フィルタとして有機膜フィルタまたはセラミ
ックフィルタを備えた濾過器か採用される。

（発明が解決しにうとする課題） ところで、有機膜フィルタを備えた濾過器を採用したク
ロスフロー濾過においては、有機膜フィルタの性質から
被処理流体の循環供給流速および濾過圧力を低く設定し
なけれはならず、必然的に濾過速度が低くなる。従って
、被処理流体を単位時間当たり所定量濾過する場合には
膜面積を大きくしなければならず、これに対処するには
複数の濾過器を採用してこれらを互いに並列的に接続し
て使用される。このため、被処理流体を循環供給するた
めの循環ポンプ、循環配管を大きくしなければならず、
濾過装置が極めて大型化する。

一方、セラミックフィルタを備えた濾過器を採用したク
ロスフロー濾過においては、セラミックフィルタの特性
上被処理流体の循環供給流速および濾過圧力を高く設定
し得るが、被処理流体の種類によっては濾過圧力を高く
設定するとフィルタ表面の堆積ケークを構成するゲル層
が圧密化し、濾過速度および濾液中に含有する有価物質
の透過率が低くなる。このため、かかるクロスフロー濾
過においても被処理流体の種類によっては上記と同様、
複数の濾過器を互いに並列的に接続して使用しなければ
ならず、濾過装置が大型化することになる。

従って、本発明の目的はクロスフロー濾過において、か
かる問題に対処することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は被処理流体を所定の圧力にて濾過器へ連続的に
供給して同濾過器内のフィルタの一側に沿って流動させ
、前記流体の一部を前記フィルタの他側ｌ＼透過させて
濾液として流出させるとともに、前記流体の残液を前記
濾過器へ循環供給させるクロスフロー濾過方法において
、前記濾過器としてセラミックフィルタを備えた複数の
濾過器を採用してこれら濾過器を互いに直列的に接続し
、これら各濾過器のうち少なくとも最上流側の濾過器に
おける濾液側に所定の圧力を付与して流体側との差圧を
低減させることを特徴とするものである。

（発明の作用・効果〉 かかるクロスフロー濾過方法を採用ずれは、循環供給圧
力を高くして被処理流体の供給流速および供給量を増大
しても、最上流側の濾過器における流体側と濾液側間の
差圧すなわち濾過圧力はケル層か圧密化するはと高くな
らず、また次の濾過器においては前の濾過器での流体の
圧力低下により濾液側に付与する圧力を低くまたは付与
することなく、流体側と濾液側間の差圧を前の濾過器に
おける差圧と同等またはそれ以下にすることができる。

さらに濾過器が１または複数直列的に接続されている場
合においても同様である。

従って、かかるクロスフロー濾過方法によれば、被処理
流体の循環供給圧力を高くして同流体の供給速度および
供給量を増大しても、堆積ケークを構成するゲル層の圧
密化に起因する濾過速度の低下、濾液中に含有する有価
物質の透過率の低下が抑制され、かつ複数の濾過器を直
列的に接続することにより循環ポンプ、循環配管を大き
くする必要がなく濾過装置の大型化が抑制される。

〈実施例〉 以下本発明の詳細な説明するに、第１図には本発明のク
ロスフロー濾過方法を実施するためのクロスフロー濾過
装置の一例が示されており、また当該濾過装置を使用し
た実験結果が第２図〜第４図に示されている。

（１）濾過装置 当該濾過装置は循環タンク１１、循環ポンプ１２および
一対の濾過器１３．１４を備えてなり、これらのすべて
のものは循環管路中にて互いに直列的に接続されている
。第１、第２ｉＩｔ過器１３．１４は共に筒状のセラミ
ックフィルタ１３ａ、１４ａを収容してなるもので、第
１濾過器１３と循環タンク１１とを接続する第１供給管
路１５ａには循環ポンプ１２、流量計１６、流量制御弁
１７ａおよび第１圧力計１８ａが介装されている。第１
供給管路１５ａは第１濾過器１３内のフィルタ１３ａの
内周側に連通しており、同フィルタ１３ａの外周側には
第１流出管路１５　ｂが連通している。第１流出管路１
５ｂには圧力センサ］８１〕と第１圧力制御弁１７ｂが
介装されている。圧力制御弁１７ｂは圧力センサ１８ｂ
からの検出信号に基づいて図示しないコントローラにて
開度を制御されるもので、これにより同制御弁１７ｂは
第１濾過器１３内のフィルタ１３ａの外周側圧力、すな
わち後述する濾液側圧力を設定された所定圧に制御する
。

第２濾過器１４を第１濾過器１３に接続する第２供給管
路１５ｃはこれら各濾過器１３．１４内の各フィルタ１
３ａ、１４−　ａの内周側に連通しており、第２供給管
路１５ｃには第１圧力調整弁１７ｃを挟んで第２、第３
圧力計１８ｃ、１８ｄが介装されている。第２濾過器１
４のフィルタ］４ａの外周側には第２流出管路１５ｄが
連通しており、同管路］、　５　ｄには第２圧力制御弁
１．７　（−（と圧カセンザ］、　８　ｃか介装されて
いる。また、第２濾過器１４を循環タンク１］に接続す
る還流管路１５ｅは同濾過器］４のフィルタ１．４　ａ
の内周側に連通しており、間管＆８１５　ｅには第４圧
力計１８０と第３圧力調整弁１７ｅか介装されている。

当該ａ！過装置においては、循環ボンプコ２の駆動によ
り循環タンク１１内の被処理流体か循環され、同流体は
各濾過器１３、］４内においては各フィルタ１．３　ａ
、］、　４．　ａの内周側を長手方向に沿って流動する
とともに、同流体の一部が各フィルタ］、　３２１、］
、　４　ａの内外周側間の差圧により外周側へ透過し、
濾液として各流出管路］、　５　ｂ、１５ｄから流出さ
れる。

（２）濾過試験（１） 被処理流体として分子量的５００の抗生物質を７１価物
として含有する醗酵培養液を採用するとともに、第１図
に示す濾過装置を使用して下記の条イ！１下で濾過試験
を行い第２図に示ず結果を得た。

フィルタ・平均細孔径０．］Ｊ、ｚｍ、濾過面積０，２
４ｍ２の円筒状セラミックフィルタ（モノリス型）被処
理流体の循環流速：　５ｍ／ｓｅｃ・第１濾過器１３に
おける圧力　入口圧（Ｐｌ）・１２ｋｇ／Ｃｍ２、出口
圧（１’２）１０ｋｇ７ｃｍ２、濾液側圧（１’３）＝
４ｋｇ／ｃｍ２ 第２濾過器１４における圧力・人口圧（Ｐ４）・５Ｊ／
ｃＩ１１２、出口圧（＋’５）１ｋｇ／ｃｍ２、濾液側
圧（Ｐ６）＝０透過率：液体クロマトグラフィ測定法に
よる濾過試験においては各濾過器１３．１４から流出す
る濾液の単位時間当たりの流出量（フラックス）の経時
間的変化を測定したところ、第２図に示すグラフの結果
を得た。同図においてグラフ（１）は第１ｉ１１過器］
３にお（つる結果であり、かつグラフ（Ｉｆ）は第２濾
過器１４における結果であって、いずれの場合において
も濾過開始後約６０分て平衡フラックスに達している。

また、平衡フラックスに達して安定な濾過状態にある濾
過開始後９０分における有価物の透過率を測定したとこ
ろ、第１濾過器１３ては９６％、第２濾過器１４ては９
８％といずれも良好な結果を得た。

（３）濾過試験（ＩＩ） 各濾過器１３．１４におけるに入口圧（Ｉ’ｌ、Ｐ４）
、出［１圧（Ｐ２．Ｐ５）の平均値（ｐ、＋ｐ２）／２
　、（Ｐ＜＋Ｐｓ）／２濾液側圧に対処する流体側圧・
・・を変化させた点および第１濾過器１３の濾液側圧を
（Ｐ３・０．４ｋｇ／ｃｍ２）の２種類にした点を除き
、濾過試験（Ｉ＞と同一条件により濾過試験を行って濾
液側圧に対する平衡フラックスおよび有価物の透過率の
関係を測定し、第１表、第２表および第３図の結果を得
た。第３図においてグラフ（Ｉ＞は平衡フラックスの関
係を示し、かつグラフ（ｎ）は有価物透過率の関係を示
している。

これらのグラフから明らかなように、流体側圧か高くな
るとフィルタの内周に堆積しているケークを構成するゲ
ル層が圧密化し、平衡フラックスおよび有価物透過率の
増加か停止する点かあり、第３図においては流体側圧か
約６ｋｇ／ｃｍ２の点か該当し、その後の流体側圧の増
加により平衡フラックス、透過率共に低下する。この場
合、濾液１ｕｌｌを加圧することにより平衡フラックス
、有価物透過率の低下が抑制され、流体側圧を増加させ
てら高い平衡フラックスおよび有価物透過率を維持する
ことかてきる。

（以下余白） ○ 第１表：第１濾過器 第２表：第２濾過器 （４）濾過試験（ＩＩＩ） 被処理流体として分子量約１３万の酵素を有価物として
含有する醗酵培養液を採用し、各圧力を変更させた点を
除き濾過試験（Ｉｔ）と同じ濾過試験を行い、濾液側圧
に対する平衡フラックスおよび有価物の透過率の関係を
測定して第３表、第４表および第４図の結果を得た。第
４図においてグラフ（Ｉ）は平衡フラックスの関係を示
し、かつグラフ（ＩＩ）は有価物透過率の関係を示して
いる。

これらのグラフから明らかなように、平衡フラックスお
よび有価物透過率は濾液側圧が一定圧（本試験において
は１ｋｇ／ｃｍ２）を超えると低下する傾向にあり、特
に有価物透過率についてはこの傾向が顕著である。この
場合、濾液側を加圧することにより平衡フラックス、有
価物透過率の低下か抑制され、流体側圧を増加させても
高い平衡フラックスおよび有価物透過率を維持すること
ができる。

第３表：第１濾過器 第４表：第２濾過器

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾過方法を実施するための濾過装置の
一例を示す概略構成図、第２図は濾過器　３ 験（Ｉ）におけるフラックスの経時間的変化を示すグラ
フ、第３図および第４図は濾過試験（ＩＩ）および（■
）における流体側圧に対する平衡フラックス、有価物透
過率の関係を示すグラフである。 符　　号　　の　　説　　明 ］１・・・循環タンク、１２・・・循環ポンプ、１３、
］−４・・　濾過器、１３ａ、１４ａ・フィルタ、１７
ｂ、１７ｄ・・・圧力制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被処理流体を所定の圧力にて濾過器へ連続的に供給し
   て同濾過器内のフィルタの一側に沿って流動させ、前記
   流体の一部を前記フィルタの他側へ透過させて濾液とし
   て流出させるとともに、前記流体の残液を前記濾過器へ
   循環供給させるクロスフロー濾過方法において、前記濾
   過器としてセラミックフィルタを備えた複数の濾過器を
   採用してこれら濾過器を互いに直列的に接続し、これら
   各濾過器のうち少なくとも最上流側の濾過器における濾
   液側に所定の圧力を付与して流体側との差圧を低減させ
   ることを特徴とするクロスフロー濾過方法。