RU2033188C1 - Многокамерный мембранный фильтр - Google Patents

Многокамерный мембранный фильтр Download PDF

Info

Publication number
RU2033188C1
RU2033188C1 SU4816547A RU2033188C1 RU 2033188 C1 RU2033188 C1 RU 2033188C1 SU 4816547 A SU4816547 A SU 4816547A RU 2033188 C1 RU2033188 C1 RU 2033188C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chambers
blood
filter
section
sections
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Б.М. Зеликсон
Original Assignee
Зеликсон Борис Малкиэлевич
Акционерное общество закрытого типа "Оптика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Зеликсон Борис Малкиэлевич, Акционерное общество закрытого типа "Оптика" filed Critical Зеликсон Борис Малкиэлевич
Priority to SU4816547 priority Critical patent/RU2033188C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2033188C1 publication Critical patent/RU2033188C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • External Artificial Organs (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для использования при проведении плазмафореза. Сущность: фильтр разделен в направлении тока разделяемой смеси / т.е. крови/ на несколько секций с последовательно убывающим количеством камер в каждой секции. При этом по потоку крови секции соединены между собой последовательно с обеспечением перемешивания крови между секциями. Этим достигается существенное уменьшение эффекта концентрационной поляризации, ограничивающей удельную производительность фильтра. Все камеры пермеата, т.е. плазмы, параллельны. 4 ил.

Description

Изобретение относится к мембранной аппаратуре, а именно к устройствам для разделения различных смесей на полупроницаемых плоских мембранах, и предназначено для использования в биологии и медицине, преимущественно при осуществлении плазмафереза, т.е. при выделении жидкой составляющей крови.
Известны различные многокамерные фильтры на основании плоских мембран, содержащий несколько параллельных камер, в которые под давлением подается поток разделяемой смеси, и нескольких параллельных камер пермеата, отделенных мембранами от камер разделяемой смеси. Общим недостатком известных многокамерных фильтров с ламинарными потоками разделяемой смеси, направленными вдоль поверхности мембран, является их недостаточная эффективность, обусловленная падением удельной производительности мембраны по ее длине. Это падение связано с явлением концентрационной поляризации, т.е. с ростом концентрации частиц вблизи поверхности мембраны под воздействием потока пермеата, направленного в камере разделяемой смеси перпендикулярно к поверхности мембраны. Частицы, скапливающиеся у поверхности мембраны, перекрывают ее поры и тем самым препятствуют прохождению через нее пермеата.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является плазмаферизатор многокамерный мембранный фильтр, содержащий камеры разделяемой смеси, отделенные полупроницаемыми плоскими мембранами от камер пермеата, входной распределитель для подачи разделяемой смеси вдоль поверхности мембран параллельно в Р камер разделяемой смеси, выходной коллектор концентрата, соединенный выходами камер разделяемой смеси, и коллектор пермеата, соединенный с выходами камер пермеата.
В этом плазмаферизаторе используются мембраны длиной 0,22 м, так что явление концентрационной поляризации проявляется в нем весьма значительно. Усиление влияния концентрационной поляризации, т.е. дополнительное снижение удельной производительности, обусловлено в известном фильтре уменьшением скорости потока разделяемой смеси по длине мембраны в направлении от входа фильтра к его выходу, приводящим к ослаблению воздействия потока на частицы, осевшие на мембране.
Цель изобретения увеличение удельной производительности фильтра.
На фиг.1 показан предлагаемый фильтр, продольный разрез; на фиг.2 сечение одной из камер пермеата плоскостью, параллельной мембранам; на фиг.3 и 4 продольный и поперечный разрезы предпочтительного варианта фильтра.
Предлагаемый многокамерный мембранный фильтр разделен на m секций (в приведенных на фиг.1 и 3 примерах m равно 3). В каждой из секций 1-3 внутри корпуса 4 размещены камеры 5 разделяемой смеси и камеры 6 пермеата. В том случае, когда фильтр служит для отделения плазмы, камеры 5 являются камерами крови, а камеры 6 камерами плазмы. Камеры 5, 6 разделены полупроницаемыми мембранами 7, изготовленными, например, из тонкой пленки полиимида, тетрафторэтилена, целлюлозы со средним диаметром пор 0,4-0,6 мкм. Поперечные размеры камер 5 крови (высота hк и ширина b) выбираются так, чтобы обеспечить заданные характеристики фильтра (скорость потока крови, производительность фильтрации, гидравлическое сопротивление и др.). При этом выбор hк должен обеспечить формирование тонких каналов для протекания крови, соответствующих наиболее эффективному использованию мембран. Выбранное значение hк, состав- ляющее для плазмафильтра 0,08-0,15 мкм, задается толщиной прокладок. Высоту hп камер 6 плазмы рекомендуется выбрать существенно большей, чем hк, чтобы уменьшить сопротивление току плазмы. Значение hп, составляющее для плазмафильтра 0,3-0,4 мм, задается установленными в камерах плазмы сепараторами 9, выполненными, например, из пластмассовой сетки (см. фиг.2). Значения hк и hп рекомендуется выбрать одинаковыми для камер крови и плазмы соответственно во всех секциях 1-3 фильтра.
Суммарная длина пути крови по камерам крови во всех секций выбирается из расчета обеспечения заданного падения давления крови между входом и выходом фильтра, т.е. заданного гидравлического сопротивления. При этом длина камер крови в каждой последующей секции может быть увеличена по сравнению с предыдущей, например, на 10-15%
По периметру сетки 9 размещен уплотнительный элемент 10, обеспечивающий герметизацию камеры 6 плазмы.
Секция 1 содержит Р камер 5 крови; значение Р зависит от заданной общей производительности фильтра. Реально Р для плазмафильтров может лежать в пределах 6-20. Количество камер 5 крови и соответственно камер 6 плазмы должно уменьшаться с увеличением номера секции n. Это уменьшение должно быть тем более резким, чем больше степень фильтрации φ т.е. отношение QF/Qвх, где QF поток пермеата (плазмы) на выходе фильтра; Qвх поток разделяемой смеси на его входе. Наиболее простым и удобным представляется уменьшение числа камер крови по линейному закону, т.е. следует выбирать отношение r количества Рn камер крови в n-й секции к их количеству Р в первой секции из соотношения
Figure 00000001
≅ r≅
Figure 00000002

Это соотношение, как правило, однозначно определяет значения Рn. Например, при Р 9, m 5 и φ= 0,5 значения Р2 Р5 будут равны 8, 7, 6 и 5 соответственно. Если же значение P[1-
Figure 00000003
(n-1)] дробно и кратно 0,5, т.е. приведенному соотношению удовлетворяют два значения Рn, рекомендуется выбирать большее из этих значений.
Входы всех камер 5 крови секции 1 параллельно соединены с входным распределителем 11, представляющим собой сквозные вертикальные отверстия во всех элементах секции, изолированные от камер 6 плазмы и соединенные с входным штуцером 12. Аналогично входы камер крови секций 2 и 3 соединены с промежуточным распределителем 13, выходы камер крови секций 1 и 2 с промежуточными коллекторами 14, а выходы камер крови последней секции 3 с выходным коллектором 15, соединенным с выходным штуцером 16. Сечения отверстий, образующих распределители и коллекторы, должны существенно превышать поперечное сечение камер крови, т.е. значение hк˙b.
Вход промежуточного распределителя 13 каждой последующей секции (2, 3) соединен с выходом промежуточного коллектора 14 предыдущей секции (1, 2 соответственно), например, шлангами 17. Все сквозные выходные отверстия 18, связанные с камерами 6 плазмы (см. фиг.2) и изолированные от камер 4 крови, соединены с магистралью 19 и образуют вместе с ней коллектор пермеата, т.е. плазмы. Таким образом, в отличие от камер крови, выходы всех камер плазмы фильтра соединены параллельно.
Отверстия рекомендуется расположить на продольной стороне (или на продольных сторонах) камер 6 плазмы.
Модульная конструкция фильтра, изображенного на фиг.1, позволяет легко изменять его параметры с целью оптимального соответствия условиям процесса фильтрации. Это возможно как за счет изменения числа секций, так и за счет использования секций с другим соотношением количества камер крови.
В том случае, когда фильтр ориентирован на определенный режим работы (что, в частности, характерно для плазмофереза), целесообразно использовать вариант, изображенный на фиг.3.
В данном варианте все камеры, крови и плазмы всех секций имеют одинаковую длину и ширину и размещены в едином корпусе 4 с взаимным смещением в направлении, перпендикулярном плоскостям мембран 7. В этом случае каждый промежуточный распределитель 13 является продолжением промежуточного коллектора 14 предшествующей секции. Одновременно каждый четный промежуточный коллектор (в приведенном на фиг.3 варианте это коллектор 142) является продолжением входного распределителя 11, но отделен от него непроницаемой прокладкой 20. Аналогично при m ≥5 каждый (2l+1)-й промежуточный коллектор будет отделен непроницаемой прокладкой от (m-2)-го промежуточного распределителя и т. д. При четном m выходной коллектор 15 располагается на продолжении входного распределителя, а при нечетном первого промежуточного коллектора 141 (см. фиг.3). Такая конструкция обеспечивает компактность фильтра, упрощает его изготовление, уменьшает материалоемкость и повышает надежность в эксплуатации.
Процесс плазмафереза с использованием предлагаемого фильтра проходит следующим образом.
Через штуцер 12 во входной распределитель 11 под давлением подается поток крови, который поступает в камеры 5 крови секции 1 и течет по поверхности мембран 7. Поскольку давление в камерах 5 крови выше, чем в камерах 6 плазмы, создается трансмембранное давление и возникает поперечная составляющая потока крови. При этом жидкая составляющая крови плазма, включая молекулы и частицы размерами, меньшими диаметра пор в мембране 7, проникает через нее в камеру 6 плазмы. Здесь плазма стекает по сетке 9 в направлении, перпендикулярном направлению потока крови, к отверстиям 18 и выводится через коллектор 19 плазмы.
Одновременно поперечная составляющая потока прижимает к поверхности мембран крупные форменные элементы крови (эритроциты, тромбоциты и др.), которые закупоривают поры в мембранах. Поэтому проникновение плазмы в поры мембран происходит лишь в моменты "смывания" форменных элементов тангенциальным потоком крови, которое тем эффективнее, чем выше скорость этого потока. По мере удаления от входного распределителя развивается явление концентрационной поляризации, снижающей удельную производительность процесса фильтрации. Однако, поскольку длина секции 1 примерно в m раз короче длины аналогичного несанкционированного фильтра, отрицательное влияние концентрационной поляризации в этой секции будет в несколько (
Figure 00000004
) раз слабее, чем в известных фильтрах.
Не прошедшая через мембраны 7 часть потока крови из секции 1 поступает в первый промежуточный коллектор 141 и далее в первый промежуточный распределитель 132 и в камеры 5 крови секции 2. Здесь повторяется процесс отделения плазмы от форменных элементов, после чего аналогичный процесс повторяется в секции 3. Уменьшение количества камер крови в секциях 2 и 3 по сравнению с секцией 1 компенсирует уменьшение потока крови за счет отделения плазмы, причем эта компенсация особенно эффективна при выборе предложенного соотношения количества камер в каждой секции. При отклонении от данного соотношения компенсация уменьшения потока будет только частичной. Таким образом, в предлагаемом фильтре обеспечено выравнивание скорости потока крови по всему фильтру и тем самым устранена одна из причин снижения удельной производительности по длине фильтра, свойственная известным образцам.
Концентрат, насыщенный форменными элементами, выводится через выходной коллектор 15, а плазма, собранная из всех секций фильтра через коллектор 19. Параллельное соединение всех камер 6 плазмы не только упрощает конструкцию фильтра, но и способствует выравниванию трансмембранного давления по всем камерам фильтра.
Благодаря резкому изменению направления потока крови и большому сечению промежуточных коллекторов 14 и распределителей 15 в них обеспечивается эффективное перемешивание потока крови, т.е. полностью устраняется концентрационная поляризация на входе каждой последующей секции. Поскольку камеры крови в этих секциях также имеют уменьшенную длину, концентрационная поляризация проявляется в них лишь в слабой степени.
Таким образом, за счет предложенного секционирования фильтра удается примерно в
Figure 00000005
раз уменьшить влияние концентрационной поляризации главного фактора, обеспечивающего эффективность мембранных фильтров.
Удельная производительность предлагаемого фильтра и, следовательно, его эффективность (выражающаяся в большей производительности при той же материалоемкости или в меньшей материалоемкости при той же производительности) существенно выше, чем известных. Этот положительный эффект достигнут почти без усложнения конструкции и технологии изготовления фильтра, особенно при использовании варианта, изображенного на фиг.3, и без ухудшения его других характеристик.
Хотя изобретение описано на примере плазмафильтра, оно может быть использовано при мембранном разделении других смесей, например, пищевых и химических продуктов.

Claims (1)

  1. МНОГОКАМЕРНЫЙ МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТР, содержащий камеры разделяемой смеси, отделенные плоскими полупроницаемыми мембранами от камер пермеата, распределитель смеси на входе камер и коллекторы на выходе камер, а также коллектор пермеата, соединенный с выходами камер пермеата, отличающийся тем, что камеры фильтра объединены в секции, последовательно соединенные по разделяемой смеси и размещенные в едином корпусе, причем количество камер в секциях последовательно убывает от секции к секции, камеры всех секций имеют одинаковые геометрические размеры и расположены одна над другой, а каждый из коллекторов разделяемой смеси предыдущей секции сопряжен с распределителем последующей секции.
SU4816547 1990-03-14 1990-03-14 Многокамерный мембранный фильтр RU2033188C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4816547 RU2033188C1 (ru) 1990-03-14 1990-03-14 Многокамерный мембранный фильтр

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4816547 RU2033188C1 (ru) 1990-03-14 1990-03-14 Многокамерный мембранный фильтр

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2033188C1 true RU2033188C1 (ru) 1995-04-20

Family

ID=21509525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4816547 RU2033188C1 (ru) 1990-03-14 1990-03-14 Многокамерный мембранный фильтр

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2033188C1 (ru)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент Великобритании N 2151942, кл. A 61M 5/16, 1985. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5342517A (en) Filtration cassette article, and filter comprising same
EP0049055B1 (en) Apparatus for altering the concentration of a preselected component of a feedstock by filtration or ultrafiltration
US4033878A (en) Spiral wound membrane module for direct osmosis separations
US4867876A (en) Filter plate, filter plate element, and filter comprising same
EP0980285B1 (en) Filtration cassette article and filter comprising same
US4956085A (en) Filter plate, filter plate element and filter comprising same
US5096582A (en) Tangential flow filtration apparatus
US11565215B2 (en) Permeate channel alterations for counter current filtration for use in cross-flow filtration modules useful in osmotic systems
WO1996028240A1 (en) Filtration cassette article, and filter comprising same
US5607586A (en) Multichannel inorganic element for filtering a fluid
WO1987007525A1 (en) Ultrafiltration apparatus
CA2352704A1 (en) Apparatus for filtering and separating fluids
US5160433A (en) Laboratory scale ultrafiltration apparatus
US4997565A (en) Laboratory scale ultrafiltration apparatus
RU2033188C1 (ru) Многокамерный мембранный фильтр
EP1359993B1 (en) Hollow fiber membrane cassette
US20040045890A1 (en) Hollow fiber membrane cassette
JP3036041B2 (ja) 膜分離装置
AU2002236864A1 (en) Hollow fiber membrane cassette
JP2004524140A5 (ru)
CN110354555A (zh) 一种平板微孔过滤装置及其过滤方法
EP0310385A2 (en) Filter plate, filter plate element, and filter comprising same
RU2040317C1 (ru) Мембранный фильтр
RU2248840C2 (ru) Мембранный аппарат для разделения смесей
JP3331665B2 (ja) 膜分離装置