ФИЛЬТРАЦИЯ С КОНТРОЛЕМ ВНУТРЕННЕГО ЗАСОРЕНИЯ

1. Способ фильтрации, включающий
предоставление мембранного модуля, включающего мембрану, определяющую стороны пермеата и ретентата, противоположные одна другой, впускное отверстие и выпускное отверстие, поток исходного материала, протекающий из впускного отверстия к выпускному отверстию в осевом направлении вдоль стороны ретентата мембраны, поток пермеата, протекающий в осевом направлении из впускного отверстия к выпускному отверстию вдоль стороны пермеата мембраны, и обводную линию для рециркуляции пермеата для предоставления параллельного потока рециркулируемого пермеата в модуль;
регулирование расхода потока или давления на стороне пермеата или ретентата мембраны, чтобы обеспечить базовые величины давления у впускного отверстия и выпускного отверстия на сторонах пермеата и ретентата мембраны, так что разность в базовых величинах давления между сторонами пермеата и ретентата мембраны является, по существу, одной и той же у впускного отверстия и выпускного отверстия, при этом на стороне пермеата мембраны базовое давление у впускного отверстия больше, чем базовое давление у выпускного отверстия, и на стороне ретентата мембраны базовое давление у впускного отверстия больше, чем базовое давление у выпускного отверстия; и
периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны, чтобы уменьшить разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны у впускного отверстия и выпускного отверстия по меньшей мере на около 50% по сравнению с разностью между базовыми величинами давления.
2. Способ фильтрации по п.1, в котором указанное периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны происходит при интервалах примерно от 1 мин до 6 ч с продолжительностью примерно от 1 до 60 с, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.
3. Способ фильтрации по п.1, в котором, когда давление периодически уменьшается на стороне пермеата мембраны, разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны уменьшается, по существу, до нуля у впускного отверстия и выпускного отверстия.
4. Способ фильтрации по п.1, в котором мембрана является мембраной со спиральной намоткой.
5. Способ фильтрации по п.1, дополнительно включающий периодическое выполнение операции создания обратного равномерного трансмембранного давления (rUTMP) посредством либо увеличения давления пермеата, либо уменьшения давления ретентата, что приводит к контролируемому созданию избыточного давления на стороне пермеата мембраны по сравнению с давлением на стороне ретентата мембраны, чтобы предоставить обратный поток через мембрану, наряду с тем, что поддерживается осевой поток из впускного отверстия к выпускному отверстию на обеих сторонах мембраны, при этом разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны, по существу, одна и та же у впускного отверстия и выпускного отверстия во время указанной операции создания rUTMP.
6. Способ фильтрации по п.5, в котором указанная операция создания rUTMP выполняется периодически при интервалах примерно от 1 мин до 6 ч с продолжительностью примерно от 1 до 60 с, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.
7. Способ фильтрации по п.6, в котором мембрана является мембраной со спиральной намоткой.
8. Способ фильтрации, включающий
предоставление мембранного модуля со спиральной намоткой, включающего мембрану, определяющую стороны пермеата и ретентата, противоположные одна другой, впускное отверстие и выпускное отверстие, поток исходного материала, протекающий из впускного отверстия к выпускному отверстию в осевом направлении вдоль стороны ретентата мембраны, поток пермеата, протекающий в осевом направлении из впускного отверстия к выпускному отверстию вдоль стороны пермеата мембраны, и обводную линию для рециркуляции для предоставления параллельного потока рециркулируемого пермеата в модуль; и
регулирование расхода потока пермеата, чтобы предоставить базовые величины давления у впускного отверстия и выпускного отверстия на сторонах пермеата и ретентата мембраны таким образом, чтобы разность в базовых величинах давления между сторонами пермеата и ретентата мембраны являлась, по существу, одной и той же у впускного отверстия и выпускного отверстия, при этом на стороне пермеата мембраны базовое давление у впускного отверстия больше, чем базовое давление у выпускного отверстия, и на стороне ретентата мембраны базовое давление у впускного отверстия больше, чем базовое давление у выпускного отверстия.
9. Способ фильтрации по п.8, в котором модуль содержит по меньшей мере один элемент гидравлического сопротивления на стороне пермеата мембраны, в котором пермеат протекает через элемент гидравлического сопротивления, и в котором расход потока пермеата, протекающего через элемент гидравлического сопротивления, изменяется, чтобы создать регулируемый градиент давления.
10. Способ фильтрации по п.8, дополнительно включающий периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны, чтобы уменьшить разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны у впускного отверстия и выпускного отверстия по меньшей мере на около 50% по сравнению с разностью между базовыми величинами давления.
11. Способ фильтрации по п.10, в котором указанное периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны происходит при интервалах примерно от 1 до 30 мин с продолжительностью примерно от 1 до 10 с, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.
12. Способ фильтрации по п.10, в котором, когда давление периодически уменьшается на стороне пермеата, разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны уменьшается, по существу, до нуля у впускного отверстия и выпускного отверстия.
13. Способ фильтрации по п.8, дополнительно включающий периодическое выполнение операции создания rUTMP на указанной стороне пермеата мембраны посредством либо увеличения давления пермеата, либо уменьшения давления ретентата, что приводит к контролируемому созданию избыточного давления на стороне пермеата мембраны по сравнению с давлением на стороне ретентата мембраны, чтобы предоставить обратный поток через мембрану, наряду с тем, что поддерживается осевой поток из впускного отверстия к выпускному отверстию на обеих сторонах мембраны, при этом разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны, по существу, одна и та же у впускного отверстия и выпускного отверстия во время указанной операции создания rUTMP.
14. Способ фильтрации по п.9, в котором элемент гидравлического сопротивления выбирается из группы, состоящей из конической унитарной вставки, пористой среды, размещенной во внутреннем пространстве, определенном трубой для сбора, через которую протекает пермеат, статического смесительного узла, установленного внутри трубы для сбора, через которую протекает пермеат, и по меньшей мере одной перегородки, продолжающейся в радиальном направлении внутрь от внутренней стенки трубы для сбора, через которую протекает пермеат.
15. Способ фильтрации по п.9, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит коническую унитарную вставку.
16. Способ фильтрации по п.9, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит коническую унитарную вставку, поддерживаемую внутри трубы для сбора посредством по меньшей мере одного упругого уплотнительного кольца, расположенного между вставкой и внутренней стенкой трубы для сбора, и указанная коническая унитарная вставка включает по меньшей мере одну канавку, продолжающуюся ниже указанного упругого уплотнительного кольца, обеспечивая прохождение текучей среды под уплотнительным кольцом и вдоль внешней поверхности конической унитарной вставки.
17. Способ фильтрации, включающий
предоставление мембранного модуля, включающего мембрану, определяющую стороны пермеата и ретентата, противоположные одна другой, впускное отверстие и выпускное отверстие, поток исходного материала, протекающий из впускного отверстия к выпускному отверстию в осевом направлении вдоль стороны ретентата мембраны, поток пермеата, протекающий из впускного отверстия к выпускному отверстию вдоль стороны пермеата мембраны, и обводную линию для рециркуляции пермеата для предоставления параллельного потока рециркулируемого пермеата в модуль;
регулирование расхода потока пермеата таким образом, чтобы разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны являлась, по существу, одной и той же у впускного отверстия и выпускного отверстия, при этом давление на стороне пермеата мембраны больше у впускного отверстия, чем у выпускного отверстия, и давление на стороне ретентата мембраны больше у впускного отверстия, чем у выпускного отверстия; и
периодическое выполнение операции создания rUTMP на указанной стороне пермеата мембраны посредством либо увеличения давления пермеата, либо уменьшения давления ретентата, что приводит к контролируемому созданию избыточного давления на стороне пермеата мембраны по сравнению с давлением на стороне ретентата мембраны, чтобы предоставить обратный поток через мембрану, наряду с тем, что поддерживается осевой поток из впускного отверстия к выпускному отверстию на обеих сторонах мембраны, при этом разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны, по существу, одна и та же у впускного отверстия и выпускного отверстия во время указанной операции создания rUTMP.
18. Способ фильтрации по п.17, в котором мембрана является мембраной со спиральной намоткой.
19. Способ фильтрации для разделения потока фильтрующейся текучей среды модулем с фильтрующей мембраной со спиральной намоткой на поток пермеата и поток ретентата, данный способ содержит
(a) протекание потока исходного материала, подлежащего разделению, при некотором расходе через впускное отверстие для потока исходного материала и в осевом направлении через сторону ретентата мембраны со спиральной намоткой при избыточном давлении в первом направлении протекания через канал для ретентата мембранного модуля;
(b) выведение потока ретентата, протекающего в осевом направлении, через выпускное отверстие для ретентата мембранного модуля;
(c) отбор потока пермеата, протекающего в радиальном направлении внутри канала для пермеата, расположенного на стороне пермеата мембраны, которая противоположна ее стороне для ретентата, в трубу для сбора пермеата, соединенную с ним с возможностью протекания текучей среды, при этом труба для сбора содержит по меньшей мере один элемент гидравлического сопротивления;
(d) протекание потока собранного пермеата через центральную трубу для сбора пермеата к выпускному отверстию для пермеата для выпуска из модуля;
(e) возврат части пермеата, выпущенного из указанной трубы для сбора пермеата, к ее впускному отверстию для пермеата при некотором расходе пермеата; и
(f) регулирование расхода потока пермеата, чтобы предоставить базовые величины давления у впускного отверстия и выпускного отверстия на сторонах пермеата и ретентата мембраны таким образом, чтобы разность в базовых величинах давления между сторонами пермеата и ретентата мембраны являлась, по существу, одной и той же у впускного отверстия и выпускного отверстия, при этом на стороне пермеата мембраны базовое давление у впускного отверстия больше, чем базовое давление у выпускного отверстия, и на стороне ретентата мембраны базовое давление у впускного отверстия больше, чем базовое давление у выпускного отверстия.
20. Способ по п.19, дополнительно включающий
(g) периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны, чтобы уменьшить разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны у впускного отверстия и выпускного отверстия по меньшей мере на около 50% по сравнению с разностью между базовыми величинами давления.
21. Способ фильтрации по п.20, в котором указанное периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны происходит при интервалах примерно от 1 мин до 6 ч с продолжительностью примерно от 1 до 60 с, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.
22. Способ фильтрации по п.20, в котором, когда давление периодически уменьшается на стороне пермеата мембраны, разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны уменьшается, по существу, до нуля у впускного отверстия и выпускного отверстия.
23. Способ по п.19, дополнительно включающий
(g) периодическое выполнение операции создания rUTMP на указанной стороне пермеата мембраны посредством либо увеличения давления пермеата, либо уменьшения давления ретентата, что приводит к контролируемому созданию избыточного давления на стороне пермеата мембраны по сравнению с давлением на стороне ретентата мембраны, чтобы предоставить обратный поток через мембрану, наряду с тем, что поддерживается осевой поток из впускного отверстия к выпускному отверстию на обеих сторонах мембраны, при этом разность давлений между сторонами пермеата и ретентата мембраны, по существу, одна и та же у впускного отверстия и выпускного отверстия во время указанной операции создания rUTMP.
24. Способ фильтрации по п.23, в котором указанная операция создания rUTMP выполняется периодически при интервалах примерно от 1 мин до 6 ч с продолжительностью примерно от 1 до 60 с, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.
25. Способ фильтрации по п.23, в котором во время указанной операции создания rUTMP трансмембранное давление (TMP) изменяется менее чем на 40% вдоль всей длины мембраны по сравнению с величиной TMP на любом из концов мембраны в осевом направлении.
26. Способ фильтрации по п.23, в котором каналы для пермеата и ретентата поддерживаются непрерывным образом при избыточном давлении от около 0,1 до около 10 бар во время указанной операции создания rUTMP.
27. Способ фильтрации по п.19, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит пористую среду, выбранную из гранул и пены.
28. Способ фильтрации по п.19, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит сферические полимерные гранулы.
29. Способ фильтрации по п.19, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит статический смесительный узел.
30. Способ фильтрации по п.19, в котором мембрана выбирается из поливинилиденфторидной (PVDF), полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны, и указанная мембрана имеет размер пор от около 0,005 до около 5 мкм.
31. Способ фильтрации по п.19, в котором мембрана выбирается из полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны, имеющей размер пор от около 0,005 до около 2 мкм.
32. Способ фильтрации по п.19, в котором поток исходного материала содержит полипептид, нуклеиновую кислоту, гликопротеин или биополимер.
33. Способ фильтрации по п.19, в котором поток исходного материала содержит продукт ферментации от бактериального производящего организма.
34. Способ фильтрации по п.33, в котором бактериальный производящий организм выбирается из группы, состоящей из Bacillus sp, Escherichia sp, Pantoea sp, Streptomyces sp и Pseudomonas sp.
35. Способ фильтрации по п.19, в котором поток исходного материала содержит продукт ферментации от грибкового производящего хозяина.
36. Способ фильтрации по п.35, в котором грибковый производящий хозяин выбирается из группы, состоящей из Aspergillus sp, Trichoderma sp, Schizosaccharomyces sp, Saccharomyces sp, Fusarium sp, Humicola sp, Mucor sp, Kluyveromyces sp, Yarrowia sp, Acremonium sp, Neurospora sp, Penicillium sp, Myceliophthora sp и Thielavia sp.
37. Способ фильтрации по п.19, в котором поток исходного материала содержит протеазу, и фильтрация выполняется при температуре, поддерживаемой при около 15°C или менее.
38. Способ фильтрации по п.19, в котором поток исходного материала содержит амилазу, и фильтрация выполняется при температуре, поддерживаемой при около 55°C или менее.
39. Устройство для фильтрации, содержащее
a) модуль с фильтрующей мембраной со спиральной намоткой, содержащий мембрану со спиральной намоткой,
канал для ретентата, продолжающийся вдоль стороны ретентата мембраны, для приема потока исходного материала из впускного отверстия для потока исходного материала и протекания ретентата в осевом направлении через сторону ретентата мембраны к выпускному отверстию для выпуска ретентата из модуля;
канал для пермеата, расположенный на стороне пермеата мембраны, которая противоположна стороне для ретентата, для радиального протекания пермеата, проходящего через мембрану, к центральной трубе для сбора пермеата, соединенную с ним с возможностью протекания текучей среды,
указанная труба для сбора содержит по меньшей мере один элемент гидравлического сопротивления и определяет канал для протекания собранного пермеата к выпускному отверстию для пермеата для выпуска собранного пермеата из модуля, и указанная труба для сбора имеет впускное отверстие для пермеата для введения по меньшей мере части выпущенного пермеата назад в трубу для сбора;
b) насос для пермеата для возврата части пермеата, выпущенного из указанной трубы для сбора пермеата, при регулируемом расходе во впускное отверстие для пермеата трубы для сбора;
c) насос для потока исходного материала для подачи потока исходного материала во впускное отверстие для потока исходного материала при регулируемом расходе, при этом указанные насос для пермеата и насос для потока исходного материала управляются взаимозависимым образом;
(d) контроллер для взаимозависимого управления насосом для пермеата и насосом для потока исходного материала таким образом, что соответствующие расходы потока исходного материала и потока пермеата в мембранный модуль регулируются взаимозависимым образом, эффективным для обеспечения попеременного выполнения стадий разделения и устранения засорения во время эксплуатации, при этом поддерживается в основном равномерное трансмембранное давление в осевом направлении вдоль мембраны во время обеих стадий функционирования.
40. Устройство для фильтрации по п.39, также содержащее
(e) линию для подачи воды под давлением, соединенную с возможностью протекания текучей среды с каналом для пермеата.
41. Устройство для фильтрации по п.39, в котором указанный фильтрующий мембранный модуль со спиральной намоткой также содержит
корпус, имеющий первый и второй концы в осевом направлении и определяющий кольцевое пространство, в котором расположена центральная труба для сбора пермеата;
листовую мембрану, намотанную по спирали вокруг трубы для сбора пермеата, указанная листовая мембрана содержит пористый элемент, расположенный между полупроницаемыми мембранными слоями, чтобы определить проход для пермеата как канал для радиального потока, и прокладку, расположенную между витками листовой мембраны, чтобы определить канал для ретентата, при этом внешний край вдоль осевого направления и боковые края листовой мембраны герметизированы, и ее внутренний край вдоль осевого направления соединен с возможностью протекания пермеата с указанной трубой для сбора пермеата.
42. Устройство для фильтрации по п.39, в котором указанные насос для пермеата и насос для потока исходного материала также могут управляться для периодического создания избыточного давления на стороне пермеата мембраны по сравнению со стороной ретентата, достаточного для образования обратного потока через мембрану со стороны пермеата к стороне ретентата при одновременном поддержании осевого сонаправленного принудительного прямотока в каналах для пермеата и ретентата.
43. Устройство для фильтрации по п.42, в котором указанный насос для пермеата может управляться таким образом, чтобы увеличить долю возврата выпущенного пермеата во впускное отверстие для пермеата, наряду с тем, что насос для потока исходного материала может управляться таким образом, чтобы поддержать постоянный расход потока исходного материала.
44. Устройство для фильтрации по п.39, в котором элемент гидравлического сопротивления выбирается из группы, состоящей из конической унитарной вставки, пористой среды, размещенной во внутреннем пространстве, определенном трубой для сбора, через которую протекает пермеат, статического смесительного узла, установленного внутри трубы для сбора, через которую протекает пермеат, и по меньшей мере одной перегородки, продолжающейся в радиальном направлении внутрь от внутренней стенки трубы для сбора, через которую протекает пермеат.
45. Устройство для фильтрации по п.39, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит коническую унитарную вставку.
46. Устройство для фильтрации по п.39, в котором элемент гидравлического сопротивления содержит коническую унитарную вставку, поддерживаемую внутри трубы для сбора посредством по меньшей мере одного упругого уплотнительного кольца, расположенного между вставкой и внутренней стенкой трубы для сбора, и указанная коническая унитарная вставка включает по меньшей мере одну канавку, продолжающуюся ниже указанного упругого уплотнительного кольца, обеспечивая прохождение текучей среды под уплотнительным кольцом и вдоль внешней поверхности конической унитарной вставки.
47. Устройство для фильтрации по п.39, в котором мембрана имеет размер пор фильтрующей среды от около 0,005 до около 5 мкм.
48. Устройство для фильтрации по п.39, в котором мембрана выбирается из поливинилиденфторидной (PVDF), полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны.