CN102458621A - 模拟器装置 - Google Patents

Abstract

一种构造为用以替代交叉流过滤系统中的过滤单元的模拟器装置包括进料入口(41)、第一流径(43)和第二流径(44)，第一流径(43)连接在进料入口(41)上，用于模拟过滤单元中的渗余物流，并且第二流径(44)连接在进料入口上，用于模拟过滤单元中的渗透物流。提供了可调阀器件(45，46)，以用于控制模拟的渗余物流和模拟的渗透物流中的至少一个。

Description

模拟器装置

技术领域

本发明涉及交叉流过滤，且更具体地说，涉及一种模拟器装置，其设计为以便替代交叉流过滤器械或系统中的过滤单元。

背景技术

对于通过过滤从流体中分离出悬浮的固体而言，使用了两种基本结构，即顺流过滤(也被称为正常流过滤)和交叉流过滤(也被称为切向流过滤)。

在顺流过滤中，流体垂直于过滤器表面而被引入，且之后直接穿过过滤器。

另一方面，在交叉流过滤中，流体流沿着过滤器表面沿切向传送。比过滤器的孔隙尺寸更小的粒子作为渗透物(滤液)而穿过隔膜，而其它的任何事物都作为渗佘物保留在隔膜的进料侧。通常流体流经过过滤器表面而进行再循环。因为保留的产物沿着表面而被切向流扫走并且不像顺流过滤中那样累积在过滤器表面处，所以交叉流过滤器可在相对较高的固体负载下连续地操作，而不会被固体材料堵塞。

依赖于过滤器(典型地为隔膜)的孔隙尺寸，交叉流过滤被归类为微细过滤(MF)或超过滤(UF)工艺。滤膜结构包括平板隔膜，其通常用于板式和框式盒、螺旋缠绕模块格式和空心纤维模块中。滤盒典型地包括多孔隔膜构件以及滤液和渗余物流筛网构件的堆叠组件。在过滤模块中，通常使用若干个这种滤盒。

交叉流过滤系统典型地包括过滤模块、进料箱、用于通过进料线路将液体从进料箱供给过滤模块的泵、用于使渗余物循环回到进料箱的返回线路、渗余物返回线路中的用于施加压力的阀，以及用于从过滤模块中除去渗透物的渗透物线路。

如今，在例如不同方法的安装、功能测试或模拟期间在这种系统上执行非工艺活动或者与就位的正常过滤模块一起使用，或者在系统构件被拆卸且管道和外部阀被连接的情况下使用。在前一种情况下，某些工艺参数可能不会发生变化，包括从进料至渗余物的背压和从过滤模块至渗透物线路的流率。还存在损坏滤膜组件的风险。另一方面，使用拆卸的系统构件的备选方案是相当复杂的，并且需要相当大的额外的空间。

美国专利No.4,846,970公开了一种交叉流滤膜测试单元，其可用于测试滤膜的性能和流动特征。该装置包括用于接近模拟全尺寸交叉流过滤系统中所存在的流体动力的器件。

本发明的一个目的是提供这样的器件：该器件用于简化和改进操作全尺寸交叉流过滤系统上的功能测试和其它非工艺活动，而并非像上述US4,846,970中那样测试滤膜样本。

发明内容

上面的目的和优点以及其它目的和优点通过一种装置来实现，该装置设计为以便替代交叉流过滤系统中的过滤单元，例如滤盒，并且其可模拟不同的过滤器性能和特性，包括模拟不同的背压和不同的渗透物流率。

在权利要求1中限定了根据本发明的模拟器装置。构造为用以替代交叉流过滤系统中的滤盒的该模拟器装置包括进料入口、第一流径、第二流径和可调阀器件，第一流径连接在进料入口上，用于模拟过滤单元中的渗余物流，第二流径连接在进料入口上，用于模拟过滤单元中的渗透物流，并且可调阀器件用于控制模拟的渗余物流和模拟的渗透物流中的至少一个。

在一个优选的实施例中，第一流径包括用于控制模拟的渗余物流的第一可调阀器件，并且第二流径包括用于控制模拟的渗透物流的第二可调阀器件。

在另一优选的实施例中，第一可调阀器件提供于优选包括进料流径的进料入口和第一流径之间，并且第二可调阀器件提供于进料入口和第二流径之间。

优选地，模拟器装置构造为用以替代滤膜盒-其典型地是接收在将盒连接到流体入口和出口上的盒固定器中的平板滤膜盒，以便由此而连接到流体入口和出口上。

在从属权利要求中限定了本发明的其它优选实施例。

通过参照以下详细说明和附图将获得对本发明及其进一步的特征和优点的更完整的理解。

附图说明

图1是基本交叉流过滤系统的示意图。

图2是滤膜盒固定器的等角透视图。

图3是用于根据本发明的模拟器装置的一个实施例的示意性的流程图。

图4是根据本发明的模拟器装置的一个实施例的一个面的平面图。

图5是沿着图4中的线A-A得到的截面图。

图6是图4和图5中所示的实施例的等角透视图。

图7是与图6中所示的透视图相对的透视图。

图8是根据本发明的装置的另一实施例的等角透视图。

图9是与图8中所示的透视图相对的透视图。

具体实施方式

在下文中，例如“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“外”、“内”等词语仅仅是参照图中所示本发明的实施例的几何形状而使用的，并且并不意图以任何方式限制本发明。

如上面提到的那样，本发明涉及一种装置，其设计为以便在例如不同方法的安装测试或模拟期间替代交叉流过滤系统中的过滤单元，例如滤膜盒，并且其可模拟操作中可能存在的过滤单元的各种流动条件。为了更好地理解本发明所意图用于其中的环境，首先将简要地描述交叉流过滤系统。

图1中描绘了一种示例性的基本交叉流过滤系统。该系统包括进料箱1，其通过线路2连接到泵3上，泵3又通过进料线路4而连接到过滤模块6的入口5上。过滤模块6的渗余物出口7(i)通过渗余物返回线路8和阀9而连接在进料箱1上，以及(ii)通过带有阀11的线路10而连接到排出装置上。过滤模块6的渗透物出口12通过带有阀15的渗透物线路14而连接在渗透物收集容器13上。泵3进一步联接到排出装置和带有阀17的产物回收线路16上。用于箱1的供给线路被标为18，并且用于该箱的排出口被标为19。进料压力计20安装在进料线路4上，并且渗余物压力计21安装在渗余物线路8上。通常，压力计还安装在渗透物出口12和阀15之间的渗透物线路14上。在所示的情况下，过滤模块6包括一个或多个分别夹紧在滤盒固定器的流分配歧管和背板之间的滤盒，如以下将更详细所述，背板由液压缸22通过液压泵23进行促动。

图2中显示了商业滤盒固定器(来自瑞典乌普萨拉市GEHealthcare Bio-Sciences AB公司的Kvick^TM流盒固定器)。支承在台架31上的盒固定器30包括流分配歧管32、用于液压缸34的安装板33以及操作地联接在液压缸34上并可滑动地安装在盒支承柱36和导杆37上的背板35。流分配歧管32分别具有进料端口和渗余物端口38和39以及渗透物端口40，它们连接在流分配歧管32的内侧的相应的出口和入口(未显示)上。在固定器的一侧，导杆37由两个铰接部分组成，其中各个杆的前面部分可通过滑动回套管而从流分配歧管32中释放出来并被拉出(如图所示)，以允许一个或多个滤盒(未显示)插入到盒固定器中。然后使背板35对着滤盒(一个或多个)滑动，并对液压缸34加压，以便牢固地保持滤盒(一个或多个)抵靠流分配歧管32，使其进料/渗余物和渗透物通道开口与滤盒(一个或多个)的相对应的通道开口对准。

再次参照图1，当所概述的交叉流过滤系统处于操作中时，泵3产生通过过滤模块6的进料液体流，导致所施加的压力强制一部分液体在每次通过期间穿过滤膜(一个或多个)而进入线路14中的渗透物流中。剩余的进料液体被再循环至箱1中，从中将其再次抽送到过滤模块6中，等等。

当过滤器中的孔隙被堵塞时，穿过过滤器的流量减少，导致压力增加，并且当压力变得太高或者流率太低时最终将需要更换过滤器。

交叉流过滤具有各种工业应用，包括例如包含生物分子或粒子-例如病毒、细菌或细胞状材料-的溶液的过滤。

现在上面提到的本发明涉及一种模拟器装置，其设计为以便替代交叉流过滤系统中的过滤单元，例如滤盒。从如下意义上来说，这种模拟器装置构造为用作一种交叉流过滤器：其包含流径，该流径将以与过滤单元相对应的方式引导流体，即进料流将从过滤系统和/或再循环回到该系统的渗余物流中作为渗透物流被引导出来，渗透物和渗余物流率中的一个或优选两者都可被相应的阀器件所控制。

这通过图3中的流程图示意性地针对基本的实施例来说明。进料流41被引入进料流径42中，进料流径42分支为渗余物流径43和渗透物流径44。渗余物流径43具有可调阀器件45，其用于提供可控制的渗余物流46，以便再循环至过滤系统中。按照相对应的方式，渗透物流径具有可调阀器件47，其用于提供流出过滤系统的可控制的渗透物流48。

通过调节阀器件45，47，可改变过滤系统的反压力(背压)并从而改变通过过滤系统的流体流量。更具体地说，通过调节阀器件45，控制背压和渗余物流46，并且阀器件47的调节控制渗透物流48。背压的变化也将影响渗透物流。

应该懂得，通过模拟器装置，可以便利地模拟交叉流过滤系统中大量各种不同的流动条件，这是在没有复杂地拆卸系统构件且没有损坏交叉流过滤单元的风险下完成的。具体地说，可以模拟从进料至渗余物的不同的背压和不同的渗透物流率。

这种流动条件模拟可用于各种目的。例如，可执行过滤系统的功能测试。可测量在不同的条件下交叉流过滤系统的不同部分的流量和/或压力。这些方法可进行模拟和优化。不同程度的过滤器堵塞可被模拟。可对用于交叉流过滤的控制系统就其保持所需的控制参数的能力进行检查。

很容易看出，这种模拟器装置在过滤系统的安装和维护以及培训中将是有用的。

虽然在渗余物流径43和渗透物流径44的各个中典型地使用单个阀，但是在其中一个或这两个流径中可使用两个(或可选地更多个)阀。例如，第一阀可用于流量的粗控制，并且第二阀可用于精控制。

本领域中的技术人员可使用各种不同类型的阀，并且可以容易地选择合适的阀。示例性的阀包括座阀(例如针阀、圆盘阀、菌形阀)、滑阀、隔膜阀。

了解到根据本发明的上述模拟器装置可以各种不同的构造和设计来体现。图4至图7中显示了更详细的模拟器装置实施例，其中模拟器装置设计为以便替代图2中所示且上面简要描述的类型的盒固定器中的交叉流滤膜盒。

为此，模拟器装置包括大致矩形(板形)的材料本体50，其具有第一面51和第二面52，第一面51以下被称为进料面/渗余物面，第二面52以下被称为渗透物面。进料面/渗余物面51具有第一凹腔或空腔53和第二凹腔或空腔54，它们由具有平坦顶面的周壁55和隔离壁56部分来限定。

周壁55的两个相对的侧面部分(图4中的左边和右边)更宽，并且各具有带凹陷(这里有五个)的“带齿的”构造，该构造与凹腔53的横向突出物57a和凹腔54的横向突出物57b相对应。在壁55的这两个相对的侧面部分的各个侧面部分中还存在(这里)两个通孔或孔口58，各个孔延伸至本体50的渗透物面52上。

参看图5和图7，渗透物面52具有由周壁60和平坦的顶面所限定的凹腔或空腔59，四个通孔58开口于凹腔59的底部的相应转角中。在凹腔59中居中地提供了与周壁60相同高度的平坦的支承条61。

当模拟器装置放置在图2所示类型的平板滤膜盒固定器中时，进料面/渗余物面51通过合适的衬垫(例如硅衬垫-未显示)而抵靠着分配歧管32来应用，并且背板35通过合适的衬垫(例如硅衬垫-未显示)而压靠在本体50的渗透物面52上。在本体50的进料面/渗余物面51上，周壁55和隔离壁56的顶面用作密封面。按照相对应的方式，在渗透物面52上，周壁60和支承条61的顶面用作密封面。

在两个相对的本体面51和52中的向外敞开的凹腔或空腔53，54和59将因此被封闭，从而限定相对应的流室，如将在下面更详细地描述的。

此外，当模拟器装置本体50被正确地放置在盒固定器(图2)中时，孔58与分配歧管32的内表面上的相应的渗透物通道开口(未显示)对准。同时，凹腔突出物57a与分配歧管32的内表面上的相应的进料通道开口(未显示)对准。因此，与凹腔53相对应的流室与进料入口端口38连通，并且与凹腔54相对应的流室与盒固定器(图2)的分配歧管32的渗余物端口39相连通。类似地，与位于本体50的相对侧面上的凹腔59相对应的流室与分配歧管32的渗透物端口40相连通。

从图5中可最佳看出，凹腔53具有竖直孔62，该竖直孔62分别与本体50中的第一和第二水平孔63和64相交，使得这两个水平孔都通向孔62。

水平孔63具有锥形的内末端部分63a、中心部分63b和带螺纹的末端部分63c。针型阀轴65安装在孔63中，以与其一起形成针型阀。更具体地说，孔部分63a形成了用于阀轴65的锥形部分65a的座，并且带螺纹的螺钉部分65c与带螺纹的孔部分63c相接合。阀轴的中间部分65b具有接收在环形凹腔中的O形环66，其用于抵靠孔部分63b的内壁来密封。在本体50的外部，阀轴65设有操纵旋钮66。

本体50中的与阀座63a相邻的竖直孔67(这里是伸长的孔)将本体50的进料面/渗余物面上的第二凹腔54与水平孔63连接起来。在图5中，显示阀处于关闭状态，即水平孔63的内开口是关闭的。通过经由操纵旋钮66调节阀座63a中的阀轴锥体65a，可使竖直孔62通过孔67与凹腔54连通到不同的程度。

按照相对应的方式，水平孔64具有锥形的内末端部分64a、中心部分64b和带螺纹的末端部分64c。针型阀轴68安装在孔64中，以与其一起形成针型阀，并且孔部分64a形成用于阀轴68的锥形部分68a的座。带螺纹的螺钉部分68c与带螺纹的孔部分64c相接合。阀轴的中间部分68b具有接收在环形凹腔中的O形环69，以用于抵靠孔部分64b的内壁来密封。在本体50的外部，阀轴68设有操纵旋钮70。

本体50中的与阀座64a相邻的竖直孔71将本体50的渗透物面52上的凹腔59与水平孔64连接起来。在图5中，显示阀处于关闭状态，即水平孔64的内开口是关闭的。通过经由操纵旋钮70来调节阀座64a中的阀轴锥体68a，可使竖直孔62通过孔71与凹腔59连通到不同的程度。图4中的参考标号72和73代表可选的螺栓/衬垫组件，以防止无意中拧松阀轴65和68。

模拟器装置可由技术人员所熟知的各种材料制成。用于本体和阀的示例性材料是金属，例如钢，以及塑料，例如聚丙烯(PP)。

如上面提到的那样，当模拟器装置安装在滤盒固定器(图2)中时，封闭的流室分别被限定在模拟器本体50的进料侧/渗余物侧和渗透物侧。具体地说，进料侧/渗余物侧的第一凹腔53形成了第一流室，其可被称为进料室，并且第二凹腔54形成了第二流室，其可被称为渗余物室。按照相对应的方式，本体50的渗透物侧的凹腔59形成了第三流室，其可被称为渗透物室。

进料室53、竖直孔62、水平孔63、竖直孔67和渗余物室54一起形成了进料流径/渗余物流径，其可通过调节由水平孔63和阀轴65所形成、且在这里被称为渗余物阀的针型阀进行控制。类似地，进料室53与竖直孔62、水平孔64、竖直孔71、渗透物室59和孔58一起形成了进料流径/渗透物流径，其可通过调节由水平孔64和阀轴68所形成、且在这里被称为渗透物阀的针型阀进行控制。

参照上面关于图3的描述，所述的“进料流径”由流室53和竖直孔62形成，“渗余物流径”由水平孔63、竖直孔67和流室54形成，并且“渗透物流径”由水平孔64、竖直孔71、流室59和通孔58形成。如上所述，通过调节渗余物阀和渗透物阀，可以容易地模拟交叉流滤盒的不同的背/压和流动条件。

图8和图9(其中相对应的部分具有与图4至图7中相同但标有撇号的参考标号)显示了模拟器装置的另一实施例，这种模拟器装置设计为使得两个阀轴平行地安装在模拟器本体的一侧，并从而可被接近，以用于从相同侧进行调整(其至少在某些情形下可能是有利的)。在这里，这已经通过由L形结构的凹腔62’替代图4至图7所示的实施例中的竖直孔62，并使平行的水平孔63’，64’在柄部或其支脚的相应末端处敞开来实现。备选地，水平孔63’，64’当然可以各通向相应的独立的竖直孔(其可以相互连接或可不相互连接)。此外，图4至图7中所示的实施例的支承条61已经被多个支承盘61’所替代。图8至图9的实施例还通过在各侧具有四个渗透物开口58’(而非两个)而不同于图4至图7中所示的实施例。

在上面具体描述的实施例中，可做出对于技术人员显而易见的各种修改。例如，可以在很宽的限制范围内改变凹腔或空腔、竖直孔和水平孔、隔离壁和阀的位置和构造。另外，分别在模拟器本体50的进料面/渗佘物面和渗透物面上的向外敞开的凹腔可以可选地被许多独立的通道所替代。此外，本体可具有封闭在其中的流室或流动通道，而非将会由分配歧管和滤盒固定器的背板所关闭的敞开的凹腔或通道。

本发明并不局限于上述优选实施例。可使用各种备选方案、改型和等效物。因此，上面的实施例不应被认为限制了由所附的权利要求限定的本发明的范围。

Claims (13)

1.一种构造为用以替代交叉流过滤系统中的过滤单元的模拟器装置，包括进料入口(41)，连接在所述进料入口上以模拟所述过滤单元中的渗余物流的第一流径(43)，连接在所述进料入口上以模拟所述过滤单元中的渗透物流的第二流径(44)，以及用于控制模拟的渗余物流和模拟的渗透物流中的至少一个的可调阀器件(45，47)。

2.根据权利要求1所述的模拟器装置，其特征在于，所述第一流径(43)包括用于控制所述模拟的渗余物流的第一可调阀器件(45)，并且所述第二流径(44)包括用于控制所述模拟的渗透物流的第二可调阀器件(47)。

3.根据权利要求1或2所述的模拟器装置，其特征在于，所述进料入口包括进料流径(41，42；53，62)。

4.根据权利要求3所述的模拟器装置，其特征在于，所述进料流径(53，62)通过所述第一可调阀器件(63，65)而连接在所述第一流径(67，54)上，并且通过所述第二可调阀器件(64，68)而连接在所述第二流径(71，59，58)上。

5.根据权利要求2，3或4所述的模拟器装置，其特征在于，所述第一可调阀器件和所述第二可调阀器件中的各个包括至少一个阀。

6.根据权利要求5所述的模拟器装置，其特征在于，所述至少一个阀选自座阀、滑阀和隔膜阀。

7.根据权利要求6所述的模拟器装置，其特征在于，所述至少一个阀包括针阀。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的模拟器装置，其特征在于，所述模拟器装置构造为用以替代接收在将盒连接到其流体入口和出口(38，39，40)上的盒固定器(30)中的滤膜盒，以由此连接到所述流体入口和出口(38，39，40)上。

9.根据权利要求8所述的模拟器装置，其特征在于，所述滤膜盒是平板滤膜盒。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的模拟器装置，其特征在于，所述第一流径和所述第二流径各包括至少一个空腔(53，54)。

11.根据权利要求3至10中的任一项所述的模拟器装置，其特征在于，所述进料流径包括至少一个空腔(59)。

12.根据权利要求8，10和11所述的模拟器装置，其特征在于，各个空腔(53，54，59)向外敞开，并构造为当所述模拟器装置安装在所述盒固定器(30)中时被关闭，以形成相对应的室。

13.根据权利要求12所述的模拟器装置，其特征在于，包括板形本体(50)，该板形本体的一个面(51)包括形成所述进料流径的一部分的第一空腔(53)和形成所述第一渗余物流模拟流径的一部分的第二空腔(54)，其中所述第一空腔(53)能够通过所述第一可调阀器件(63，65)而连接到所述第二空腔(54)上，并且所述板形本体的相对面(52)包括形成所述第二渗透物流模拟流径的一部分的第三空腔(59)，其中所述第一空腔(53)能够通过所述第二可调阀器件(64，68)而连接到所述第三空腔(59)上。

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