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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Membranfiltervorrichtung zur Ausführung einer
Filterung einer Flüssigkeitszusammensetzung,
wobei eine Einspeiseflüssigkeit
in die Vorrichtung eingeleitet wird und ein Filtratstrom aus der
Vorrichtung entfernt wird. Im einzelnen bezieht sich diese Erfindung
auf eine Tangentialströmungs-
oder Dead-End-Membran-Filtervorrichtung,
die durch Spritzgießen
einer polymeren Zusammensetzung gebildet und selektiv abgedichtet
wird.
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Vor
der vorliegenden Erfindung sind Flüssigkeiten in mehreren Filtermodulen
gefiltert worden, die zwischen Verteilern gestapelt werden oder
individuell an einer Verteilerplatte abgedichtet werden. Jedes Modul umfasst
eine oder mehrere Filterschichten, die durch geeignete Abstandsschichten
wie z. B. Siebe getrennt sind, um eine Einspeiseflüssigkeitsströmung in
die Vorrichtung sowie eine Filtratströmung aus der Vorrichtung zu
ermöglichen.
Die Filterung in dem Modul kann als Tangentialströmungsvorgang
durchgeführt
werden, bei dem ankommende Einspeiseflüssigkeit tangential über eine
Membranoberfläche
zum Strömen
gebracht wird, um ein Retentat und ein Filtrat zu bilden. Alternativ
kann die Filterung im Dead-End-Modus durchgeführt werden, bei dem die gesamte
ankommende Einspeiseflüssigkeit
durch ein Membranfilter mit Retention von Feststoffen und anderen
Rückständen an
dem Membranfilter geschickt wird. In diesem letzteren Modus wird
nur Filtrat gewonnen.
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Derzeit
wird Filtrat aus der eingespeisten Flüssigkeit in einer Membranfiltervorrichtung
durch Dichtungstechniken mittels Vergießen von Klebemitteln, Lösemittelbonden
oder Hitzeversiegeln abgedichtet. Im Fall einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
wird das Filtrat von dem Zustrom und dem Retentat abgedichtet. Klebemittel
sind unerwünscht,
da sie eine begrenzte chemische Kompatibilität aufweisen, eine Quelle signifikanter
extrahierbarer Keime sind, zu Pro zesssteuerschwierigkeiten führen, Einschränkungen
hinsichtlich der Bindungsstärke
auferlegen, Einschränkungen
hinsichtlich der Anwendungstemperatur auferlegen und die Prozesszykluszeit
erhöhen.
Hitzeversiegeln ist unerwünscht,
da seine Anwendung eine Begrenzung bei der Dicke des hitzeversiegelten
Materials auferlegt. Außerdem
ist Hitzeversiegeln unerwünscht,
da es viele Schritte erfordert, Materialkompatibilitätseinschränkungen
auferlegt und ein Substrat erfordert, um das Hitzeversiegeln von
Filterelementen durchzuführen.
Das Lösemittelbonden
ist unerwünscht,
da Lösemittel
umweltbedingte Einschränkungen
auferlegen und Einschränkungen
bei den zu filternden Flüssigkeiten
auferlegen.
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EP-0
508 645 offenbart eine Filtereinheit, die einen Kunststoffrahmen
aufweist, in den eine Membran einsatzgegossen ist. Bestimmte Abschnitte
des Rahmens bilden Öffnungen
und andere Abschnitte ermöglichen
einen Zutritt von Fluid zu und dessen Abzug von gegenüberliegenden
Oberflächen
der Membran, wenn der Rahmen von einer flachen Oberfläche bedeckt
ist. Eine Anzahl von Filtereinheiten können in verschiedenen Konfigurationen
miteinander gestapelt bzw. geschichtet werden, so dass die Öffnungen
von Einlässen
und Auslässen
für Fluid
so angeordnet sind, dass in einigen Konfigurationen Fluid parallel
durch die Filtereinheiten geschickt werden kann.
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US-A-5
225 080 offenbart ein Filtermodul zum Trennen und Filtern von Fluiden
in einem Querströmungsprozess.
Das Filtermodul besteht aus Filtereinheiten und gerahmten kreisförmigen Abstandssieben,
die in alternierender Reihenfolge gestapelt bzw. geschichtet sind.
Die Schichten jeder einzelnen Filtereinheit/jedes Abstandhalters
werden zumindest an Randabschnitten in einem Dichtungsring miteinander
verschmolzen.
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Es
wäre wünschenswert,
eine Mehrschicht-Filtervorrichtung bereitzustellen, welche mehrere
Filtermodule verwendet, wobei die Schichten in geeigneter Weise
ohne Einsatz von Klebemittel, Lösemittelbonden oder
Hitzeversiegeln abgedichtet bzw. versiegelt werden. Außerdem wäre es erwünscht eine
Tangentialströmungs-
oder Dead-End-Filtervorrichtung mit mehreren Filtermodulen bereitzustellen,
die zu einem Stapel bzw. einer Schichtung ausgebildet werden können und
die in geeigneter Weise abgedichtet werden können, um Flüssigkeitsströmungswege
in dem Stapel in einem Ein-Schritt-Dichtungsprozess festzulegen.
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Abriss der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine Membranfiltervorrichtung bereit, wie sie im
Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß dieser
Erfindung wird eine Dead-End- oder Tangentialströmungs-Filtervorrichtung bereitgestellt,
die mehrere beabstandete Membranen und mehrere Abstandsschichten
mit Kanälen
oder Öffnungen aufweisen,
welche eine Flüssigkeitsströmung durch
diese fördern.
Die Dead-End-Filtervorrichtungen sind mit mindestens einem Einspeiseanschluss
und mindestens einem Filtratanschluss versehen. Die Tangentialströmungs-Filtervorrichtungen
sind mit mindestens einem Einspeiseanschluss, mindestens einem Filtratanschluss und
mindestens einem Retentatanschluss versehen. Die Membranen sind
in Modulen enthalten, von denen jedes mindestens eine Membranschicht
und mindestens eine Abstandsschicht aufweist. Die Module werden durch
irgendein angemessenes Mittel vorversiegelt, so dass sie anschließend mit
zusätzlichen
Modulen und Abstandsschichten durch einen Einsatzgießprozess
versiegelt werden können,
um eine Membranfiltervorrichtung zu bilden, die aus einem Stapel
von Membranen und Abstandsschichten gebildet ist, die eine Filterung einer
Flüssigkeit
ermöglichen.
Eine Endkappe kann an jedem Ende des Stapels vorgesehen sein, um
eine Flüssigkeitsströmung von
dem Zustromeinlass zum Retentatauslass über eine Membran und zu dem
mindestens einen Filtratauslass zu gewährleisten. Die Abstandsschichten
sind in geeigneter Weise abgedichtet, und Seitenflächen und
Endflächen
der Membranfiltervorrichtung sind in geeigneter Weise durch Einsatzgießen mit einer
geschmolzenen polymeren Zusammensetzung abgedichtet, die in die
ausgewählten
Volumen der Abstandsschichten migrieren kann, um eine Abdichtung
bzw. Versiegelung durchzuführen,
und um beim Betrieb eine Flüssigkeitsströmung in
dem Stapel von dem Zustromeinlass zu dem mindestens einen Filtratauslass
zu gewährleisten.
Im Fall einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
wird eine Flüssigkeitsströmung in
dem Stapel durch Versiegeln des Zustromeinlasses und des Retentatauslasses
von dem Filtratauslass gewährleistet. Das
Einsatzgießen
wird durch Positionieren des Stapels bzw. der Schichtung in eine
Spritzgießform
und durch Einspritzen der geschmolzenen polymeren Zusammensetzung
in die Form bewerkstelligt, um eine Abdichtung bzw. Versiegelung
auf eine Art und Weise durchzuführen,
welche die gewünschte
Flüssigkeitsströmung in
der fertiggestellten Membranfiltervorrichtung beim Einsatz sicherstellt.
Die Abstandsschichten, die Filtrat aufnehmen, sind durch die Kunststoffzusammensetzung
von einem Einleitanschluss, der sich in den Stapel erstreckt, so
abgedichtet, dass die eingeleitete Flüssigkeit vor dem Eintritt in
eine Filtrat-Abstandsschicht eine Membranschicht durchlaufen muss.
Außerdem
bleiben die Abstandsschichten angrenzend an den Einspeiseanschluss, die
dazu bestimmt sind, Einspeiseflüssigkeit
aufzunehmen, in Flüssigkeitsverbindung
mit dem Einspeisekanal. Kanäle,
die entweder Retentat oder Filtrat aufnehmen, erstrecken sich ebenfalls
in den Stapel. Die Kanäle,
die Retentat auf nehmen, sind von den Filtrat-Abstandsschichten
abgedichtet und stehen in Fluidverbindung mit den Abstandsschichten,
die auch in Fluidverbindung mit dem Einspeiseanschluss stehen. Der
Anschluss bzw. die Anschlüsse,
der/die Filtrat aufnehmen, ist/sind von den Abstandsschichten abgedichtet,
welche Einspeiseflüssigkeit
oder Retentat aufnehmen und in Fluidverbindung mit den Abstandsschichten
stehen, welche Filtrat aufnehmen. Der Stapel ist auch so abgedichtet,
dass in die Einspeise-Abstandsschichten eintretende Einspeiseflüssigkeit
eine Membran durchlaufen muss, bevor sie in eine Filtrat-Abstandsschicht
eintritt. Vor dem Einsatzgießen
des Stapels wird der Stapel aus einzelnen Abstandsschichteinheiten
und Mehrschichtmodulen gebildet, wobei die Module teilweise vorversiegelt
werden, so dass in Kombination mit dem endgültigen Einsatzgießschritt
die Vorabdichtung die gewünschte
Flüssigkeitsströmung durch
die fertiggestellte Mem branfiltervorrichtung gewährleistet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 und 1A das
Verfahren zur Herstellung einer Ausführungsform einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
dieser Erfindung,
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3 eine
Teilschnittansicht einer Ausführungsform
einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
dieser Erfindung,
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4 einen
Prozess zur Herstellung einer alternativen Ausführungsform einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
dieser Erfindung,
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5 eine
Teilschnittansicht längs
einer Linie 6-6 von 4 einer Ausführungsform dieser Erfindung, die
durch das in 4 dargestellte Verfahren erzeugt
werden kann, und
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6 und 7 mit
Labels versehene Einzelschicht- und Modul-Konfigurationen, die bei
der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind.
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Beschreibung der spezifischen
Ausführungsformen
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Die
Membranfiltervorrichtung ist aus einem Stapel bzw. aus einer Schichtung
von Mehrschicht- und Einschichtelementen gebildet, die Arbeitsschichten
mit Membranen und Abstandsschichten umfassen, welche einen Strömungsweg
für einen
Flüssigkeitsstrom
bereitstellen, der durch die Membranen gerichtet ist, sowie Flüssigkeitsströme des gewonnenen
Retentats, welche die Membran nicht passieren können. Die Mehrschichtelemente,
die hier als Module bezeichnet werden, sind aus zwei oder drei Komponenten
gebildet, von denen mindestens eine eine Membranschicht ist und
mindestens eine eine Abstandsschicht ist. Das Drei-Komponentenmodul
ist aus zwei Membranschichten gebildet, von denen jede an einer
Oberfläche
einer Abstandsschicht positioniert ist. Die Einschichtanordnung
umfasst eine Abstandsschicht und kann ein festgelegtes offenes Volumen
oder eine poröse
Einzelschicht, beispielsweise ein Sieb, umfassen. Wenn ein offenes
Volumen als die Abstandsschicht verwendet wird, ist es bzw. sie
mit einem oder zwei zusammenpassenden Rändern ausgebildet, welche den
Umfang des offenen Volumens bilden, der die Module voneinander trennt
oder ein Modul und ein Ende der Filtervorrichtung trennt. Die Module
können
auf Wunsch aus mehr als drei Schichten gebildet sein bzw. werden.
Die Abstandsschicht umfasst ein Element mit Löchern, Kanälen oder einem offenen Volumen, durch
welche Flüssigkeit
passieren kann. Die Abstandsschicht befindet sich im Anschluss an
oder kontaktiert eine Membran, durch die Flüssigkeit strömt.
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Einen
Abschnitt des Stapels bzw. der Schichtung bildende Module werden
vor der Positionierung in dem Stapel vorversiegelt und danach einsatzgegossen.
Die vorversiegelte Konfiguration der Module hängt von der Position des Elements
in dem Stapel ab und davon, ob die Filtervorrichtung in einem Tangentialströmungsmodus
oder in einem Dead-End-Strömungsmodus
funktionieren soll. Das Modul kann entweder eine Einspeise-Abstandsschicht oder
eine Filtrat-Abstandsschicht umfassen. Wenn das Modul die Einspeise-Abstandsschicht
umfasst, wird das Modul vorversiegelt, so dass die Einspeise-Abstandsschicht
zu dem Einspeiseanschluss und dem Retentatanschluss in der Filtervorrichtung
hin geöffnet
und zu der/dem Filtratanschluss bzw. Filtratanschlüssen hin
geschlossen ist. Die Einschicht-Elemente innerhalb des die Filtervorrichtung
bildenden Stapels umfassen Abstandsschichten. Die in dem Stapel
verwendeten Membranen können
Ultrafilterungsmembranen, mikroporöse Membranen, Nanofilterungsmembranen
oder Umkehrosmosemembranen umfassen. In einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
dieser Erfindung sind die Einspeise-, Retentat- und Filtrat-Anschlüsse so angeordnet,
dass an der Filtervorrichtung ankommende Einspeiseflüssigkeit
zumindest in einen Einspeisekanal eintritt, die Einspeise-Abstandsschichten
passiert und entweder durch eine Membran hindurchströmt, um einen
Filtratstrom zu bilden, oder von einer Membran zurückgehalten
wird, um einen Retentatstrom zu bilden. Der Retentatstrom wird aus
der Filtervorrichtung über
einen oder mehrere Retentatanschlüsse beseitigt, und der Filtratstrom
wird aus der Filtervorrichtung über
einen oder mehrere Filtratanschlüsse
entfernt. Falls gewünscht,
können
die mehreren Filtratanschlüsse
so angeordnet sein, dass sie eine Tangentialströmung auf der Filtratseite der
Membranen ausführen.
Es gibt einen Einlassfiltratanschluss bzw. Einlassfiltratanschlüsse und
einen Auslassfiltratanschluss bzw. Auslassfiltratanschlüsse. In
diesem Fall kann ein Teil des Filtrats zu dem/den Einlassfiltratanschluss
oder -anschlüssen
als Mittel zum Steuern eines Drucks auf Oberflächen der Membranen in dem Stapel
bzw. der Schichtung recycelt werden. Bei einer Dead-End-Strömungs-Filtervorrichtung
dieser Erfindung werden die Einspeise- und Filtratanschlüsse voneinander
abgedichtet, und nur Filtrat wird aus dem Modul zurückgewonnen.
Bei dem abschließenden
Schritt zur Ausbildung der Filtervorrichtung dieser Erfindung wird
der Stapel mindestens eines Moduls und mindestens einer Abstandsschicht
in eine Gießform
gegeben, und eine fließfähige, zum
Beispiel flüssige
polymere Zusammensetzung wird in die Form eingespritzt, um die gestapelten
bzw. geschichteten Elemente miteinander zu verbinden und selektiv
entweder in die Einspeise-Abstandsschichten oder die Filtrat-Abstandsschichten
zu migrieren, um selektiv die Abstandsschichten abzudichten, wodurch
eine Flüssigkeitsströmung durch
die oben beschriebene Filtervorrichtung gewährleistet wird.
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Repräsentative
geeignete Membranfilter sind Ultrafilterungs-, mikroporöse, Nanofilterungs-
oder Umkehrosmose-Filter, die aus Polyvinyliden-Fluorid (PVDF),
Polysulfon, Polyethersulfon, regenerierter Zellulose, Polyamid,
Polypropylen, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Zelluloseacetat,
Polyacrylonitril, Vinyl-Copolymer, Polycarbonat PFA, Gemischen hiervon
oder dgl. gebildet sind. Geeignete polymere Dichtungszusammensetzungen
sind solche, die die gewünschte
Dichtungskonfiguration in der Filtervorrichtung bereitstellen und
die die Vorrichtung bildenden Elemente einschließlich der Membranen, Abstandsschichtanschlüsse, Gehäuseelemente
nicht erheblich beeinträchtigen.
Außerdem
sollte die Dichtungszusammensetzung sich während des Einsatzes der Vorrichtung
nicht verschlechtern oder eine signifikante Quelle extrahierbarer
Stoffe bilden. Repräsentative
geeignete Dichtungszusammensetzungen sind thermoplastische Polymerverbindungen, welche diejenigen
auf der Basis von Polypropylen, Polyethylen, PFA, PVDF, Polysulfonen,
Polyethersulfon, Polycarbonat, Acrylonitril, Butadien-Styrol (ABS),
Polyester, Gemische hiervon, gefüllt
oder ungefüllt,
oder dgl. umfassen.
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Gemäß den 1 und 1A ist
eine Filtervorrichtung dieser Erfindung 10 aus mehreren
Modulen 12 und mehreren Abstandsschichten 14 gebildet.
Die Module 12 sind aus einer Einspeise-Abstandsschicht 16, welche
ein Sieb oder dgl. umfassen kann, gebildet, sowie zwei Membranschichten 18 und 20,
und weist Filtrat-Anschlüsse 1 und 3,
einen Einspeiseanschluss 5 und einen Retentatanschluss 7 auf.
Das Modul 12 wird durch Einbringen der Membranschicht 18 und 20 unter
der Abstandsschicht 16 in eine Form und Gießen einer Kunststoffverbindung
um die Schichten herum sowie selektiv in die Schichten gebildet,
um eine erste Dichtung bzw. Versiegelung um die Schichten zu bilden,
und um eine erhabene Umfangsrippe 9 zu bilden. Das Modul 12 wird
auf eine Weise vorversiegelt, die mit Bezug auf 3 eingehender
beschrieben wird. Die Module 12a und 12b sowie
die Filtratsiebe 14 werden zwischen Endkappen 22 und 24 innerhalb
einer Gießform
positioniert, und alle diese Elemente werden zusammengefügt, um eine
zweite Dichtung zu bilden, indem sie in der Gießform einsatzgegossen werden.
Die Endkappe 22 ist mit Filtratanschlüssen 26 und 28,
einem Einspeiseanschluss 30 und einem Retentatanschluss 32 versehen.
Das in 1 und 1A gezeigte Modul 10 ist
ein Tangentialströmungs-Filtermodul,
das einen Retentatanschluss 32 aufweist, an dem Retentat
gesammelt wird. Ein Dead-End-Filtermodul wird auf die gleiche Weise
gebildet, aber ohne Retentatanschlüsse 7 und 32.
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In 3 ist
die Dichtungsanordnung für
eine Mehrschicht-Ausführungsform
der Membran-Filtervorrichtung 10 der 1 und 1A dargestellt.
Vor dem Stapeln bzw. Schichten wird das aus die beiden Membranen 18 und 20 sowie
den Einspeise-Abstandhalter 16 umfassenden Mehrschichtelementen
gebildete Modul in dem Bereich nahe dem Einspeiseanschluss 30 durch
eine Dichtung 13 vorversiegelt, welche die Membranen 18 und 20 sowie
den Abstandhalter 16 miteinander versiegelt, während der
Abstandhalter 16 in offener Fluidverbindung mit dem Einspeiseanschluss
belassen wird. Die Module werden in dem Bereich angrenzend an die
Filtratanschlüsse 26 (1A)
und 28 anders vorversiegelt wie in den Bereichen angrenzend
an den Einspeiseanschluss 30 und den Retentatanschluss 32 (1A).
Wie in 3 gezeigt ist, wird das Modul in Bereichen 15 abgedichtet,
um eine Flüssigkeitsverbindung
zwischen den Filtratschichten 14 und den Filterkanälen 26 oder 28 zu
ermöglichen.
Der Bereich angrenzend an den Retentatanschluss 32 (1A)
wird auf die gleiche Weise abgedichtet wie der Bereich angrenzend
an den Einspeiseanschluss 30 gemäß 3. Durch Vorversiegeln
der Module auf diese Weise können
sie gestapelt bzw. geschichtet und einsatzgegossen werden, um die
Filtervorrichtung dieser Erfindung zu bilden. Der Stapel bzw. die
Schichtung von Elementen wird in dem abschließenden Einsatzgießschritt
zwischen zwei Endkappen 22 und 24 positioniert,
welche die Oberseite und Unterseite des Stapels bzw. der Schichtung
abdichten. Danach wird eine geschmolzene Polymerverbindung in die
den Stapel enthaltende Gießform
eingespritzt, um die Seiten des Stapels bzw. der Schichtung in dem
Bereich 21 angrenzend an den Einspeiseanschluss 30 abzudichten
und um ein Auslecken aus dem Modul 10 zu verhindern. Die
geschmolzene Polymerverbindung dichtet auch die Einspeise-Abstandsschichten 16 vor
einer Fluidverbindung mit den Filtratanschlüssen 26 und 28 in
Bereichen 25 ab, um ein Auslecken aus dem Modul 10 zu
verhindern. Der Einsatzgießschritt
wird so ausgeführt,
dass er ein Verschließen der
Filtrat-Abstandsschichten 14 vor einer Fluidverbindung
mit den Filtratanschlüssen 26 und 28 vermeidet. Somit
erstreckt sich die polymere Gießverbindung 25 nicht
um eine signifikante Strecke in die Filtrat-Abstandhalter 14,
um diese gewünschte
offene Fluidverbindung mit den Filtratanschlüssen 26 und 28 beizubehalten. Durch
ein Vorgehen auf diese Weise kann ein Stapel bzw. eine Schichtung
von Filterelementen in einem Ein-Schritt-Einsatzgießvorgang
zusammengebaut und selektiv abgedichtet werden.
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Gemäß 4 ist
bzw. wird die Membran-Filtervorrichtung 60 aus einem Stapel
bzw. einer Schichtung 62 aus Einschicht-Einspeise-Abstandsschichten 64,
die jeweils mit 64a, 64b, 64c und 64d bezeichnet
werden, sowie aus Modulen 66 gebildet, wobei der Stapel
bzw. die Schichtung einsatzgegossen worden ist, um den Overmold 68 zu
bilden. Der Overmold 68 dichtet die Seitenflächen sowie
die oberen und unteren Oberflächen der
Filtervorrichtung 60 ab. Der Overmold 68, der
durch Einsatzgießen
gebildet wird, dichtet auch die Innenflächen des Stapels bzw. der Schichtung 62 ab,
um die gewünschte
Flüssigkeitsströmung in
den oben beschriebenen Stapel zu ermöglichen, was nachstehend mit
Bezug auf 5 beschrieben wird.
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Das
Modul 66 ist aus einem ungebondeten Laminat 59 gebildet,
welches aus zwei Filter(membran)schichten 61 und 63 und
einem Filtrat-Abstandhalter, zum Beispiel einem Sieb 65,
gebildet ist. Der geformte bzw. gegossene Rand 57 erstreckt
sich über
den Umfang des Moduls 66 hinaus und dient zur Aufnahme von
Einspeise-Abstandsschichten 64 mit einem angeformten Rand 64e auf
seinen beiden Oberflächen.
Jede Filterschicht 61 und 63 und Filter-Abstandsschicht 65 ist
mit zwei Filtratanschlüssen 67.
und 69 versehen, die diagonal zueinander und innerhalb
von Ansatzabschnitten 71, 73, 75, 77, 79 und 81 positioniert
sind. Die Ansatzabschnitte sind auf jeder dieser Schichten positioniert.
Die Ansatzabschnitte 71, 73, 75, 77, 79 und 81 erstrecken
sich von zentralen Abschnitten jeder dieser Schichten weg, so dass
die darin befindlichen Anschlüsse einfach
zugänglich
sind. Die Einspeise-Abstandsschichten 64a, 64b, 64c und 64d sind
ebenfalls mit Ansatzabschnitten 70 und 72 versehen,
die an gegenüberliegenden
Oberflächen 74 und 76 jeder
Abstandsschicht positioniert sind. Eine Öffnung 78 eines der
Ansatzabschnitte 70 bildet einen Teil eines Einspeiseanschlusses innerhalb
der Vorrichtung 60, während
die Öffnung 80 am
anderen Ansatz 72 einen Teil eines Retentatanschlusses
in der Vorrichtung 60 bildet. Die Abstandsschichten 64, 64c, 64b und 64d können entweder
als Einspeise-Abstandsschichten
oder Filtrat-Abstandsschichten durch Umkehren der Einspeise- und
Filtratanschlüsse
fungieren. Falls Abstandsschichten 64 Filtrat-Abstandsschichten
sind, wird die Abstandsschicht 65 zu einer Einspeise-Abstandsschicht.
Ein bedeutender, sich aus dieser Ausführungsform ergebender Vor teil
ergibt sich dank der beabstandeten Filtrat-Ansatzabschnitte 83 und 85,
die jeweils aus Ansatzabschnitte 73, 75 und 71 oder 79, 77 und 81 gebildet
sind. Durch Alternieren ihrer Positionen kann eine genauere Steuerung
der geschmolzenen Dichtungs-Polymerverbindungs-Strömung erzielt
werden. Das heißt,
das Filterelement 60 kann einfacher selektiv abgedichtet
werden, da eine Strömung
der geschmolzenen Polymerverbindung in den Bereich jedes Ansatzabschnitts
und daher jedes Filtratanschlusses einfacher gesteuert werden kann,
während eine
unerwünschte
Dichtungskonfiguration innerhalb des Einspeiseanschlusses oder Retentatanschlusses, der
durch die Öffnung 78 gebildet
wird, oder des von Öffnungen 80 gebildeten
Retentatanschlusses minimiert wird.
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In 5 ist
die Dichtungsanordnung für
die die Membranfiltervorrichtung 60 von 4 gezeigt.
Das aus dem Membranen 61 und 63 gebildete Modul 66 (4)
sowie der Filtrat-Abstandhalter 65 werden so vorversiegelt,
dass die Filtratanschlüsse 69a und 67a in
Fluidverbindung mit den Filtrat-Abstandhaltern 65 stehen, aber
nicht in Fluidverbindung mit dem Retentatanschluss 80 oder
dem Einspeiseanschluss 78 stehen (4). Der
abschließende
Overmold 68 bewahrt diese Dichtungsanordnung und verhindert
ein Auslecken aus dem Modul 60.
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In
den 6 und 7 wird der Begriff "Permeat" austauschbar mit
dem Begriff "Filtrat" verwendet. Auch
der Begriff "Sieb" wird austauschbar
mit dem Begriff "Abstandsschicht" verwendet. n ist
eine ganze Zahl gleich oder größer 1.
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In 6 ist
eine Ausführungsform
mit zwei Endkappen, n Permeatsieben und n + 1 Modulen gezeigt, die
aus einem Einspeisesieb und einer Membran bestehen.
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In 7 ist
eine Ausführungsform
mit zwei Endkappen, n Einspeisesieben und n + 1 Modulen gezeigt, die
aus einem Permeatsieb und einer Membran bestehen.
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Beispiel I
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Dieses
Beispiel stellt ein Verfahren zur Erstellung einer Tangentialströmungs-Filtervorrichtung
dieser Erfindung mittels Einsatzgießen dar, um eine endgültige bzw.
abschließende
Abdichtung in einem Stapel bzw. einer Schichtung mit Endkappen und
Einschicht-Abstandsschichten versehenen Filtermodulen herzustellen.
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Endkappe
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Die
Endkappen werden aus Polypropylen-Homopolymer geformt. Sie werden
in einer Aluminiumform mittels einer Spritzgießmaschine geformt. Die Form
wird auf 54,4°C
(130°F)
vorgeheizt und mit 44,482 kN (10000 pound) Kraftaufwand festgeklemmt.
Das Polypropylen-Homopolymer wird bei 260°C (500°F) mit einem Druck von 20,684
kPa (3000 psi) eingespritzt. Die entstehende Endkappe hat zwei weibliche
Luer-Anschlussverbindungen.
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Erster Overmold
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Zur
Vorbereitung für
den nächsten
Formungsschritt wird ein Polypropylen-Permeatsiebteil und ein Teil von
Millipore Biomax® 10 (Polyethersulfon auf
nicht verwobenem Polypropylen), erhältlich von Millipore Corp., Bedford,
Mass. mittels eines Stahllinealgesenks gesenkgeschnitten. Das Permeatsieb,
ein verzwirntes Gewebe, hat eine Dicke von 0,3048 mm (0,012 inch)
und hat eine Strangzahl von 71 × 71
Strängen/2,54
cm (inch).
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Die
Endkappe, das Permeatsieb und das Teil der Biomax® 10-Membran
werden zusammen in eine Aluminiumform gegeben, um die erste Unterbaueinheit
zu erzeugen, die als erster Overmold bezeichnet wird. Die Form besteht
aus Aluminium und umfasst einen Gleiteinsatz, der eine Klemmkraft
auf die Anordnung während
des Formens ausübt.
Die Form wird auf 54,4°C
(130°F)
vorerhitzt und bei 44,482 kN (10000 pound) Kraftaufwand festgeklemmt.
Der Einsatz wird bei 6672 N (1500 pound) Kraftaufwand festgeklemmt.
Das Polypropylen-Homopolymer
wird bei 260°C
(500°F)
mit einem Druck von 20,684 kPa (3000 psi) eingespritzt. Die sich ergebende
Struktur ist die erste Overmold-Unterbaueinheit.
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Zweiter Overmold
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In
diesem Schritt wird die erste Overmold-Unterbauein heit durch Hinzufügen von
Einspeise- und Retentat-Lueranschlüssen und durch Hinzufügen einer
Verbindungsfläche
um den Umfang der Membran modifiziert. Dies wird durch Plazieren
der ersten Overmold-Unterbaueinheit in eine Aluminiumform mit einem
Gleiteinsatz vorgenommen. Die Form wird auf 54,4°C (130°F) vorerhitzt und bei 44,482
kN (10000 pound) Kraftaufwand festgeklemmt. Der Einsatz wird bei
6672 N (1500 pound) Kraftaufwand festgeklemmt. Das Polypropylen-Homopolymer
wird bei 260°C
(500°F)
mit einem Druck von 20,684 kPa (3000 psi) eingespritzt. Die entstehende
Struktur ist die zweite Overmold-Unterbaueinheit. Dieser zweite
Overmold-Prozess wird dann für eine
weitere Unterbaueinheit wiederholt.
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Einspeise-Abstandhalter
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Der
Einspeise-Abstandhalter ist ein gewobenes Polypropylensieb, dem
ein massiver Polypropylenumfang hinzugefügt wird. Das mit Zwirnung gewobene
Sieb hat eine Dicke von 0,4064 mm (0,016 inch) und weist eine Strangzählung von
51 × 51
Fäden bzw.
Strängen/2,54
cm (inch) auf.
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Ein
Stahllinealgesenk wird verwendet, um den Umfang des Siebs sowie
zwei Ausrichtungslöcher
von 3,962 mm (0,156 inch) Durchmesser in jedem Ende des Siebs zu
schneiden. Der Abstandhalter wird mittels einer Aluminiumform mit
einem Gleiteinsatz erzeugt. Die Form wird auf 54,4°C (130°F) vorerhitzt
und bei 44,482 kN (10000 pound) Kraftaufwand festgeklemmt. Der Einsatz
wird bei 6672 N (1500 pound) Kraftaufwand festgeklemmt. Das Polypropylen-Homopolymer-Polymer
wird bei 260°C
(500°F)
mit einem Druck von 20,684 kPa (3000 psi) eingespritzt, um den Einspeise-Abstandhalter
zu bilden.
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Ablenkkappe
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Das
für die
Ablenkkappen verwendete Polymer ist ein mit 30% Glas gefülltes Polypropylen.
Die Kappen werden in einer Aluminiumform geformt und auf 54,4°C (130°F) vorerhitzt
und bei 44,482 kN (10000 pound) Kraftaufwand festgeklemmt und mit
einem Druck von 31,026 kPa (4500 psi) eingespritzt.
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Endgültiger Overmold
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Eine
Abstandsschicht wird zwischen zwei der zweiten Overmold-Baueinheiten
zusammen mit zwei Ablenkkappen sandwichartig festgeklemmt. Die endgültige Einheit
wird durch ein Overmold dieser Baueinheit mittels geschmolzenem
Polypropylen-Homopolymer erzeugt, um den Umfang einzukapseln/zu
bonden. Dies wird in einer Aluminiumform mit einem Gleiteinsatz
bewerkstelligt. Die Form wird auf 54,4°C (130°F) vorerhitzt und bei 44,482
kN (10000 pound) Kraftaufwand festgeklemmt. Der Einsatz klemmt die
Anordnung bei 6672 N (1500 pound) Kraftaufwand fest. Das Polypropylen-Homopolymer
wird bei 260°C
(500°F)
mit einem Druck von 20,684 kPa (3000 psi) eingespritzt.
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Fertiggestellte
Einheit
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Die
fertiggestellte Einheit hat eine Fläche der Biomax
® 10-Membran
von 19 cm
2. Ein Hydrauliktest dieses Moduls
ergab die folgenden Ergebnisse:
| Integrität befeuchteter
Luft | 0
sccm@206 kPa (30 psi) |
| Einspeisekanal-Druckabfall | 68,9
kPa (10 psi)@50 ml/min Qf |
| Wasser-Permeabilität | 19
LMH/psi |
| 6%
BSA, 8 C Fluss | 127
LMH@Q-Einspeisung, 38 cc/min + TMP 310 kPa (45 psi) |