Фильтрация с контролем внутреннего засорения

Фильтрация с контролем внутреннего засорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка имеет приоритет заявки США сер. № 60/971769 от 12 сентября 2007 г., которая включена в данный документ полностью путем ссылки.

Заголовки разделов в данном документе применены единственно с целью упорядочивания и не должны истолковываться как ограничивающие каким-либо образом описываемый предмет изобретения.

Данное изобретение относится к фильтрации с контролем внутреннего засорения и, в частности, к фильтрации с применением мембран, предоставляющей равномерное трансмембранное давление и контроль внутреннего засорения для разделения жидкости и твердой фазы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Микрофильтрация и ультрафильтрация используются для отделения соединений в биологических бульонах или других жидких средах. В индустрии напитков микрофильтрация применяется для очистки пива и вина и в молочной промышленности микрофильтрация и ультрафильтрация могут быть применены для обработки, например, сырной сыворотки или молока. Микрофильтрация в последнее время применяется также в биотехнической промышленности, хотя отчасти и довольно сдержанно, для отделения и очистки продуктов.

Микрофильтрация является в принципе привлекательным методом отделения растворенных веществ от суспензий с высоким содержанием твердотельных веществ, например суспензий, образованных ферментацией, молока или соков с пульпой. Разнообразие различных видов микрофильтрации используется на практике, включая устройства с пластинами и рамами, керамическими трубами, полыми волокнами и мембранами. Пластины и рамы применяются нечасто, однако они способны обрабатывать среды с высокой концентрацией твердотельных частиц. Этот вид, однако, сравнительно дорог и требует крупногабаритного оборудования, занимающего большую площадь, при применении в промышленных масштабах. Керамические трубы широко применяются в молочной промышленности и пищевой промышленности по причине высокой пропускной способности, простоты эксплуатации, простоты стерилизации/очистки и долговечности мембраны. Однако устройства с керамическими трубами обычно очень дороги и требуют большей мощности по сравнению с другими устройствами для микрофильтрации для того, чтобы поддерживать очень высокие расходы поперечных потоков, требующиеся для минимизации засорения. Полые волокна являются альтернативой керамическим трубам. Они не являются такими прочными при применении или простыми в эксплуатации и обращении как керамические трубы, однако менее дороги и требуют много меньшей площади, занимаемой оборудованием, по сравнению с устройствами с керамическими трубами или с пластинами и рамами.

Мембраны со спиральной намоткой также применяются для определенных операций микрофильтрации. Конструкции мембран со спиральной намоткой обычно включают оболочку из листовой мембраны, намотанной вокруг трубу для пермеата, которая перфорирована, чтобы обеспечить сбор пермеата. При ссылке на Фиг. 3, типичная конструкция мембранного модуля со спиральной намоткой включает цилиндрический внешний корпус и центральную трубу для сбора, заключенную внутри корпуса и имеющую множество отверстий или щелей, которые служат в качестве средств для сбора пермеата. Лист, содержащий два мембранных слоя и слой с каналами для пермеата, расположенный между мембранами, намотан по спирали вокруг трубы вместе с прокладкой подводящего канала, разделяющей слои намотанного листа. Слой с каналами для пермеата обычно является пористым материалом, который направляет пермеат от каждого мембранного слоя по спиральному пути к трубе для сбора. Во время функционирования исходный раствор, подлежащий разделению, вводится в один конец цилиндра и протекает в осевом направлении по подводящему каналу и подводящей прокладке, при этом поток ретентата удаляется из другого осевого конца корпуса. Края мембраны и слоя с каналами для пермеата, которые не прилегают к трубе для сбора, герметизированы, чтобы удерживать и направлять поток пермеата внутри слоя с каналом для пермеата между мембранами к трубе для сбора. Пермеат, который проходит через мембранные слои, протекает в радиальных направлениях через средства для сбора пермеата к центральной трубе и удаляется из центральной трубы через выпускное отверстие для пермеата.

Виды применения мембран со спиральной намоткой в промышленных масштабах большей частью ограничены обработкой сильно разбавленных (с низким содержанием твердотельных компонентов) технологических жидких сред. Модули с мембраной со спиральной намоткой часто применяются в отдельности или в комбинации для отделения материалов со сравнительно низким содержанием твердотельных компонентов посредством обратного осмоса высокого давления, например, для получения чистой воды из солевого раствора; или ультрафильтрации низкого давления, например, в области молочной промышленности, например, для концентрирования белка молочной сыворотки. Теоретически конфигурация мембраны со спиральной намоткой представляет сравнительно большую площадь поверхности мембраны для процесса разделения по отношению к площади, занимаемой фильтрующим модулем. Чем больше площадь мембраны в системе фильтрации, тем больше скорость просачивания, которая потенциально доступна, при идентичных всех остальных параметров. Однако мембраны со спиральной намоткой склонны к засорению при высоком расходе. Засорение приводит к уменьшению плотности потока, которая определяет пропускную способность системы, и к уменьшению прохождения, которое определяет выход продукта. К сожалению, трансмембранное давление (TMP) на входе мембраны со спиральной намоткой много выше, чем TMP на выходе. Это происходит потому, что сопротивление мембраны создает градиент давления на стороне ретентата, тогда как давление пермеата является равномерно низким на протяжении мембраны. Соответственно, оптимальное TMP может быть достигнуто обычно лишь в пределах сравнительно короткой зоны вдоль мембраны. В верхнем течении от этой оптимальной зоны мембрана подвергается чрезмерному давлению и склонна к засорению, в то время как в нижнем течении от этой зоны низкое TMP приводит к субоптимальной плотности потока. Мембраны со спиральной намоткой часто эксплуатируются последовательно, что обостряет проблему засорения.

Генерирование обратных импульсов является обычным известным методом восстановления плотности потока и уменьшения засорения в фильтрах. Генерирование обратных импульсов выполнялось в спиральных мембранах, например, посредством принуждения возврата собранного пермеата назад в канал для пермеата, чтобы создать значительное избыточное давление со стороны пермеата мембраны. В прошлом концепции генерирования обратных импульсов не обеспечивали создания равномерных локальных величин трансмембранного давления вдоль стороны пермеата мембраны. Градиент давления внутри пространства для пермеата имел тенденцию становиться сравнительно более высоким на входе обратного потока пермеата и сравнительно более низким в местах канала для пермеата, удаленных от источника обратного потока. Поэтому уровень локализованного устранения засорения и восстановления плотности потока варьировался значительным и непрогнозируемым образом вдоль длины мембраны в осевом направления. При предшествующих попытках генерирования обратных импульсов либо создавалось неудовлетворительно низкое давление обратного потока в пространстве для пермеата, что приводило к субоптимальной очистке, либо высокие величины давления обратного потока, созданные со стороны пермеата и достаточные для стимулирования некоторого уровня устранения засорения, привели бы к повреждению мембраны вследствие расслаивания. Генерирование обратных импульсов, основанное на таких методах реверсирования потока пермеата, может вызывать гидродинамическую ударную волну или эффект гидравлического удара для устранения засорения, что приводит к жесткому воздействию на мембрану. К тому же, уровень любого достигнутого восстановления плотности потока и устранения засорения имеет тенденцию к постепенному снижению после нескольких циклов фильтрации при применении таких видов обработки с генерированием обратных импульсов. В некоторых случаях применяли сжатый воздух для усиления эффекта генерирования обратных импульсов. Однако некоторые спиральные мембраны, в частности, могут не быть достаточно устойчивы, чтобы выдерживать генерирование пневматических обратных импульсов. Некоторые поставщики, например, Trisep и Grahamtek, производят спиральные мембраны, сконструированные, чтобы контролировать напряжения, вызываемые генерированием обратных импульсов.

Baruah, G., et al., J Membrane Sci, 274 (2006) 56-63 описывают установку для микрофильтрации, протестированную на трансгенном козьем молоке и имеющую керамическую мембрану для микрофильтрации, которая снабжена узлом для генерирования обратных импульсов, рециркуляцией пермеата в прямоточном режиме, чтобы достигнуть, как сообщается, равномерного трансмембранного давления (UTMP), и системой контроля охлаждения/температуры. Генерирование обратных импульсов выполняется посредством захватывания пермеата. Это делается закрытием клапана генерирования обратных импульсов и клапана позади выпускного отверстия насоса. Регулированием байпаса узла для генерирования обратных импульсов переменное количество жидкости принуждается тем самым к введению в систему, чтобы создать обратный импульс. Однако какие-либо факторы, которые могут вызвать неравномерное обратное давление в проходе для фильтрата во время генерирования обратных импульсов, являются нежелательными, поскольку любые эффекты устранения засорения, достигнутые на мембране, также будут склонны быть неравномерными. Кроме того, керамические фильтры обычно более дорогие, чем другие виды фильтров для микрофильтрации (MF), например спиральные мембраны, и они будут предоставлять меньшую площадь рабочей поверхности на единицу длины по сравнению со спиральными видами фильтров. Brandsma, R.L., et al., J Dairy Sci, (1999) 82:2063-2069, описывают обеднение белками и кальцием молочной сыворотки посредством микрофильтрации кислого снятого молока перед изготовлением сыра в устройстве для микрофильтрации, обладающем, как сообщается, возможностью поддержания UTMP. Керамические мембраны на базе глинозема описаны в качестве фильтрующих средств, которые очищались при использовании цикла с 1,5 массовыми процентами NaOH и 1,5 массовыми процентами азотной кислоты при применении системы UTMP в качестве механизма промывки противотоком. По существу, цикл промывки противотоком, как это описано Brandsma et al., включает применение внешних химикатов, чтобы очистить керамическую мембрану. Применение внешних жестких химикатов и значительные периоды простоя оборудования, связанные с их применением для очистки фильтров, не является совершенным.

Имеется потребность в концепциях фильтрации, которая может обеспечить высокие прохождение и выходы при разделениях жидкости и твердой фазы, проводимых для исходных потоков с содержанием твердой фазы от низкого до высокого, более постоянным и менее прерывистым образом при пониженных затратах на оборудование и эксплуатационных расходах и эффективном устранении засорения без применения химических добавок для очистки.

Перекрестно-точная фильтрация также может быть применена для разделения сходных растворенных веществ или компонентов на основании различий в их молекулярной массе. Отделение сахара с применением нанофильтрации является одним из примеров. Отделение молочных белков (главным образом казеина и сыворотки) является другим примером, который активно исследуется в области молочной промышленности. Были достигнуты некоторые успехи с трубчатыми керамическими мембранами, применяемыми с высокими скоростями поперечных потоков. К сожалению, гидродинамика мембран со спиральной намоткой заранее сделала этот вид процесса чрезвычайно неэффективным в случае полимерных мембран со спиральной намоткой вследствие образования слоя поляризованных частиц, который образуется со временем при функционировании. Этот засоряющий слой приводит к уменьшенным величинам плотности потока и непрохождению веществ, в частности, белков молочной сыворотки. Интенсивность образования засоряющего слоя возрастает по мере увеличения соотношения между TMP и скоростью поперечного потока. Устройство, которое может устранить связь между поперечным потоком и TMP, обеспечило бы функционирование при условиях минимального засорения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов данное изобретение предоставляет способ фильтрации, содержащий 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. В одном из вариантов осуществления мембрана является мембраной со спиральной намоткой.

В некоторых вариантах осуществления периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны происходит при интервалах примерно от 1 минуты до 6 часов с продолжительностью примерно от 1 до 60 секунд, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения. В одном из вариантов осуществления, 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.

В некоторых вариантах осуществления способ также содержит 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. В некоторых вариантах осуществления операция создания rUTMP выполняется периодически при интервалах примерно от 1 минуты до 6 часов с продолжительностью примерно от 1 до 60 секунд, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.

В другом аспекте данное изобретение предоставляет 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 обеспечить 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. В одном из вариантов осуществления мембрана является мембраной со спиральной намоткой.

В некоторых вариантах осуществления способ также содержит 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. В одном из вариантов осуществления, 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. В некоторых вариантах осуществления периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны происходит при интервалах примерно от 1 до 30 минут с продолжительностью примерно от 1 до 10 секунд, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения.

В некоторых вариантах осуществления способ также содержит 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.

В другом аспекте данное изобретение предоставляет 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 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. В одном из вариантов осуществления мембрана является мембраной со спиральной намоткой.

В другом аспекте данное изобретение предоставляет 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 обеспечить 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.

В одном из вариантов осуществления способ также содержит (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. В некоторых вариантах осуществления периодическое регулирование давления на стороне пермеата мембраны происходит при интервалах примерно от 1 минуты до 6 часов с продолжительностью примерно от 1 до 60 секунд, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения. В одном из вариантов осуществления, 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.

В одном из вариантов осуществления способ также содержит (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. В некоторых вариантах осуществления операция создания rUTMP выполняется периодически при интервалах примерно от 1 минуты до 6 часов с продолжительностью примерно от 1 до 60 секунд, и промежуточные периоды времени включают функционирование на стадиях разделения. В некоторых вариантах осуществления во время 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. В некоторых вариантах осуществления 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.

В некоторых вариантах осуществления любого из способов, описанных в данном документе, на стороне пермеата мембраны включен элемент гидравлического сопротивления, при этом пермеат протекает через данный элемент гидравлического сопротивления, и расход пермеата, протекающего через элемент гидравлического сопротивления, изменяется, чтобы создать регулируемый градиент давления. В некоторых вариантах осуществления элемент гидравлического сопротивления выбирается из группы, состоящей из конической унитарной вставки, пористой среды, плотно 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. В одном из вариантов осуществления элемент гидравлического сопротивления содержит коническую унитарную вставку. В одном из вариантов осуществления 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. В некоторых вариантах осуществления элемент гидравлического сопротивления содержит пористую среду, выбранную из гранул и пены. В некоторых вариантах осуществления элемент гидравлического сопротивления содержит сферические полимерные гранулы. В некоторых вариантах осуществления элемент гидравлического сопротивления содержит статический смесительный узел.

В некоторых вариантах осуществления любого из способов, описанных в данном документе, мембрана выбирается из поливинилиденфторидной (PVDF), полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны, и указанная мембрана имеет размер пор от около 0,005 до около 5 микрометров. В некоторых вариантах осуществления мембрана выбирается из полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны, имеющей размер пор от около 0,005 до около 2 микрометров.

В некоторых вариантах осуществления любого из способов, описанных в данном документе, поток исходного материала содержит полипептид, нуклеиновую кислоту, гликопротеин или биополимер. В некоторых вариантах осуществления поток исходного материала содержит продукт ферментации от бактериального производящего организма. В некоторых вариантах осуществления бактериальный производящий организм выбирается из группы, состоящей из Bacillus sp, Escherichia sp, Pantoea sp, Streptomyces sp и Pseudomonas sp. В некоторых вариантах осуществления поток исходного материала содержит продукт ферментации от грибкового производящего хозяина. В некоторых вариантах осуществления 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. В некоторых вариантах осуществления поток исходного материала содержит протеазу, и фильтрация выполняется при температуре, поддерживаемой при около 15°C или менее. В некоторых вариантах осуществления поток исходного материала содержит амилазу, и фильтрация выполняется при температуре, поддерживаемой при около 55°C или менее.

В другом аспекте данное изобретение предоставляет 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 выполнения обеих стадий функционирования. В некоторых вариантах осуществления устройство также содержит (e) линию для подачи воды под давлением, соединенную с возможностью протекания текучей среды с каналом для пермеата.

В некоторых вариантах осуществления устройство для фильтрации 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.

В некоторых вариантах осуществления 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.

В некоторых вариантах осуществления насос для потока исходного материала может управляться таким образом, чтобы уменьшать расход, наряду с тем, что насос для пермеата может управляться таким образом, чтобы поддержать выпускаемый пермеат при обеспечении возврата с постоянным расходом. В некоторых вариантах осуществления 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.

В некоторых вариантах осуществления элемент гидравлического сопротивления выбирается из группы, состоящей из конической унитарной вставки, пористой среды, плотно 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. В одном из вариантов осуществления элемент гидравлического сопротивления содержит коническую унитарную вставку. В одном из вариантов осуществления 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. В одном из вариантов осуществления элемент гидравлического сопротивления содержит пористую среду, содержащую сферы, плотно размещенные во внутреннем пространстве, определенном трубой для сбора.

В некоторых вариантах осуществления мембрана имеет размер пор фильтрующей среды от около 0,005 микрон до около 5 микрон. В некоторых вариантах осуществления мембрана имеет размер пор фильтрующей среды от около 0,05 микрон до около 0,5 микрон. В некоторых вариантах осуществления мембрана выбирается из поливинилиденфторидной (PVDF), полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны, и указанная мембрана имеет размер пор от около 0,005 до около 5 микрометров. В одном из вариантов осуществления мембрана выбирается из полисульфоновой или полиэфирсульфоновой мембраны, имеющей размер пор от около 0,005 до около 2 микрометров.

В некоторых вариантах осуществления устройство для фильтрации также содержит несколько клапанов для регулирования протекания текучей среды через устройство, несколько датчиков для получения данных о текучей среде при ее протекании через устройство и сеть для компьютерной обработки данных, способную по меньшей мере к приему, передаче, обработке и регистрации данных, относящихся к функционированию указанных насосов, клапанов и датчиков, при этом зарегистрированные данные, собранные во время процесса фильтрации потока, являются достаточно полными, чтобы предоставить возможность управления процессом фильтрации потока. В некоторых вариантах осуществления датчики выбираются по меньшей мере из одного из датчиков расхода потока, датчиков давления, датчиков концентрации, датчиков pH, датчиков электропроводности, датчиков температуры, датчиков мутности, датчиков поглощения в ультрафиолете, датчиков люминесценции, датчиков показателя преломления, датчиков осмотической концентрации раствора, датчиков твердотельных веществ, датчиков ближнего инфракрасного излучения или датчиков инфракрасного излучения с преобразованием Фурье.

В другом аспе