[发明专利]用于液体过滤的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年11月11日提交的欧洲专利申请号：08382063.9的优先权，在此以引用的方式加入其全部内容。

技术领域

本发明涉及一种用于液体过滤的系统和方法。更具体地，其涉及具有高固体含量的液体过滤的系统和方法，例如啤酒、葡萄酒、水和果汁，或生物流体例如来自含多克隆、单克隆或其它希望的蛋白质或酶的生物反应器。

背景技术

葡萄酒、啤酒、果汁、水和来自生物反应器含蛋白质的流体以及其它这样的液体需要过滤除去杂质，例如从葡萄酒中除去糖结晶；或从生物反应器流体中除去细胞碎片和其它细胞成分，或从啤酒中除去酵母，或在原料和甚至部分净化液体中发现的葡萄、其它果皮和其它杂物。

传统地，这已经通过向液体中加入松散的硅藻土并沉淀来完成。更先进的技术已经成为各种扁豆状(lenticular)的或板和框架产品，其由纤维素纤维材料和各种填充料例如硅藻土和多种带电聚合物形成。这些过滤器是普通流动设备，意思是液体被定向流向它们然后液体流动通过它们到达出口同时杂质截留在填充物中。这些过滤器被布置在外壳中，其可以包括一个或多个，通常几个过滤器，过滤器在板和框架设备中或者在中心杆上，在扁豆状填充物设备的杆内有一系列通向出口的孔洞。液体通过大致在外壳底部的入口进入，围绕并通过过滤器到达杆中的开口并通过外壳底部的出口流出。填充物过滤器容易被杂质堵塞从而限制了它们的生产流水作业。通常需要两个或更多相同的过滤系统在过滤操作期间顺序地运行从而确保足够的能力。

最近，用户开始关注TFF(切向流动过滤)设备用于这种过滤应用。TFF系统利用切向流动扫越过膜表面从而连续地清除膜表面上阻碍或堵塞膜导致过滤效率和使用时间下降的物质。这些设备可以用平的或空心纤维陶瓷过滤器或者平的、空心纤维或卷绕式聚合物过滤器来制造。

在有助于提高过滤系统的寿命的同时，这种TFF系统也有缺点，包括设备和运行费用，以及由于通过系统泵的众多再循环带来的高截留量和液体的潜在的损失/降解。

TFF过滤系统比填充物过滤器更花费资金，需要大量专门的设备包括特殊的过滤器、固定器、泵、截留管等昂贵的设备。另外，使用这种类型过滤器的方法也不同，需要特殊培训和专用的固定设备来完成。此外，这种系统用10到20倍填充物系统的能量来泵送以产生足够的液体再循环来形成并保持TFF流动。同样，由于这种系统使用的大量的管道，系统中过滤完成后还有很大的截留量。没有被过滤的流体以及在箱、截留管、泵等中的流体在过滤过程后被丢弃。通常测量到10几加仑的液体损失，最高达10％(取决于系统的截留容量和过滤重复循环的长度和数量)的开始容量，导致产品较低的总产量。最后，很多液体对TFF设备中施加于它们的剪切力和其它类似的力很敏感，会降级或损害产品特别是葡萄酒。

陶瓷过滤器能工作但是有另外的缺点，容易受多种条件影响而损坏，其中大部分条件不能确定或量化。一种能替代TFF陶瓷过滤器的是塑料或聚合物的空心纤维系统，其具有很少或有限的交叉流动从而减少液体再循环的循环次数。当确定了减少再循环可以改进产品质量时，发现还有费用昂贵和高截留量的缺点。然而更重要的是，低交叉流动通过提高使用的膜的表面积来实现，通常至少是传统TFF系统的2倍，这进一步增加了成本和截留量。另外，TFF聚合物膜强度相对较弱，如果施加太大压力或剪切力容易受影响破裂。另外，清洗这种过滤器很困难、昂贵和费时间，导致这种过滤的成本更为高昂。

此外，TFF一般很难用于低温过滤，例如用于葡萄酒、啤酒、和果汁，因为低温会导致液体更高的粘度从而导致低流速，因此需要更大的系统导致在经济上制造它们更为困难。聚合物TFF过滤器用于通常包括过滤晶体的冷的葡萄酒或果汁的另外一个缺点是冷过滤时聚合物膜与糖晶体“刮擦”的效果不相容，造成过滤器磨损和颗粒物进入流体。

我们需要的是一种过滤高固体份系统，其易于装配、运行，且购置和操作费用比TFF系统便宜，其增加了产出量，而使通过该系统的过滤最小化以使得退化最小化。

发明内容