Crossflow-Filtration (auch Tangentialflussfiltration genannt) ist eine Trenn- oder Reinigungsverfahren, das häufig in der (bio)pharmazeutischen Industrie verwendet wird. Sie beruht auf einem stetigen Zulauf über die Oberfläche einer Membran, im Gegensatz zur Dead-End-Filtration, bei der der Zulauf durch eine Membran geführt wird. Letzteres führt zur Bildung von „Filterkuchen“, der Ihren Filter verstopfen kann. Bei der Crossflow-Filtration wird dieser Kuchen weggespült, da es sich um einen kontinuierlichen Prozess handelt, wodurch Verstopfungen und damit Effizienzverluste vermieden werden.

Crossflow-Filtration setzt auf eine Druckdifferenz zwischen der Retentat- und der Permeatseite der Membran. Dieser Transmembrandruck kann durch Viskosität, Durchflusszunahme oder andere Parameter beeinflusst werden, was wiederum die Effizienz beeinflusst. Equilibar Präzisions-Druckregler sind speziell für diese Art von Anwendung geeignet, da sie einen stabilen Druck in einem relativ engen Bereich (0,5% für Flüssigkeiten; 0,2% für Gase) effizient halten können.

Einzel- oder Doppel-Aufbau für reibungslose Präzisionskontrolle

Um diesem Effizienzverlust entgegenzuwirken, kann ein Equilibar Dom-Vordruckregler in fast jeder Situation eingesetzt werden. Equilibar-Regler halten einen konstanten Druck, indem sie einem Prozess nachgeschaltet werden. Je nach Prozessanforderung kann ein Einzel-Aufbau oder ein Doppel-Aufbau mit 1 oder 2 Reglern realisiert werden; ein Einzel-Aufbau kann sowohl für die Retentat- als auch für die Permeatdruckregelung verwendet werden.

Durch den Einsatz eines doppelten Vordruckreglers in der Crossflow-Filtration – 1 Ventil für jeden Strom – kann der Druck sowohl auf der Permeat- als auch auf der Retentatseite sowie der Transmembrandruck mit hoher Präzision geregelt werden. Da diese Vordruckregler ein reibungsfreies Design mit Dom haben, können auch Differenzdrücke unter 100 mbar geregelt werden und Sollwertänderungen von weniger als 1 mbar sind möglich.

Equilibar-Vordruckregler können für eine Vielzahl von Crossflow-Filtrationsanwendungeneingesetzt werden. Diese Anwendungen können von Umkehrosmose über Nano- oder Mikrofiltration bis hin zur Reinigung von Wasser reichen.

Schema eines Tangentialfluss-Filtrationsprozess-Aufbaus

Die folgende schematische Abbildung zeigt einen möglichen Aufbau mit einem dualen Equilibar-Vordruckregler: Die zu filtrierende Flüssigkeit (oder Retentat) wird aus einem Vorratsbehälter durch eine Förderpumpe zur Filtermembrangeleitet. Optional kann der Druck zwischen Pumpe und Membran über einen Drucktransmitter gemessen werden. Mittels Filtration verlässt das gewünschte Permeat den Prozess – während der Druck durch einen Equilibar-Vordruckregler genau geregelt wird – in den Tank auf der rechten Seite. Von der Filtermembran wird das Retentat zurück in den Vorratstankgeleitet, auch durch die Verwendung eines Equilibar-Vordruckregler. Ähnlich wäre es mit einem Einzel-Aufbau, bei dem je nach den spezifischen Anforderungen nur einer der beiden Regler verwendet wird.
Equilibar-Druckregler sind in dieser Hinsicht besonders geeignet, da sie auch eine Zweiphasenströmungenregeln können. Da der Transmembrandruck bei dieser Art von Anwendung ein sensibles Thema sein kann, werden in dieser Konfiguration 2 Equilibar-Vordruckregler verwendet. Hier werden beide von derselben Gasflasche (mit Druckluft oder N2) gesteuert. Der 1. Equilibar-Regler (links) wird jedoch in einem geschlossene Regelkreis , durch Verwendung eines externen Drucktransmitters, geregelt. Das bedeutet, dass der Doppelventilregler den Druck basierend auf dem Messwert des Drucktransmitters regelt. Der 2. Equilibar-Regler wird gesteuert, wobei der Drucksensor ein Teil des Doppelventilreglers ist.

Optionen für Single Use in Hygiene-, Lebensmittel- oder (Bio-)Pharma-Anwendungen

Die FD-Serie Reglern werden speziell für Lebensmittel- und Biopharmaanwendungen hergestellt und sind in mehreren Materialoptionen wie Edelstahl, Hastelloy und anderen erhältlich. Membranen sind unter anderem in PTFE, Buna-N, und auch in USP-Klasse VI PTFE, EPDM erhältlich.

Für Single-Use-Anwendungen der Crossflow-Filtrations ist die Equilibar SD-Serie aufgrund ihres hohen Stellverhältnis und Präzisionideal. Die Einheiten bestehen aus einem Edelstahl-Träger mit Flügelmuttern zur einfachen (De-)Montage, Single-Use-Ventilkörper- und Membraneinsätze aus USP Class VI Materialien. Dadurch ist keine Desinfektion notwendig und die Ventile können in allen Anwendungen verwendet werden, die den Einsatz von Single Use Komponenten voraussetzen.

Elektronische und manuelle Kontrolle des Drucksollwertes

Im obigen Schema wird der Referenzdruck in beiden Equilibar-Vordruckreglern elektronisch durch einen Doppelventildruckregler gesteuert. Der Dom des Vordruckreglers kann auch mit einem manuellen Druckregler gesteuert werden.

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