Maria Weinberger, TU Munich: TFF 필터 퇴적층에 대한 압력 맥동의 영향

Crossflow microfiltration(횡류 미세 여과)는 부유물 덩어리의 비열 분리(Non-thermic separation) 또는 분류에 자주 적용되는 단위 작업입니다. 경제적 타당성에도 불구하고, 여전히 퇴적층으로 인해 공정 효율성이 저하되는 문제를 겪고 있습니다. 잘 알려진 바와 같이, 직교류 속도 또는 난류 조건과 같은 유체 역학은 멤브레인의 입자 퇴적에 큰 영향을 미칩니다. 퇴적된 입자는 플럭스(유량)를 감소시킬 뿐만 아니라 2차 활성 멤브레인 층으로 작용하여 실제 기공의 크기 또는 필터링 효과를 감소시킬 수 있습니다. 제품의 정체 또는 낮은 수율을 통하여 그 문제를 확인할 수 있습니다.

퇴적된 층을 가능한 한 다공성으로 유지하거나 투과성을 높이기 위해 막횡단(막을 관통하는) 압력이 중요한 역할을 합니다. 그러나, 낮은 막횡단 압력은 장기적으로 안정적인 제품의 필터링을 가능하게 하지만 플럭스는 만족스럽지 못할 정도로 낮게 유지되고, 높은 막횡단 압력은 높은 플럭스를 생성하지만 낮은 필터링 효과를 보이게 됩니다. 따라서, 높은 플럭스를 가지면서 퇴적된 물질층의 열린 기공 구조를 유지하기 위해 맥동 및 교차 흐름과 같은 대안이 될 수 있는 흐름 프로파일이 사용됩니다.

이 교번 응력(alternating stress)이 다양한 퇴적 물질의 구조적 특성에 어떻게 영향을 미치는지 보여드리도록 하겠습니다. 모델 입자로, 식품 가공과 관련이 있고 부드럽고 압축이 가능하며 서로 상호 작용을 할 수 있는 케이신 마이셀(casein micelles)을 사용하였습니다. 게다가, 효모 세포는 발효 브로스에서의 거동을 대변하기 위해 사용되었습니다. 퇴적층의 특성에 따라 막횡단 압력과 맥동 흐름 패턴이 플럭스와 제품의 필터링에 다른 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 효모 세포 부유물의 장기 플럭스 및 단백질 필터링 효율은 맥동성 유동 조건에 의해 상당히 개선될 수 있지만, 케이신 마이셀의 강한 상호 연결 및 겔과 같은 연결 상태는 맥동성 조건에 의한 입자 침식 또는 케이크 이완을 방해했습니다.