[发明专利]改善过滤器比例缩放的方法

说明书

本申请是申请号为201010254453.9，申请日为2010年8月12日，发明名称为“改善过滤器比例缩放的方法”的中国专利申请的分案申请。

本申请要求2009年8月13日提交的美国临时申请No.61/274142的优先权，该临时申请的公开内容通过引用结合进来。

技术领域

本发明涉及改善过滤器比例缩放（scaling）的方法。

背景技术

过滤设备的生产商通常提供小规模尺寸调整工具（small scale sizing tool）用于对过程物流进行初始评价以及用于估计全规模过程（full scale process）对膜面积的需求。理想地，小规模设备应该包含最小的膜面积或过滤介质以节省测试流体并同时也和它们的相应大规模设备成线性比例缩放。但是，小规模设备性能上的可变性给按比例放大要求增加了不确定性，从而导致发生潜在的过量的尺寸调整以避免出现所测试的小规模设备代表性能分布的低端的可能性。

例如，对于微过滤膜过滤器而言，有许多因素影响膜性能，包括孔尺寸分布、膜化学、膜厚度、膜孔隙率和其他因素。尽管膜生产方法经设计以对所有这些因素进行控制从而最大化均匀性和一致性，但是不可避免地对于所有这些变量而言在正常生产条件内存在某种分布。这种膜的变化性限制了设备-设备之间的性能一致性，所以限制了能够从小规模性能对大规模性能进行预测的精度。

大规模样品或者小规模过滤设备的性能通常用于估计大规模设备的尺寸调整要求。小规模设备用于尺寸调整的使用提供了显而易见的经济优势。例如，在生物流体的无菌过滤中，47mm或25mm膜盘提供了方便的形式来评价所述盘对于大规模膜设备（比如，含有数十倍直至数千倍面积的盒子）的性能。为了精确的按比例放大（scale-up），小规模设备中的膜必需能代表大规模设备中的膜。但是，如同在任何生产方法中的那样，一批膜和另一批膜在可接受的性能方面存在有限的公差。比例缩放设备中的膜可以源自所述可接受的性能范围内的任何地方。相应地，当估计全规模设备的所需尺寸调整时，膜性能方面的变化性必需得以考虑，从而导致在对比例缩放进行估计时必需使用足够的安全系数。

这能够通过考虑图1中所示的膜性能的假想分布来举例说明。在此示例中，所有膜批次的平均性能（渗透率或处理能力）被归一化为1，性能的可接受范围定义为平均值的±30%。一种常用的方法是使用小规模设备（small scale device），所述小规模设备包含从该群体中随机选择的膜，其可以在0.7-1.3之间的任何地方行使功能。相似地，大规模设备（large scale device）能够在同样0.7-1.3范围的任何地方行使功能。当从小规模设备按比例放大至大规模设备时，必须考虑小规模设备包含高端（1.3）膜而大规模设备可能包含低端（0.7）膜的可能性。也就是说，必须应用1.3/0.7=1.86的比例缩放安全系数（scaling safety factor），以确保大规模设备需求不会出现尺寸不足的情况（参加图2）。在这种情况下，全系统的最坏情况性能将得到精确估计。但是，也可能是小规模设备可能含有处于所述分布低端（0.7）的膜而所述大规模设备含有高端（1.3）膜。应用同一安全系数会导致全系统性能是（1.3/0.7）/(0.7/1.3)或3.45。结果会得到尺寸过大系数为3.45的过滤系统。这个值定义为根据下式（1）的比例缩放系数不确定性比率（scaling factor uncertainty ratio，U_sf）:

U_sf＝(F_h/S_l)/(F_l/S_h)＝(F_h/F_l)*(S_h/S_l)      (1)

其中，F_h是全规模高端潜在性能，F_l是全规模低端潜在性能，S_h是比例缩放设备高端潜在性能，S_l是比例缩放设备低端潜在性能。

所以，会希望减少比例缩放设备性能的范围以降低大规模设备要求并节约成本。

发明内容