血漿分離用中空糸膜モジュール内の流動と濾過性能の解析

• Project/Area Number: 05750670
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 化学工学一般
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉川 史郎 東京工業大学, 工学部, 助手 (40220602)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 膜分離 / 中空糸 / 血漿分離器 / 装置内流体工学 / 医用化学工学

Research Abstract

血漿分離用中空糸膜型モジュールの濾過性能を評価する際、局所的な膜間圧力差に分布が非常に重要となる。しかしながら従来の研究では圧力差を求める場合に透過側の圧力を透過液出口の値で代表させている場合が多い。これは中空糸を納めているケース(シェル)内の流路の形状が特定できないことなどによっている。そこで本研究では濾過性能の評価に先立ち、固体粒子を含まない水がモジュール内を流れる際の中空糸内、シェル内の圧力流量の分布を推算するためのモデルを考案し、実験によりモデルの有効性を検討した。
中空糸内の流動に関してはHagen-Poiseuille則、膜の透過はD´Arcyの法則に従うものとしシェル内については流路が複雑なこともあり理論的に考えることは困難であるが充填層内のl流れと同様にKozeny-Carmanの式で表されるというモデルを考慮し、物質収支に基づいて中空糸内、シェル内の圧力、流量の間の関係を導いた。
実験では実際に血漿分離に用いられているモジュールを用い、シェル部分の軸方向5ヶ所に圧力測定用タップを設け、シェル内の圧力分布を測定した。その結果、モデルによる推算値と実測値はほぼ良好に一致しており、モデルはモジュール内の流れに適応できることが確認された。また、シェル内の圧力損失は中空糸内に比較して小さいものの、無視できる程ではなく、透過側圧力を透過液出口の値で代表させるのは適当ではないことも確認された。
さらに上述のモデルに基づき、中空糸内とシェル内の圧力値が逆転し、逆流が生じる位置を推算し、その位置の操作条件による変化を明確にした。
なお、モデル考案、測定結果の処理にはパーソナルコンピュータ、実験にはディジタルデータレコーダを用いた。