飲料アプリケーションの完全性試験
| 完全性試験は、飲料業界における重要なプロセスろ過アプリケーションの基本的な要求事項です。 メンブレンの完全性を試験することによって、メンブレンフィルターアセンブリの機能性と、製品の品質を保証します。 |
いつ完全性試験を実施するのか?
飲料アプリケーションでは、最終メンブレンろ過ステップ中とフィルターの使用前後にフィルター完全性試験を実施することを推奨します。
フィルターを使用する前に完全性試験を実施するのは、バッチ処理前にフィルター完全性をモニターして、完全性不合格のフィルターの使用を防止するためです。
バッチを処理した後に完全性試験を実施するのは、プロセス中にフィルターの完全性が損なわれていないかどうかを検出するためです。
バッチ処理直後にフィルターの完全性不合格が判明した場合、バッチを管理することで遅れを防ぐことができます。
実施する完全性試験の種類は?
完全性試験には、破壊試験と非破壊試験の2種類があります。
飲料アプリケーションにおいて日常的に実施される試験は非破壊試験です。
非破壊試験には3種類あります。
バブルポイント試験、拡散流量試験、疎水性フィルター用の水による完全性試験（ハイドロコアSM試験）です。
プレッシャーホールド試験、フォワードフロー試験、圧力降下試験は拡散流量試験の変法です。
ろ過面積の大きさと飲料アプリケーションのタイプにより、通常実施される完全性試験は拡散流量試験またはプレッシャーホールド試験です。
飲料アプリケーションでは、メンブレンのろ過面積が大きく、著しい拡散流量が生じて、バブルポイントの検出がとても難しくなりますので、バブルポイント試験を実施することができません。
拡散流量試験
バブルポイント以下の圧力では、Fickの法則に基づき、水で満たされたフィルターの孔径中に気体が拡散して行きます。
拡散流量は、差圧とろ過面積に比例します。
バブルポイント規格値の約80%の圧力で拡散流量を測定し、フィルターの完全性を試験します。
拡散流量基準の定義法
拡散流量の規格値は、サプライヤーによってフィルターとともに送られる証明書の中で規定されます。
複数本のフィルターが設置されているハウジングの総拡散流量を計算するには、次の式を使用します。
DT = DS X NC
DT = ハウジングの総拡散流量
DS = フィルターカートリッジ 1本の拡散流量規格値（証明書記載）
NC = ハウジングに設置されているフィルターカートリッジの本数
拡散流量の測定値がDT 以下であれば、フィルターとハウジングは完全性を維持しています。
拡散流量試験の手順
- 親水性メンブレンには水、疎水性メンブレンにはアルコール/水の混合液を用いて、フィルターを湿潤します。
- メーカーが規定する推奨試験圧まで、フィルター一次側の圧力をゆっくり上昇させます。
- システムが安定するまで待ちます。
- 目盛り付きシリンダーあるいは流量計で、出口側の拡散流量を1分間測定します。
- 拡散流量が規格値よりも高い場合は、下記のことが考えられます。
- フィルターの孔径が異なる
- 温度が室温より高い
- メンブレンの湿潤が不完全
- メンブレンまたはシールが不完全
- 安定時間が不十分
プレッシャーホールド試験
圧力減衰試験または圧力降下試験としても知られるプレッシャーホールド試験は、拡散流量試験の変法です。
メンブレン面積によっても異なり、感度が同一です。
プレッシャーホールド値の定義法
プレッシャーホールド値は、一次側容量と拡散流量で決まります。次の式で計算します。
D = 拡散流量（mL/分）
T = 測定時間（分）
Pa = 大気圧（1 Atm）
Vh = 装置の一次側容量（mL）
P = 降下圧力（barまたはpsig）
プレッシャーホールド値がΔP以下であれば、フィルターとハウジングは完全性を維持しています。
プレッシャーホールド試験の手順
プレッシャーホールド試験は、ステップ4（精度の高いゲージを使用して、フィルターを通過する気体の拡散によって起きる一次側の圧力変化をモニターします）を除いて、拡散流量試験と同一の手順を用いて行います。
プレッシャーホールド試験は、飲料アプリケーションにおけるほとんどの自動完全性試験システムで使用されている方法です。
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