Theoretical evaluation of the performance characteristics of a combined hemodialysis/hemoperfusion system — I. Single pass flow

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Abstract

A mass transfer model with single pass flow is proposed for evaluating the performance characteristics of a combined system composed of a dialyzer for hemodialysis (HD) and a coated adsorbent packed cartridge for hemoperfusion (HP). In the dialyzer, the mass transfer equation is represented in terms of three dimensionless parameters, i.e., extraction ratio, number of transfer unit, and ratio of flow rates. For the hemoperfusion cartridge, the model equations are derived by formulating the following four processes: convective mass transfer in the bed, fluid phase mass transfer around a coated adsorbent particle, transport across a film of coated membrane, and diffusion within an adsorbent particle. The Freundlich isotherm model is used for the adsorption on adsorbent particles. Applications of the mathematical model to systems to be potentially used in clinical practice are discussed. Solutions for two different sequences of arrangement, i.e., HD-HP and HP-HD, are obtained and discussed in terms of their performance efficacies. Theoretical results demonstrate that the HD-HP arrangement will give better performance in most clinical encounters.

Abstract

On propose un modèle de transfert de matière avec écoulement à passage unique pour évaluer les caractéristiques de rendement d'un système combiné composée d'un dialyseur pour l'hémodialyse (HD) et une cartouche garnie d'un adsorbant enrobée pour l'hémoperfusion (HP). Dans le dialyseur, l'équation de transfert de matière est représentée sous la forme de trois paramètres adimensionnels, à savoir le rapport d'extraction, le nombre d'unités de transfert et le rapport des débits. Pour la cartouche d'hémoperfusion, les équations du modèle sont établies à partir des quatre procédés suivants: le transfert de matière convectif dans le lit, le transfert de matière de la phase fluide autour de la particule d'adsorbant enrobé, le transfert à travers un film de membrane enrobée et la diffusion dans une particule d'adsorbant. On utilise le modèle isotherme de Freundlich pour l'adsorption de particules d'adsorbants. On étudie les applications possibles du modèle mathématique dans la pratique clinique. Des solutions sont obtenues pour deux séquences différentes d'arrangement (HD-HP et HP-HD), et on a analysé leur efficacité. Les résultats théoriques montrent que l'arrangement HD-HP donnerait un meilleur rendement dans la plupart des cas cliniques.

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