CN104436815B - 气动恒压的液体连续送料装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液体输送技术领域,涉及气动恒压的液体连续送料装置,包括第一恒压罐,第一恒压罐的上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的通气导管,通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀,第一恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的第一进液导管,第一进液导管和出液导管上均设置有阀门;其中:第一进液导管上连接有第二恒压罐,通过第一恒压罐与第二恒压罐轮流供料实现连续供料,或第一进液导管上连接有缓冲罐,通过缓冲罐周期性地为第一恒压罐补充供料实现连续供料,适用于生物技术领域液体过滤时的恒压连续送料。
Description
技术领域
本发明属于液体输送技术领域,特指一种气动恒压的液体连续送料装置及方法。
背景技术
过滤单元广泛应用于水处理、化工、食品工业,近几十年新兴的生物技术领域中,过滤技术更是得到了前所未有的发展与应用。根据液体过滤膜的孔径不同可分为反渗透、超滤、纳滤、微滤。在生物技术领域,反渗透应用于注射水生产,超滤用于蛋白质浓缩和缓冲体系置换,纳滤主要用于除病毒过滤,微滤主要用于除菌过滤和颗粒过滤;近年来对过滤膜材质进行复合设计或表面修饰,发展出了深层过滤膜与离子交换过滤膜,前者主要用于料液的高效澄清,后者主要应用于蛋白质精细纯化。
操作压力是所有过滤单元操作的重要工艺参数,任何一种商业化过滤材料都必须向用户提供正常操作的压力范围。操作压力过低,料液透过率低,降低工作效率;操作压力过高,容易引起浓差极化,同样导致料液透过率降低,如操作压力超过一定范围将导致过滤介质击穿,料液污染,因此为过滤单元操作提供经过优化的恒定压力对于提高过滤效率十分重要。恒定压力对过滤的重要性在生物制药领域的除病毒过滤操作单元尤为明显,在纳滤除病毒过程中,中途压力释放将导致某些滤膜的病毒过滤效率下降,从而增加产品的病毒污染风险[LaCasse D,et al,Impact of process interruption on virus retentionof small-virus filters.Bioprocess International,2013,11(10):34]。
目前工业生产上为过滤单元提供液体驱动压力的主要为离心泵、蠕动泵或隔膜泵。泵可以提供稳定的流速,但由于过滤是一个动态变化的过程,随着处理量的增加,系统压力将越来越高,因此一般自动化程度较高的过滤系统都将过滤器进料口的压力作为反馈信号来控制泵的转速,以维持操作压力恒定或在一定范围之内。世界上各大过滤操作整体解决方案供应商都推出了各自的用于生物制药的高度自动化的过滤系统,如Millipore公司的Pall公司的AllegroTM MVP,Sartorius公司的旭化成公司的PlanovaTM Virus FIltration Controller等,另外配置有恒压功能的自动化层析系统,如GE公司的AKTA系列,也常被用作过滤操作的供料系统。尽管上述自动化系统可以解决过滤操作中的恒压问题,但使用泵作为过滤操作的驱动力存在以下缺点:1、离心泵、蠕动泵产生的机械剪切力对蛋白质具有一定的破坏作用[李国荣等.泵对生物制品工艺的重要影响.流程工业(制药),2014,10:68];2、蠕动泵、隔膜泵工作时产生压力脉冲,难以实现较高程度的恒压;3、恒压工作范围小,尤其在低压工作范围,泵的转速较低,由于控制较低的泵转速在技术上较为困难,容易造成系统压力不稳;4、配有伺服系统的设备价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种无脉冲、恒压精度高、工作压力范围广、低剪切力、可连续生产的气动恒压液体连续送料装置及方法;同时为了满足生物制药领域对于产品洁净度的特殊要求,在本发明的送料装置中可放置可抛弃型塑料袋,方便清洗。
本发明的目的是这样实现的:
气动恒压的液体连续送料装置,包括第一恒压罐,第一恒压罐的上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的通气导管,通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀,第一恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的第一进液导管,第一进液导管和出液导管上均设置有阀门;其中的第一进液导管上有下述两种外接部件之一:
第一进液导管上的第一种外接部件的结构是:第二恒压罐的上壁或侧壁上设置有与第二恒压罐内腔连通的通气导管,通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀,第二恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第二恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第二恒压罐内腔连通的第二进液导管,第二进液导管和出液导管上均设置有阀门,第一恒压罐与第二恒压罐上的第一、第二进液导管的外端部通过三通连接,第一恒压罐与第二恒压罐上的出液导管的外端部通过三通连接;
第一进液导管上的第二种外接部件的结构是:缓冲罐的上壁或侧壁上设置有第三进液管和通气导管,第三进液管上安装有阀门,通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀,设置有阀门的第一进液导管通过缓冲罐的底壁与缓冲罐的内腔连通,缓冲罐和第一恒压罐的上壁或侧壁通过均压管与缓冲罐和第一恒压罐的内腔连通,均压管上设置有阀门。
上述的第一恒压罐、第二恒压罐和缓冲罐的上方内壁上均设置有一圈挂钩或周向均布有挂钩,洁净的塑料袋的上端开口部镶嵌或挂设在挂钩上,塑料袋的底壁上设置有与塑料袋的内腔连通的硬质且中空的插管,插管的外径与第二恒压罐、第一恒压罐或/和缓冲罐底壁上的中空的连接管的内径相配合,插管的内径与外接插头的外径相配合,插管的内径与外接插头的外径之间设置有密封圈,插管与外接插头通过内外径配合,辅以密封圈连接,所述的出液导管连接在外接插头上。
上述的外接插头与插管及连接管之间通过法兰盘或螺纹连接部连接。
上述的第一恒压罐与第二恒压罐上的出液导管的外端部通过三通连接后的三通的第三通连接的导管上连接有过滤器;或出液导管的外端部上连接有过滤器。
上述的第一恒压罐与第二恒压罐上的进气管共用一个压缩体源,压缩体源提供的压缩气体的压力根据工艺需求可以调节设定。
上述的第一恒压罐与缓冲罐上的进气管共用一个压缩体源,压缩体源提供的压缩气体的压力根据工艺需求可以调节设定。
上述的气动恒压的液体连续送料装置的连续送料方法,具有所述的第一恒压罐和第二恒压罐的液体连续送料装置中:当第一恒压罐常压进料时,第二恒压罐通入一定压力的压缩气体连续供料,当第二恒压罐常压进料时,第一恒压罐通入一定压力的压缩气体连续供料,第一恒压罐与第二恒压罐交替地进料和送料,从而实现气动恒压的液体连续送料;或具有所述的第一恒压罐和缓冲罐的液体连续送料装置中:由缓冲罐周期性地进料并周期性地为第一恒压罐补充进料,由第一恒压罐通入一定压力的压缩气体并连续供料,从而实现气动恒压的液体连续送料。。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是:
1、本发明的液体送料方式,由于是用气体推动,液体不会产生剧烈湍流,剪切力低,相对用泵送料,降低了对料液中蛋白质的破坏。
2、本发明的气动液体送料方式,由于气压控制在设定的恒定压力(例如2bar),相对用泵送料,消除了送料压力的波动;过滤过程中工作压力不会由于过滤膜堵塞而上升,降低了因过压导致的风险。
3、本发明的气动液体送料方式,可以根据料液中蛋白质对氧气的敏感程度,选用氮气等惰性气体进行推动,进一步提高对蛋白质的保护。
4、本发明通过第一恒压罐与第二恒压罐轮流供料实现连续供料,或通过缓冲罐不断地为第一恒压罐补充供料实现连续供料,使得过滤工作可以连续进行,生产效率高;相对具有压力反馈功能的伺服传输系统,控制更加简单,制造成本低,运行成本低。
5、本发明在第一恒压罐、第二恒压罐或第一恒压罐与缓冲罐的罐体内挂设清洁的塑料袋,每次生产前后不用对罐体进行清洗,仅用循环泵对接触液体的管道或导管进行循环清洗即可,清洗时间短,清洗成本低。
6、本发明适用于生物技术领域的料液过滤送料,本发明尤其适用于生物制药领域对恒压送料有特殊要求的蛋白质溶液除病毒过滤。
附图说明
图1是本发明的结构之一的示意图。
图2是本发明的结构之二的示意图。
图3是本发明的第一恒压罐、第二恒压罐和缓冲罐的结构示意图。
图4是图3的A部放大图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述,参见图1—图4:
气动恒压的液体连续送料装置,包括第一恒压罐10,第一恒压罐10的上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐10内腔连通的通气导管11,通气导管11的外端部通过三通14连通的进气管16上安装有进气阀15、通过三通14连通的排空管12上安装有排空阀13,第一恒压罐10的罐壁的底壁上设置有与第一恒压罐10内腔连通的出液导管40、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐10内腔连通的第一进液导管17,第一进液导管17和出液导管40上均设置有阀门18、41;其中的第一进液导管17上有下述两种外接部件之一:
第一进液导管17上的第一种外接部件的结构是:第二恒压罐20的上壁或侧壁上设置有与第二恒压罐20内腔连通的通气导管21,通气导管21的外端部通过三通24连通的进气管26上安装有进气阀25、通过三通24连通的排空管22上安装有排空阀23,第二恒压罐20的罐壁的底壁上设置有与第二恒压罐20内腔连通的出液导管45、上壁或侧壁上设置有与第二恒压罐20内腔连通的第二进液导管27,第二进液导管27和出液导管45上均设置有阀门28、44,第一恒压罐10与第二恒压罐20上的第一、第二进液导管17、27的外端部通过三通29连接,第一恒压罐10与第二恒压罐20上的出液导管45、40的外端部通过三通43连接;
第一进液导管17上的第二种外接部件的结构是:缓冲罐50的上壁或侧壁上设置有第三进液管51和通气导管55,第三进液管51上安装有阀门52,通气导管55的外端部通过三通57连通的进气管80上安装有进气阀56、通过三通57连通的排空管59上安装有排空阀58,设置有阀门18的第一进液导管17通过缓冲罐50的底壁与缓冲罐50的内腔连通,缓冲罐50和第一恒压罐10的上壁或侧壁通过均压管53与缓冲罐50和第一恒压罐10的内腔连通,均压管53上设置有阀门54。
上述的第二恒压罐20、第一恒压罐10和缓冲罐50的上方内壁上设置有一圈U型的挂钩或周向均布有挂钩103,塑料袋60的上端开口部镶嵌或挂设在挂钩103上,洁净(例如消毒灭菌后)的塑料袋60的底壁上设置有与塑料袋60的内腔连通的硬质且中空的插管61,插管61的外径与第二恒压罐20、第一恒压罐10或/和缓冲罐50底壁上的中空的连接管101的内径相配合,插管61的内径与外接插头70的外径72相配合,插管61的内径与外接插头70的外径之间设置有密封圈73,插管与外接插头通过内外径配合,辅以密封圈连接,所述的出液导管40、45连接在外接插头70上。
上述的外接插头70与插管61及连接管101之间通过法兰盘102、71或螺纹连接部连接。
上述的第一恒压罐10与第二恒压罐20上的出液导管40、45的外端部通过三通43连接后的三通43的第三通连接的导管42上连接有除病毒夹具或过滤器;或出液导管40的外端部上连接有除病毒夹具或过滤器。
上述的第一恒压罐10与第二恒压罐20上的进气管16、26共用一个压缩气体源81,压缩气体源81提供的压缩气体的压力可根据工艺需求调节设定,例如气体压力为2bar。
上述的第一恒压罐10与缓冲罐50上的进气管16、80共用一个,压缩气体源81提供的压缩气体的压力可根据工艺需求调节设定,例如气体压力为2bar。
上述的气动恒压的液体连续送料装置的连续送料方法是:具有所述的第一恒压罐10和第二恒压罐20的液体连续送料装置中:当第一恒压罐10常压进料时,第二恒压罐20通入一定压力的压缩气体连续供料,当第二恒压罐20常压进料时,第一恒压罐10通入一定压力的压缩气体连续供料,第一恒压罐10与第二恒压罐20交替地进料和送料,从而实现气动恒压的液体连续送料;或具有所述的第一恒压罐10和缓冲罐50的液体连续送料装置中:由缓冲罐50周期性地进料并周期性地为第一恒压罐10补充进料,由第一恒压罐10通入一定压力的压缩气体并连续供料,从而实现气动恒压的液体连续送料。
本发明的工作过程:
一、本发明结构之一的工作过程,参见图1及图3、图4:
打开第一恒压罐10、第二恒压罐20的顶盖,将洁净的塑料袋60分别悬挂在第一恒压罐10、第二恒压罐20的挂钩103上并用环形压块104压紧,将塑料袋60插管61分别从第一恒压罐10、第二恒压罐20底部中空的连接管101内向下穿出,并与外接插头70的上部插接好,外接插头70的法兰盘71与连接管101上的法兰盘102通过连接,外接插头70的下部连接出液导管40、45并通过三通43连接出液导管42,出液导管42的外端连接过滤器,关闭第一恒压罐10、第二恒压罐20的顶盖,第一进液导管17、第二进液导管27通过三通29连接进液导管31,进液导管31的外端与储液袋30或储液罐的出液接头连接,关闭所有的阀门,通气导管26、16外接压缩气体源81,打开阀门18、13后,储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力自动流入第一恒压罐10后,待第一恒压罐10液面到达一定高度(高限),关闭阀门18、13,依次打开阀门15及41,在压缩气体源81的压缩气体的压力为2bar的恒压情况下,第一恒压罐10内的液体稳定地通过出液导管40、42进入过滤器进行过滤;在第一恒压罐10工作的过程中,打开阀门28、23,使得储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力自动流入第二恒压罐20后,待第二恒压罐20液面到达一定高度(高限),关闭阀门28、23并打开阀门25加压待用,待第一恒压罐10液面到达一定高度(低限),打开阀门44,关闭阀门41、15后第一恒压罐10停止供液,由第二恒压罐20接替供液,实现了不间断的连续供液及过滤,然后打开阀门13排空第一恒压罐10内的压力,再打开阀门18向使得储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力自动流入第一恒压罐10,待第一恒压罐10液面到达一定高度(高限),后关闭阀门18、13,打开阀门15加压备用,储液袋30或储液罐在其内的液体全部输出后可以在常压下更换新的储液袋30或储液罐,不影响连续供料;当然,如果对料液的洁净要求不高,或对第一恒压罐10及第二恒压罐20的内壁清洁要求不高的话,也可以不用塑料袋60及其配套的插管61等部件。
二、本发明结构之二的工作过程,参见图2及图3、图4:
打开第一恒压罐10、缓冲罐50的顶盖,将洁净的塑料袋60分别悬挂在第一恒压罐10、缓冲罐50的挂钩103上并用环形压块104压紧,将塑料袋60插管61分别从第一恒压罐10、缓冲罐50底部中空的连接管101内向下穿出,并与外接插头70的上部插接好,外接插头70的法兰盘71与连接管101上的法兰盘102通过连接,外接插头70的下部连接出液导管40,出液导管40的外端连接过滤器,关闭第一恒压罐10、缓冲罐50的顶盖,第一恒压罐10、缓冲罐50的进气导管80、16通过三通连接外接压缩气体源81,进液导管31的外端与储液袋30或储液罐的出液接头连接,关闭所有的阀门,打开阀门52、18及13后,储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力先自动流入缓冲罐50后再流入第一恒压罐10,待第一恒压罐10液面到达一定高度(高限),关闭阀门52、18及13,依次打开阀门15及41,在压缩气体源81的压缩气体的压力为2bar的恒压情况下,第一恒压罐10内的液体稳定地通过出液导管41进入过滤器,进行过滤;在第一恒压罐10工作的过程中,打开阀门52、58,使得储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力自动流入缓冲罐50,待缓冲罐50液面到达一定高度(高限),关闭阀门52、58,打开阀门56加压,待缓冲罐50压力稳定,关闭阀门56,打开阀门54,消除缓冲罐50与第一恒压罐10内之间可能存在的微小压力差;待第一恒压罐10内液面到达一定高度(低限),打开阀门18,使得缓冲罐50内的液体靠高度差形成的压力自动流入第一恒压罐10内,补液完成后关闭阀门18、54,打开阀门58,排空缓冲罐50内的气压,打开阀门52,进入下一个进料循环,依此循环操作,实现了不间断的连续供液及过滤;储液袋30或储液罐在其内的液体全部输出后可以在常压下更换新的储液袋30或储液罐,不影响连续供料;当然,如果对料液的洁净要求不高,或对第一恒压罐10及第二恒压罐20的内壁清洁要求不高的话,也可以不用塑料袋60及其配套的插管61等部件。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.气动恒压的液体连续送料装置,其特征在于:包括第一恒压罐,第一恒压罐的上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的通气导管,通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀,第一恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的第一进液导管,第一进液导管和出液导管上均设置有阀门;缓冲罐的上壁或侧壁上设置有第三进液管和通气导管,第三进液管上安装有阀门,通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装进气阀后与进气管连通,通过三通连通的排空管上安装有排空阀,设置有阀门的第一进液导管通过缓冲罐的底壁与缓冲罐的内腔连通,缓冲罐和第一恒压罐的上壁或侧壁通过均压管与缓冲罐和第一恒压罐的内腔连通,均压管上设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的气动恒压的液体连续送料装置,其特征在于:所述的第一恒压罐和缓冲罐的上方内壁上均设置有一圈挂钩或周向均布有挂钩,洁净的塑料袋的上端开口部镶嵌或挂设在挂钩上,塑料袋的底壁上设置有与塑料袋的内腔连通的硬质且中空的插管,插管的外径与第一恒压罐或/和缓冲罐底壁上的中空的连接管的内径相配合,插管的内径与外接插头的外径相配合,插管的内径与外接插头的外径之间设置有密封圈,插管与外接插头通过内外径配合,辅以密封圈连接,所述的出液导管连接在外接插头上。
3.根据权利要求2所述的气动恒压的液体连续送料装置,其特征在于:所述的外接插头与插管及连接管之间通过法兰盘或螺纹连接部连接。
4.根据权利要求1—3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置,其特征在于:所述的第一恒压罐上的出液导管的外端部通过三通连接后的三通的第三通连接的导管上连接有过滤器;或出液导管的外端部上连接有过滤器。
5.根据权利要求1—3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置,其特征在于:所述的第一恒压罐与缓冲罐上的进气管共用一个压缩气源,压缩气体源提供的压缩气体的压力根据工艺需求可以调节设定。
6.根据权利要求1—3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置的连续送料方法,其特征在于:由缓冲罐周期性地进料并周期性地为第一恒压罐补充进料,由第一恒压罐通入一定压力的压缩气体并连续供料,从而实现气动恒压的液体连续送料。
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