CN111315490B - 离心机设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心机设备，其包括多个模块(50)，这些模块各自包括可旋转本体(4)、壳体和飞行引线组件，并且所述模块可以选择性地相互连接以允许适应设备处理所述液体以从中去除组分和/或处理多种不同的液体的处理能力并允许同时从所述液体分离一种或多种类型的组分。

Description

离心机设备

技术领域

本公开所涉及的发明涉及一种离心机设备的改进，并且尤其涉及一种包括通常称为“飞行引线”的多个引线或管的设备的形状，所述引线或管相对于待以相对较高速度旋转的本体进行安装以在飞行引线旋转时允许供应至并通过飞行引线的液体成分分离。

背景技术

然后收集分离出的组分并根据需要加以利用。一种已知的用途是逆流色谱法(CCC)，该技术是一种使物质在柱中以螺旋或旋涡形式在两个液相之间进行分离，并且一个相是静态相而另一个相是可移动相。通过使柱围绕第一轴线旋转而利用向心加速度使静态相保持静态，同时使柱自身围绕径向远离柱的中心的第二轴线，即，以“行星”旋转的形式按轨旋转。在此行星运动的同时，使可移动相沿与静态相接触的柱流动。这种由两个分量组成的旋转运动会在柱中引起快速波动的离心力，从而导致静态和可移动相交替混合和反混合，从而导致静态相和可移动相之间的物质分离，使得可移动相中的物质变成位于可移动相的流中的不同的位置处。

许多不同形式的构造都是可能的。一种结构包括安装在线轴上的管式螺旋线圈。在另一种构造中，在两个配对基板之间形成螺旋形柱。大多数柱都缠绕成多个螺旋层并且这种设备的一个示例在本申请人的专利EP1492623中有所描述。通常，这种离心机设备包括安装为旋转并通过配重平衡的一个这种柱或者直径相反地安装使得其彼此平衡的两个柱。

需要在旋转柱与固定液体输入和输出装置之间提供液体流动连通。这种连通通常由本领域中称为“飞行引线”的管状输入和出口导管提供。通常，每个飞行引线沿着第二轴线穿过，其中，柱绕该第二轴线以行星轨道旋转的方式进行旋转，然后通常沿着柱本身旋转所沿的第一轴线与柱连接。通过以这种方式设置飞行引线，飞行引线绕第一旋转轴线和第二旋转轴线的旋转的相应缠绕效果相互抵消，并且飞行引线不会缠结。然而，在维护或更换间隔之间，诸如飞行引线的部件的寿命仍然存在问题。此外，通常装配的飞行引线的外直径为1.6mm，且内直径(孔)为0.8mm，这限制了可以通过柱泵送的可移动相的最大流速。反过来，这限制了设备的吞吐量和操作能力。设备的放大会产生问题，例如，提供较大尺寸的飞行引线会增加引线的刚度，这会缩短飞行引线的使用寿命，而通过以规则间隔在滑道上涂抹油脂来减轻这种情况的努力本身会导致设备操作中的其他问题。

因此，有许多因素限制了逆流色谱的大规模使用，其中一个是在旋转应力下离心机设备的部件的使用寿命，且另一个是由于试图扩大设备的尺寸和容量而产生的问题。

在实现有效操作以及这种形式的设备的操作可靠性的同时制造更大规模的设备的困难意味着当前倾向于存在两种不同形式的设备，即提供用于实验室规模以允许相对小规模的操作和吞吐量的第一种形式以及为大规模商业用途而创建的设备的第二种形式。已经发现，这两种类型的设备是如此不同，并且发现大型设备通常可以以效率低下且昂贵的相对降低容量使用，并且相反，实验室规模的设备有时没有足够的容量以允许在给定时间实现所需吞吐量。尽管如此，两种类型的设备之间的成本差异使得较大规模设备对于相对较小组织来说不是现实的选择。

设备通常用于靶向、分离和去除诸如生物质材料的材料中的一种或多种指定组分，该生物质材料可以包括例如植物生物质(诸如大麻)、芸苔属植物，微藻类及发酵化合物和/或液体(诸如污水)。所提取的组分可以从广泛范围内选择，并且组分的实示例是肽，多肽、DNA、杀虫剂、来自水中的污染物。这样，该设备允许在一个或少数步骤中提取组分，从而允许所提取的组分然后可用于随后的处理和根据需要使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种呈如下形式的离心机设备：其允许离心机设备以选择性且有效的方式扩展并且从而允许设备的用户选择以模块化的方式选择性地增加设备的容量。另一个目的是能够继续利用现有设备，并在需要时通过选择性适配来增加现有设备的容量和吞吐量。

在本发明的第一方面中，提供了一种离心机设备，该离心机设备包括入口，其用于供应一种或多种液体以通过该设备；至少一个泵，其允许将液体泵送入多个飞行引线组件并通过多个飞行引线组件；至少一个本体，至少一个飞行引线组件位于该至少一个本体中并且通过一个或多个出口从该至少一个本体收集所述液体的分离组分，所述本体可相对于壳体旋转以允许分离所述组分，并且其中所述本体、壳体和飞行引线组件提供为模块以允许通过选择性地互连多个所述模块来适配设备的处理容量。

通常，模块包括连接装置以允许将该模块连接到供应装置和收集装置。

在一个实施例中，对于当时用于形成设备的模块中的每个而言，供应装置和/或收集装置是相同的。

在一个实施例中，所述液体供应装置提供为呈一种或多种液体的储存器的形式并且用于供应模块中的每个。

在一个实施例中，提供泵以允许向当时连接的模块中的每个供应液体。

通常，该设备包括至少一个马达，该马达设置为允许连接在一起以形成设备的模块的每个本体旋转，并且每个本体相对于其所位于的壳体旋转。

在一个实施例中，通过驱动连接装置以允许连接为形成设备的模块的本体中的每个借助共用马达旋转。

在一个实施例中，每个所述模块包括马达以使本体旋转。通常，提供同步装置以在多个模块连接在一起以形成设备时允许所述模块电动机以同步方式或独立地操作。

在一个实施例中，该设备包括支撑结构，供应装置和收集装置可以定位于该支撑结构中；并且提供接合装置以允许一个或多个所述模块与该接合装置选择性地接合。

通常，支撑结构用作选择用来形成具有所需容量的设备模块中的每个的集中位置。

通常，该设备包括控制系统，该控制系统可用于选择性地控制模块中的每个，例如，在一个实施例中，允许模块中的每个选择性且独立操作，以及在其他时候，允许模块中的每个出于相同的目的组合操作以便在实际中形成具有更大吞吐量的设备。

因此，根据本发明，提供了利用离心机设备的模块的能力，其允许将相对小规模的离心机设备组合使用以形成具有更大容量的设备，同时保持设备在实验室规模形式中的使用。

在一个实施例中，支撑结构包括空气循环系统，以允许控制结构内的操作环境。

在一个实施例中，离心机本体是铸造的并且在离心机本体与壳体之间提供有间隙以允许更换飞行引线。

在一个实施例中，模块化单元可以单独地或共同地或以任何组合地操作。这使得有机会同时执行数个不同的过程，或以任何顺序将这些模块化单元链接在一起以执行顺序分离过程。

在本发明的另一方面中，提供了一种操作离心机设备的方法，该离心机设备包括选定数量的如本文所述的模块化单元，其中，所述方法包括将一个或多个模块选择性地连接至一个或多个液体供应装置并且同时操作所述模块以从供给至所述模块的一种或多种液体提取组分。

在一个实施例中，从源获得组分的复杂混合物，并通过重复使用模块化单元的可移动相和固定相从复杂混合物分离出分离目标化合物。

在一个实施例中，过程完全包含在由模块单元的组合形成的设备内并在该设备内再循环。

在一个实施力中，源是植物或生物质提取物、来自天然或合成过程的废物流中的任何一个或任何组合。

附图说明

现在描述本发明的具体实施方式，其中

图1以常规形式示出了设备；

图2示出了常规离心机设备的截面图；

图3示出了形成根据本发明的模块的部件；以及

图4a和4b示出了根据本发明的设备的实施例。

具体实施方式

首先参照图1和图2，示出了常规形式的离心机2。设备2包括旨在以例如超过2000rpm的高速旋转的离心机本体4。离心机本体4位于壳体6中，该壳体6用于保护和控制诸如温度的环境条件。控制系统8与马达(未示出)一起设置在壳体中，以允许本体4旋转。液体存储器10连接至入口12以允许所需的液体通过泵单元14和飞行引线16进入离心机本体并且出口18允许分离出的液体组分离开离心机4并在收集设备20处被收集且被存储用于后续使用。

离心机本体4通过紧固装置26经由安装衬套14安装在壳体的支撑壁22上。安装衬套保持轴28，驱动转子30通过滚子轴承32、34安装在该轴28上。提供驱动驱动转子的相应带轮38的驱动带36。两个行星轴40，42可旋转地安装在驱动转子上，这两个行星轴40，42彼此直径地相反设置并且安装成绕彼此直径相反地第二轴线B-B旋转。线轴44在其中心处是敞开的，以允许放置穿过立柱中间的飞行引线16。飞行引线16的第一端部46保持在线轴62中，并且飞行引线部段16的第二端部48联接至轴。飞行引线包括呈管状导管形式的入口引线16’和出口引线16”。

在图3中，示出了设备2的部件，在该实施例中，这些部件被提供为根据本发明的模块50，并且这些部件包括离心机本体4、控制装置8和飞行引线16。还提供用于向和从离心机本体4供应液体的入口和出口连接。在另一个实施例中，可以将呈泵14和/或马达形式的部件设置为模块的一部分。

图4a和4b示出了根据本发明的设备的一种配置并且示出了可以选择性地使用图3的多个模块50以允许针对不同用途选择并适配设备的处理容量和/或处理类型的方式。

该设备包括如图4a所示的支撑结构52，并且该支撑结构限定了多个隔室。提供了各自可用于接收模块50的第一组隔室54，该模块50包括离心机本体4以及与离心机本体4接合的飞行引线16和通常至少控制装置连接，一个模块50示出在隔室54’中的位置处。该模块可以设置有具有壁的壳体，本体和飞行引线位于该壳体中，并且该壳体装配到隔室中。可替代地，隔室的壁56可以用作模块50的一部分，并且本体相对于该壁56进行定位。在任一种情况下，隔室的壁56均用于支撑模块并且离心机本体4绕其轴线相对于该壁56旋转，并且这些壁与后壁58、底板60、顶壁62和门64一起形成用于模块的保护装置。提供隔室66以允许接收用于离心机设备的操作的控制装置8，并且应当理解，控制装置可以操作为允许当时位于支撑结构中的离心机本体4中的每个独立地操作或共同操作，以有效地形成更大容量的离心机设备且使得支撑结构可以具有在其中同时旋转多个相应模块的旋转本体。

在该实施例中，提供了隔室68以在其中接收至少一个泵装置14以及至少一个马达设备。在该实施例中，当泵设备存在于支撑结构中时，泵设备可以连接至模块50中的每个，以用作从共用液体存储器10向离心机本体4供应液体的共用供应装置和/或允许分离的液体组分将被传递到共用收集设备20。此外，在隔室68中的马达和隔室54之间提供合适的驱动连接以便允许使用相同的马达来选择性地驱动和旋转当时存在于支撑结构52中的模块的离心机本体4。在替代实施例中，模块中的每个包括或连接到其自身的马达以驱动用于该模块的本体旋转。在一个实施例中，控制装置允许马达被控制为以同步方式或独立地操作，这取决于当时设备的所需操作。

在某些操作条件下，提供马达的操作以及因此独立地提供模块的操作允许更容易适应没有防火区域或高密闭性的设备，并且从而可以更快地停止和更换单个模块。例如，在区域1或区域0的安全危害以及高密闭性要求的情况下，模块的操作最好由位于外部的共用马达驱动提供服务，模块本体连接到该马达驱动以被驱动旋转。但是，如果该设备与环境可持续且“绿色”溶剂一起使用；则减少了密闭性要求，并通过允许每个模块具有自身的驱动马达来提供更大的灵活性，以便可以卸下该模块进行维修/维护并更换，从而通过使用独立的驱动马达和PIC控制器简化了设计和适配。

因此，在图4a中，该设备具有包括两个模块50的能力，并且模块50示出于隔室54’中的位置处。图4b示出了可以组合使用多个支撑结构52、52’、52”的方式，使得组合的支撑结构的最大容量为六个模块，在所示示例中，五个模块50被提供并且可独立地或组合地操作以实现具有所需的增加容量的设备。

在一个实施例中，六个模块可用于每天处理多达10公斤的材料，并且模块的输出可组合或独立地流出。因此，可以使用这样一种设备来实现该输出：该设备的物理占地面积比用于提供该输出的传统设备要小得多或者其输出比从这种类型的设备的单个形式所获得的输出要大，并且根据本发明的设备具有更大的灵活性。

因此，在一个实施例中，每个单独模块化单元可以单独地或共同地或者以任何组合进行操作，因此提供了同时执行数个不同过程或以任何顺序将这些模块化单元链接在一起以执行顺序分离过程的机会。反过来，这提供了从任何源(例如植物或生物质提取物、来自天然或合成过程的废物流等)获取高度复杂的混合物并通过重复使用可移动相和固定相来分离多种目标化合物的可能性，以及以允许过程完全包含并循环于由模块化单元组合而形成的设备内的方式执行相同操作的可能性。

模块化设备内组件的这种内部再循环和重复利用允许最大程度地从源材料中回收多种组分并使过程操作的总体环境影响降至最低。

该集成过程操作策略通过模块化设备实现并实现在用于该模块化设备的管理和控制系统中。该策略可应用于所有形式的逆流色谱法(CCC)[也称为逆流分离(CCS)]，包括但不限于流体动力学CCC、流体静力学CCC和所有其他形式的液/液相色谱法和分离。因此，提供了一种集成处理解决方案，该解决方案还可以结合其他处理技术以适合于使用该设备的特定目的。这是通过提供设备的模块化和集成配置以及通过单个集成管理/控制系统控制该设备的能力来实现的。

Claims (12)

1.一种离心机设备，其包括入口，其用于供应一种或多种液体以通过所述设备；至少一个泵，其允许所述液体泵送进入并通过多个飞行引线组件；至少一个本体，至少一个飞行引线组件定位于所述至少一个本体中并且通过一个或多个出口从所述至少一个本体收集所述液体的分离组分，所述本体能够相对于壳体旋转以便允许所述组分的分离，并且所述本体、壳体和飞行引线组件提供为模块，以允许通过多个所述模块的选择性互连来适配所述设备的处理容量，其中，所述模块位于支撑结构中并且所述设备包括设置在所述支撑结构中的多个马达，每个马达连接为使相应模块的本体旋转，并且控制装置被设置为独立控制所述模块以允许所述马达和模块能够独立地或同时地操作为将组分从泵送至所述模块的输入液体分离并且所述模块选择性地设置有相同输入液体或去往相应模块的不同输入液体，或者所述控制装置操作所述马达和模块以同时或组合地操作以从所述相同输入流体分离组分，其中，所述支撑结构限定第一组隔室和第二组隔室，第一组隔室各自能够接受所述模块和至所述控制装置连接的连接，所述模块包括壳体，本体和飞行引线位于所述壳体中，并且所述第二组隔室接受所述控制装置；并且限定另一隔室，其用于在其中接收至少一个泵和至少一个马达以允许其连接至所述模块中的每个以允许将液体供应至所述模块中并允许所述模块的本体旋转。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述模块包括连接装置，以允许将所述模块连接至液体供应装置和组分收集装置。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，当组合使用以形成所述设备时，对于所述模块中的每个，所述供应装置和/或所述收集装置是相同的。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述液体供应装置提供为呈一种或多种液体的存储器的形式并且用于瞬时供应连接在一起的模块中的每个。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，提供泵以允许从所述液体供应装置向连接为形成所述设备的所述模块中的每个供应所述液体。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，每个本体相对于所述每个本体所位于的所述壳体旋转。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，每个所述模块均包括马达以使所述本体旋转。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，提供同步装置以允许当多个模块连接在一起以形成所述设备时所述模块马达能够以同步方式/或独立地操作。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，连接在一起以形成所述设备的所述模块各自同时操作以从相同液体中分离组分。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述模块的控制允许选择处理所述不同液体的容量以适应当时的具体要求。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述飞行引线组件能够作为整体从所述本体移除。

12.一种离心机设备的操作方法，所述离心机设备包括选定数量的如权利要求1至11任一项中所述的模块化单元，其中，所述方法包括将一个或多个模块选择性地连接至一个或多个液体供应装置并且同时操作所述模块以从供应至所述模块的一种或多种液体提取组分。

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