CN113164977A - 离心分离器和用于消除离心分离器中的气锁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供离心分离筒(1)，包括：转子壳(2)，其包围分离空间(17)，其中截头圆锥形分离盘的堆叠(19)布置成围绕竖直旋转轴线(X)旋转，其中分离盘布置有指向转子壳(2)轴向下端(5)的假想顶点；进料入口(20)，其在轴向下端(5)处，其用于接收待分离的流体混合物；分配器(24)，其用于将流体混合物从入口(20)分配到分离空间(17)，所述分配器(24)布置成用于将待分离的流体混合物从入口(20)处的轴向下部位置连续地引导到分离空间(17)中的轴向上部位置。分离筒还包括：用于排放第一密度的分离相的轻相出口(21)和用于排放高于所述第一密度的第二密度的分离相的重相出口(22)，所述重相出口(22)布置在转子壳(2)的轴向上端(6)处；至少一个出口导管(23)，其用于从分离空间(17)输送第二密度的分离相，所述导管(23)从所述分离空间(17)的径向外部位置延伸到所述重相出口(22)；所述导管(23)具有布置在径向外部位置处的导管入口(23a)和在径向内部位置处的导管出口(23b)。

Description

离心分离器和用于消除离心分离器中的气锁的方法

技术领域

本发明构思涉及离心分离器的领域。

更特别地，本发明涉及一种消除离心分离器中的气锁的方法。

背景技术

离心分离器大体上用于从液体混合物或气体混合物中分离液体和/或固体。在操作期间，即将分离的流体混合物引入旋转筒(bowl)中，且由于离心力、重颗粒或较致密的液体如水而累积在旋转筒的外周处，而不太致密的液体更接近中心旋转轴线累积。这允许了例如分别借助于布置在外周处且接近旋转轴线的不同出口来收集单独的部分。

当加工如发酵液的药物产品时，可能期望消除对旋转筒和已接触加工产品的分离器部分进行就地清洗过程的需要。更有用的是整体上更换旋转筒，即使用一次性解决方案。从工艺的卫生角度来看，这是有利的。

WO 2015/181177公开一种用于离心处理可流动产品的分离器，其包括可旋转的外鼓(drum)和布置在外鼓中的可更换内鼓。内鼓包括用于澄清可流动产品的装置。外鼓经由驱动主轴由布置在外鼓下方的马达驱动。内鼓竖直向上延伸穿过外鼓，外鼓具有布置在分离器的上端的流体连接件。

然而，将分离器与一次性使用插入物一起使用时，可能会出现若干问题。一种此类问题在于使用低压。那意味着移除离心机中残留空气的常用方法不适用。气锁不能通过外部压力来压缩，也不能通过分离器转子筒的间歇排放来移除。因此，在本领域中需要用于排放或消除离心分离器并且尤其是用于一次性应用的离心分离器中的空气的改进的方法。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的一个或多个局限。特别地，目的在于提供一种离心分离筒，该离心分离筒便于容易地移除残留的空气。

作为本发明的第一方面，提供一种离心分离筒，其包括

转子壳，其包围分离空间，截头圆锥形分离盘的堆叠布置在该分离空间中，该转子壳布置成围绕竖直旋转轴线(X)旋转，其中分离盘布置有指向转子壳的轴向下端的假想顶点；

用于接收待分离的流体混合物的轴向下端处的进料入口；

用于将流体混合物从入口分配到分离空间的分配器，所述分配器布置成用于将待分离的流体混合物从入口处的轴向下部位置连续地引导到分离空间中的轴向上部位置；

用于排放第一密度的分离相的轻相出口和用于排放高于所述第一密度的第二密度的分离相的重相出口，所述重相出口布置在转子壳的轴向上端处；

用于从分离空间输送第二密度的分离相的至少一个出口导管，所述导管从所述分离空间的径向外部位置延伸至所述第二液体出口；所述导管具有布置在径向外部位置处的导管入口和在径向内部位置处的导管出口。

转子壳包围分离空间，在该分离空间中发生如气体混合物或液体混合物之类的流体混合物的分离。转子壳可为转子壳，且没有用于分离相的任何其它出口。因此，转子壳可为实心的，因为其没有用于排放例如在分离空间的外围累积的污泥相的任何外围端口。然而，在实施例中，转子壳包括外围端口，用于从分离空间的外围间歇地或连续地排放分离的相。

在本发明的第一方面的实施例中，转子壳没有用于分离相的任何其它出口。

因此，转子壳可为实心的，因为其没有用于排放例如在分离空间的外围累积的污泥相的任何外围端口。因此，可更换的插入物可仅包括轻相出口和重相出口。

在本发明的第一方面的实施例中，分离空间从第一轴向位置延伸到第二轴向位置，且其中分离空间的内径从所述第一轴向位置到所述第二轴向位置连续增加。作为示例，分离空间的重相收集空间可从第一轴向位置延伸到第二轴向位置，且分离空间的内径可从所述第一轴向位置到所述第二轴向位置连续地增加。分离空间因此可包括重相收集空间，该重相收集空间是在分离盘的堆叠径向外部的空间。分离空间还可包括径向内部，该径向内部因此由分离盘堆叠的盘之间的间隙形成。

因此，分离空间的内表面可在轴向方向上逐渐增大。作为示例，第一轴向位置可更接近于入口，且第二轴向位置可更接近于出口。内径的连续增加而没有间歇地减小，可便于在分离空间的第二轴向位置处收集分离的重相。

分离空间包括围绕旋转轴线居中布置的分离盘堆叠。分离盘具有截头圆锥形的形状，其是指具有圆锥的截头锥体的形状，它是其中移除窄端或末端的圆锥形状。因此，截头圆锥形具有假想顶点，对应圆锥形的末端或顶点位于该假想顶点处。截头圆锥形分离盘的假想顶点指向分离筒的轴向下端。

截头圆锥形的轴线与转子壳的旋转轴线沿轴向对准。截头圆锥形部的轴线是对应圆锥形的高度的方向或穿过对应圆锥形的顶点的轴线的方向。

分离盘可例如包括金属或由金属材料制成，如不锈钢。分离盘还可包括塑料材料或由塑料材料制成。

进料入口用于从静止入口管接收待分离的流体混合物，而分配器用于将所接收的流体(如液体)引导到分离空间。分配器因此可布置在入口处。

分配器还布置成将待分离的流体向上引导到分离空间，即，从入口处的轴向下部位置引导到分离空间中的轴向上部位置。分配器布置成向上引导流体而没有任何中断，即，将流体向上引导到分离空间而不会朝轴向下端引导。

轻相出口用于排放较低密度的分离的相，而重相出口用于分离较高密度的相。重相出口布置在转子壳的轴向上端处。轻相出口可布置在转子壳的轴向下端处或轴向上端处。

还存在至少一个出口导管，其布置成用于将分离的重相从分离空间输送至重相出口。至少一个导管从分离空间中的径向外部位置延伸到重相出口，该重相出口因此在径向内部位置处。导管具有布置在径向外部位置处的导管入口和在径向内部位置处的导管出口。此外，至少一个出口导管布置有从导管入口到导管出口的向上倾斜。因此，相对于径向平面，导管从分离空间中的导管入口到重相出口处的导管出口沿轴向向上倾斜。这可便于分离的重相在导管中的输送。

导管入口可布置在分离空间中的轴向上部位置处。导管入口可布置在一轴向位置处，其中分离空间具有其最大内径。

出口导管可为管。作为示例，转子壳可包括单个出口导管。

在实施例中，至少一个出口导管布置有从导管入口到导管出口的向上倾斜。

在本发明的第一方面的实施例中，至少一个出口导管相对于径向平面以至少2度的向上倾斜来倾斜。作为示例，至少一个出口导管可相对于径向平面以至少5度，如至少10度的向上倾斜来倾斜。

至少一个出口导管可便于分离空间中的分离的重相输送至重相出口。

本发明的第一方面基于这样的见解：通过如上公开那样布置入口、分配器、分离盘和出口导管，离心分离筒自动脱气，即，消除或减少了气穴的存在，使得转子壳内存在的任何空气都被迫不受阻碍地经由重相出口向上和向外传播。因此，根据本发明的第一方面的分离筒的设计提供自动排放的筒。例如，如果将筒通过进料管线装满，所有空气可通过重相出口排放出。

根据实施例，分配器和入口布置成仅沿向上路径将待分离的流体混合物从静止入口导管引导到分离空间。这意味着空气可很容易地经由出口导管散逸并通过重相出口逸出。

因此，入口、分配器、分离空间、出口导管和重相出口布置成使得它们形成从入口到重相出口仅轴向向上延伸的流体路径。这是有利的，因为其使分离器内的气穴或气锁的风险最小化。这种气锁会严重降低功能性和分离能力，并在操作期间产生有害的气液界面。

在第一方面的实施例中，进料入口在旋转轴线(X)处。

此外，重相出口也可布置在旋转轴线(X)处。

这可能是有利的，因为其提供对分离的重相的较温和的处理。如果重相以从旋转轴线(X)的较小半径排放，则旋转力较小。例如，当分离细胞培养物时，这可能是一个优点。这样的细胞可能是剪切敏感的，因此能够以从旋转轴线的较小直径排放它们可能是有利的。

此外，有利的是允许入口和液体出口都布置在旋转轴线(X)处。

在第一方面的实施例中，离心分离筒还包括用于将所述入口密封至静止入口管的机械气密密封件。

因此，入口管也可布置在旋转轴线(X)处。

机械气密密封件是可旋转的密封件，用于将入口连接和密封至静止入口管。气密密封件是指应该在静止部和转子壳之间形成气密密封并防止空气从转子壳外部污染进料的密封件。因此，转子壳可布置成在操作期间完全充满液体。这意味着在操作期间转子壳中不应存在空气或自由液体的表面。

该密封件可布置在转子壳和静止部的边界处，且因此可包括静止部分和可旋转部分。

因此，在实施例中，机械气密密封件包括布置在静止部中的静止部分和布置在转子壳的轴向下端中的可旋转部分。

此外，第一可旋转密封件的可旋转部分可直接布置在转子壳的轴向下部上。在本发明的第一方面的实施例中，分配器布置成将流体混合物引导到分离空间中的轴向上部位置，该轴向上部位置在截头圆锥形分离盘的堆叠的外周的径向位置外部的径向位置处。

因此，待分离的液体或流体可供应到分离盘堆叠的径向外部的分离空间。

然而，分配器也可布置成例如通过分配器和/或分离盘的堆叠中的轴向分配开口在分离盘的堆叠内的径向位置处将待分离的液体或流体供应到分离空间。这样的开口可在堆叠内形成轴向分配通道。

此外，分离盘的堆叠可在分配器的顶部上形成堆叠。分配器因此可用作分离盘堆叠的支承件。这可节省转子壳中的空间。

此外，分配器可具有圆锥形的外表面，其顶点指向离心转子的轴向下端。

分配器的圆锥形外表面和下表面因此可相对于旋转轴线具有与分离盘相同的角度。在分离盘堆叠中。分配器的圆锥形状的直径可大约等于或大于堆叠中的分离盘的外径。

分配器还可包括分配通道，分配通道布置成用于将待分离的流体混合物从入口处的轴向下部位置连续地引导到分离空间中的轴向上部位置。

分配通道可例如是直的或弯曲的。分配通道可进一步具有恒定的通道宽度或是发散的。

此外，分配通道可沿分配器的外表面延伸。因此，分配器的外表面和下表面以及分配通道可从入口到分离空间向上倾斜，从而将待混合的流体混合物从入口处的轴向下部位置连续地引导到分离空间中的轴向上部位置。

在本发明的第一方面的实施例中，分离筒形成用于离心分离器的可更换的分离插入物的一部分。

因此，可更换的分离插入物可为准备好插入可旋转部件中的预组装插入物，该可旋转部件可包括用于插入物的可旋转支承件。这种旋转组件还可包括用于使可旋转部件围绕旋转轴线(X)旋转的驱动单元。

根据实施例，可更换的分离插入物是一次性使用的分离插入物。因此，该插入物可适于单次使用，且是一次性的插入物。因此，可更换的插入物可用于处理一个产品批次，如制药行业中的单个产品批次，并然后弃置。

在一次性使用或制药应用中使用自脱气的插入物是有利的，由于出于卫生原因，可防止您打开插入物以除去空气。

可更换的分离插入物可包括聚合材料或由聚合材料组成。作为示例，转子壳和分离盘的堆叠可包括或由如聚丙烯、铂固化的硅树脂或不含BPA的聚碳酸酯的聚合材料制成。插入物的聚合物部分可注射模制。然而，可更换的分离插入物也可包括金属部分，如不锈钢。例如，分离盘的堆叠可包括不锈钢盘。

可更换的插入物可为密封的无菌单元。

此外，如果离心分离筒是可更换的分离插入物，则离心筒可布置成由外部轴承单独地外部支承。因此，转子壳以及整个离心分离筒可没有任何轴承。

此外，可更换的分离插入物可没有布置成由外部轴承支承的任何可旋转轴。

因此，作为本发明的第一方面的构造，提供

模块化离心分离器，其构造成用于将液体进料混合物分离成重相和轻相，模块化离心分离器包括基部单元和可更换的分离插入物，其中可更换的分离插入物包括如本文中公开的离心分离筒。基部单元可包括：静止框架；构造成围绕布置在静止框架中的旋转轴线旋转的可旋转部件；以及用于使可旋转部件围绕旋转轴线旋转的驱动单元。可旋转部件可具有第一轴向端和第二轴向端，且可至少在径向方向上界定内部空间，该内部空间构造成用于在其中接收可更换的分离插入物的至少一部分。可旋转部件可在第一轴向端部处设有通向内部空间的第一贯穿开口，且第一贯穿开口构造成用于可更换的分离插入物的第一流体连接件延伸穿过第一贯穿开口。可旋转部件还可包括在第二轴向端部处的通向内部空间的第二贯穿开口，且第二贯穿开口构造成用于可更换的分离插入物的第二流体连接件延伸穿过第二贯穿开口。

然而，在本发明的第一方面的实施例中，离心分离筒包括主轴，其布置成与所述分离筒同轴地旋转，且还布置成由静止框架可旋转地支承。

因此，作为本发明的第一方面的构造，提供一种用于分离流体混合物的离心分离器，该离心分离器包括静止框架、由该框架可旋转地支承的主轴、如上公开的离心分离筒，该离心分离筒安装于主轴的第一端与主轴一起围绕旋转轴线(X)旋转。离心分离器还可包括用于使离心分离筒绕旋转轴线旋转的驱动装置。

作为本发明的第二方面，提供一种分离液体混合物的方法，该方法包括

a.提供离心分离器，其包括根据上述第一方面的任何实施例的离心分离筒；

b.在静置时将液体供应到所述进料入口，并从所述重相出口抽取液体，以消除所述离心分离筒内的任何气锁；

c.使所述离心分离筒围绕旋转轴线(X)旋转；

d.将所述待分离的液体混合物供应到所述进料入口。

第二方面大体上可呈现与前一个方面相同或对应的优点。关于第二方面使用的用语和定义与关于以上第一方面所述的相同。

第二方面的方法的进一步有利之处在于，可在分离筒的静置状态下，即当离心分离筒不旋转时，供应液体，以在筒的旋转之前将存在于转子壳内的任何空气经由重相出口排放。

在本发明第二方面的实施例中，待分离的液体混合物是细胞培养混合物。

静置时供应的液体可为任何类型的液体。作为示例，如果要分离细胞培养物，则步骤b)中供应的液体可为用于细胞培养混合物的缓冲液。

在本发明第二方面的实施例中，步骤b)中供应的液体是待分离的液体混合物。因此，待分离的液体混合物可在静置时供应到离心分离筒中以消除气锁，且然后当待分离的液体混合物存在于离心分离筒中时，离心分离筒的旋转可开始。

作为本发明的第三方面，提供一种用于分离细胞培养混合物的系统，包括

-离心分离器，其包括根据本发明的第一方面的离心分离筒；

-用于容纳细胞培养混合物的发酵器；

-从发酵器的底部到离心分离器的连接件，其布置成使得待分离的细胞培养混合物供应到离心分离筒的轴向下端处的入口。

发酵器可为发酵储箱。

该连接件可为任何合适的连接件，如管。该连接可为发酵器和离心分离器之间的直接连接件。

附图说明

通过以下参考附图的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明构思的以上以及其它目的、特征和优点。在附图中，除非另外说明，否则相似的参考标号将用于相似的元件。

图1是根据本公开的呈可更换的分离插入物形式的分离筒的示意性外部侧视图。

图2是根据本公开的包括可更换插入物的离心分离器的示意性截面。

图3是根据本公开的可更换的分离插入物的示意性截面视图。

图4是根据本公开的包括离心分离筒的离心分离器的示意图。

图5是用于分离细胞培养混合物的系统的示意图。

具体实施方式

图1示出本公开的离心分离筒1的外部侧视图，该离心分离筒为可更换的分离插入物1的形式。插入物1包括转子壳2，转子壳布置在第一下部静止部3和第二上部静止部4之间，如在由旋转轴线(X)限定的轴向方向上所见。插入物包括第一静止部3，该第一静止部布置在插入物1的轴向下端5处。插入物1包括第二静止部4，该第二静止部布置在插入物1的轴向上端6处。

在该示例中，进料入口布置在轴向下端5处，且进料经由布置在第一静止部3中的静止入口导管7供应。静止入口导管7布置在旋转轴线(X)处。第一静止部3还包括静止出口导管9，用于较低密度的分离的液相，也称为分离的液体轻相。

在上部静止部4中还设有静止出口导管8，用于排放较高密度的分离相，也称为液体重相。因此，在该实施例中，进料经由轴向下端5供应，分离的轻相经由轴向下端5排放，而分离的重相经由轴向上端6排放。

转子壳2的外表面包括第一截头圆锥部10和第二截头圆锥部11。第一截头圆锥部10在轴向上布置在第二截头圆锥部11的下方。外表面布置成使得第一截头圆锥部10和第二截头圆锥部11两者的假想顶点沿旋转轴线(X)指向相同的轴向方向，在此情况下，旋转轴线(X)轴向向下朝向插入物1的轴向下端5。

此外，第一截头圆锥部10的打开角度大于第二截头圆锥部11的打开角度。第一截头圆锥部的打开角度可与容纳在转子壳2的分离空间17内的分离盘的堆叠的打开角度基本相同。第二截头圆锥部11的打开角度可小于容纳在转子壳2的分离空间内的分离盘的堆叠的打开角度。作为示例，第二截头圆锥部11的打开角度可使得外表面与旋转轴线形成小于10度，如小于5度的角度α。具有两个截头圆锥部10和11且假想顶点指向下的转子壳2允许插入物1从上方插入到可旋转部件30中。因此，外表面的形状增加了与外部可旋转部件30的相容性，该外部可旋转部件可接合转子壳2的整个或部分外表面，如接合第一截头圆锥部10和第二截头圆锥部11。

在下部密封件壳体12内布置有下部可旋转密封件，该下部可旋转密封件将转子壳2与第一静止部3分开；并且在上部密封件壳体13内布置有上部可旋转密封件，上部可旋转密封件将转子壳2与第二静止部4分开。下部密封壳体12内的密封界面的轴向位置用15c表示，且上部密封壳体13内的密封界面的轴向位置用16c表示。因此，在第一可旋转密封件15和第二可旋转密封件16的这种静止部分15a,16a与可旋转部分15b,16b之间形成的密封界面也形成了转子壳2与插入物1的第一静止部15和第二静止部16之间的界面或边界。

还存在密封流体入口15d和密封流体出口15e，用于向第一可旋转密封件15供应和抽取密封流体，如冷却液体，且类似地，还存在密封流体入口16d和密封流体出口16e，用于向第二可旋转密封件16供应和抽取密封流体，如冷却液体。

图1中还示出包围在转子壳2内的分离空间17的轴向位置。在该实施例中，分离空间基本定位在转子壳2的第二截头圆锥部11内。分离空间17的重相收集空间17c从第一下部轴向位置17a延伸到第二上部轴向位置17b。分离空间17的内周表面可与旋转轴线(X)形成与角度α(即，第二截头圆锥部11的外表面与旋转轴线(X)之间的角度)基本相同的角度。分离空间17的内径因此可从第一轴向位置17a到第二轴向位置17b连续地增加。角度α可小于10度，如小于5度。

可更换的分离插入物1具有紧凑的形式，其增加了操作者对插入物1的机动性和操纵性。作为示例，在插入物的轴向下端5处，分离空间17与第一静止部3之间的轴向距离可小于20 cm，如小于15 cm。该距离在图1中表示为d1，且在该实施例中是从分离空间17的重相收集空间17c的最下方轴向位置17a到第一可旋转密封件15的密封界面15c的距离。作为另一示例，如果分离空间17包括截头圆锥形分离盘的堆叠，在堆叠中的轴向最下方并且最接近第一静止部3的截头圆锥形分离盘可布置有假想顶点18，其定位成与第一静止部3的轴向距离d2小于10 cm，如小于5 cm。在该实施例中，距离d2是从轴向最下方的分离盘的假想顶点18到第一可旋转密封件的密封界面15c的距离。

图2示出插入离心分离器100中的可更换的分离插入物1的示意图，该离心分离器包括静止框架30和可旋转部件31，该可旋转部件借助于上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b形式的支承装置由该框架支承。还存在驱动单元34，在此情况下，该驱动单元布置成用于经由传动带32使可旋转部件31围绕旋转轴线(X)旋转。然而，其它驱动装置也是可能的，如直接电驱动。

可更换的分离插入物1插入并固定在可旋转部件31内。因此，可旋转部件31包括通孔，该通孔的内表面用于与转子壳2的外表面接合。即，插入物1的转子壳2固定在可旋转部件31内。第一静止部3和第二静止部4延伸出可旋转部件31，并固定在离心分离器100中。

在安装了插入物1之后，上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b均位于转子壳2内的分离空间17的轴向下方，使得转子壳2的外表面的圆柱部14轴向地位于轴承平面处。因此，圆柱部14便于将插入物安装在至少一个大的滚珠轴承内。上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b可具有至少80 mm的内径，如至少120 mm。

此外，如图2所示，插入物1定位在可旋转部件31内，使得最下方的分离盘的假想顶点18轴向地位于上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b的至少一个轴承平面处或下方。

此外，分离插入物安装在分离器1内，使得插入物1的轴向下方部分5在轴向上位于支承装置(即，上轴承33a和下轴承33b)下方。在该示例中，转子壳2布置成仅由可旋转部件31外部地支承。

分离插入物1进一步安装在分离器100内，以允许容易地进入插入物1的顶部和底部处的入口和出口。

图3示出本公开的可更换的分离插入物1的实施例的截面的示意图。插入物1包括布置成围绕旋转轴线(X)旋转的转子壳2、第一下部静止部3和第二上部静止部4。转子壳1布置在第一静止部3和第二静止部4之间。因此，第一静止部3布置在插入物的轴向下端5处，而第二静止部4布置在插入物1的轴向上端6处。

在该示例中，进料入口20布置在轴向下端5处，且进料经由布置在第一静止部3中的静止入口导管7供应。静止入口导管7可包括管路，例如塑料管路。

静止入口导管7布置在旋转轴线(X)处，使得待分离的材料在旋转中心处供应。进料入口20用于接收待分离的流体混合物。

在该实施例中，进料入口20布置在入口锥体10a的顶点处，入口锥体在插入物1的外侧上还形成第一截头圆锥形外表面10。在进料入口20中还设有分配器24，用于将流体混合物从进口24分配到分离空间17。

分离空间17包括外部重相收集空间17c，该外部重相收集空间从第一下部轴向位置17a轴向延伸至第二上部轴向位置17b。分离空间17还包括由堆叠19的分离盘之间的间隙形成的径向内部空间。

在该实施例中，分配器24具有圆锥形外表面，该圆锥形外表面的顶点在旋转轴线(X)处并且指向插入物1的下端5。分配器24的外表面具有与入口锥体10a相同的圆锥角。还存在沿外表面延伸的多个分配通道24a，用于将待分离的流体混合物从入口处的轴向下部位置连续轴向向上引导到分离空间17的轴向上部位置。该轴向上部位置与分离空间17的重相收集空间17c的第一下部轴向位置17a基本相同。分配通道24a可例如具有直的形状或弯曲的形状，且因此在分配器24的外表面和入口锥体24a之间延伸。分配通道24可从轴向下部位置向轴向上部位置发散。此外，分配通道24可为从轴向下部位置延伸到轴向上部位置的管的形式。

在分离空间17中同轴地布置有截头圆锥形分离盘的堆叠19。堆叠19中的分离盘布置有指向分离插入物的轴向下端5(即朝向入口20)的假想顶点。堆叠19中最下方的分离盘的假想顶点18可布置成在插入物1的轴向下端5中与第一静止部3相距小于10 cm的距离。堆叠19可包括至少20个分离盘，如至少40个分离盘，如至少50个分离盘，如至少100个分离盘，如至少150个分离盘。出于清楚的原因，图1中仅示出几个盘。在该示例中，分离盘的堆叠19布置在分配器24的顶部，且分配器24的圆锥形外表面相对于旋转轴线(X)可具有与截头圆锥形分离盘的圆锥部相同的角度。分配器24的圆锥形状具有与堆叠19中的分离盘的外径大约相同或更大的直径。因此，分配通道24a可因此布置成将待分离的流体混合物引导到分离空间17中的轴向外部位置17a，该轴向外部位置在堆叠19中的截头圆锥形分离盘的外周的径向位置外部的径向位置P₁处。

在该实施例中，分离空间17的重相收集空间17c具有从第一下部轴向位置17a到第二上部轴向位置17b连续增加的内径。还存在出口导管23，用于从分离空间17中输送分离的重相。该导管23从分离空间17的径向外部位置延伸到重相出口22。在该示例中，导管为单管的形式，该单管从中心位置沿径向向外延伸到分离空间17中。然而，可存在至少两个这样的出口导管23，如至少三个，如至少五个出口导管23。因此，出口导管23具有布置在径向外部位置处的导管入口23a和在径向内部位置处的导管出口23b，且出口导管23布置有从导管入口23a到导管出口23b的向上倾斜。作为示例，出口导管可相对于径向平面向上倾斜至少2度，如至少五度，如至少十度。

出口导管23布置在分离空间17中的轴向上部位置处，使得出口导管入口23a布置成用于从分离空间17的轴向最上方位置17b输送分离的重相。出口导管23进一步径向向外延伸到分离空间17中，使得出口导管入口23a布置成用于从分离空间17的外围，即从分离空间17中的内表面处的分离空间的径向最外侧位置输送分离的重相。

静止出口导管23的导管出口23b在重相出口22处终止，该重相出口连接到布置在第二上部静止部4中的静止出口导管8。分离的重相因此经由分离插入物1的顶部，即在轴向上端6处排放。

此外，在分离空间17中径向向内通过分离盘19的堆叠的分离的液体轻相收集在布置在转子壳2的轴向下端处的液体轻相出口21中。液体轻相出口21连接到静止出口导管9，该静止出口导管布置在插入物1的第一下部静止部3中。因此，分离的液体轻相经由可更换的分离插入物1的第一轴向下端5排放。

布置在第一静止部3中的静止出口导管9和布置在第二静止部4中的静止重相导管8可包括管路，如塑料管路。

存在将转子壳2与第一静止部3分开的布置在下部密封件壳体12的下部可旋转密封件15；以及将转子壳2与第二静止部4分开的布置在上部密封件壳体13内的上部可旋转密封件。第一可旋转密封件15和第二可旋转密封件16是气密密封件，因此形成机械气密密封的入口和出口。

下部可旋转密封件15可直接附接到入口锥体10a，而无需任何额外的入口管，即，入口可在下部可旋转密封件15轴向上方直接在入口锥体的顶点处形成。这样的布置使得下部机械密封件能够以大直径牢固地附接以最小化轴向跳动。

下部可旋转密封件15将入口20密封并连接到静止入口导管7，且将液相出口21密封并连接到静止液体轻相导管9。下部可旋转密封件15因此形成了同心双机械密封件，其允许以很少零件轻松组装。下部可旋转密封件15包括布置在插入物1的第一静止部3中的静止部分15a和布置在转子壳2的轴向下部中的可旋转部分15b。在该实施例中，可旋转部分15b是布置在转子壳2中的可旋转密封环，而静止部15a是布置在插入物1的第一静止部3中的静止密封环。还存在另外的装置(未示出)，如至少一个弹簧，用于使可旋转密封环和静止密封环彼此接合，从而在环之间形成至少一个密封界面15c。形成的密封界面相对于旋转轴线(X)基本平行于径向平面延伸。因此，该密封界面15c形成了转子壳2与插入物1的第一静止部3之间的边界或界面。在第一静止部3中布置有另外的连接件15d和15e，用于将如冷却液体、缓冲液体或阻隔液体的液体供应到下部可旋转密封件15。该液体可供应到密封环之间的界面15c。

类似地，上部可旋转密封件16密封重相出口22并将其连接至静止出口导管8。上部机械密封件也可为同心双机械密封件。上部可旋转密封件16包括布置在插入物1的第二静止部4中的静止部分16a和布置在转子壳2的轴向上部中的可旋转部分16b。在该实施例中，可旋转部分16b是布置在转子壳2中的可旋转密封环，而静止部分16a是布置在插入物1的第二静止部4中的静止密封环。还有另外的装置(未示出)，如至少一个弹簧，用于使可旋转密封环和静止密封环彼此接合，从而在环之间形成至少一个密封界面16c。形成的密封界面16c相对于旋转轴线(X)基本平行于径向平面延伸。因此，该密封界面16c形成了转子壳2与插入物1的第二静止部4之间的边界或界面。在第二静止部4中布置有另外的连接件16d和16e，用于将如冷却液体、缓冲液体或阻隔液体的液体供应到上部可旋转密封件16。该液体可供应到密封环之间的界面16c。

此外，图3示出在输送模式下的可更换的分离插入物。为了在输送期间将第一静止部3固定到转子壳2，存在呈卡扣配合形式的下部固定装置25，该下部固定装置将下部可旋转密封件15轴向固定到转子壳2的圆柱部14。在将可更换插入物1安装在旋转组件中时，可释放卡扣配合25，使得转子壳2在下部可旋转密封件处绕轴线(X)可旋转。

此外，在输送期间，存在上部固定装置27a,b，该上部固定装置将第二静止部4相对于转子壳2的位置固定。上部固定装置为布置在转子壳2上的接合部件27a的形式，该接合部件与第二静止部4上的接合部件27b接合，从而固定第二静止部4的轴向位置。此外，存在套筒部件26，其布置成在输送位置或设置位置与转子壳2和第二静止部4密封邻接。套筒部件26还具有弹性，且可为橡胶套筒的形式。套筒部件可从输送位置或设置位置移除，以允许转子壳2相对于第二静止部4旋转。因此，在设置位置或输送位置中，套筒部件26径向地抵靠转子壳2密封并且径向地抵靠第二静止部4密封。在将可更换的插入物1安装在旋转组件中时，可移除套筒部件，且可在接合部件27a和27b之间形成轴向空间，以便允许转子壳2相对于第二静止部4旋转。

下部可旋转密封件15和上部可旋转密封件16是机械密封件，气密密封入口和两个出口。在操作期间，插入到可旋转部件31中的可更换的分离插入物1围绕旋转轴线(X)旋转。待分离的液体混合物经由静止入口导管7供应到插入物的入口20，并然后由分配器24的引导通道24引导到分离空间17。因此，待分离的液体混合物仅沿轴向向上的路径从入口导管7引导到分离空间17。由于密度差，液体混合物分离成液体轻相和液体重相。通过安装在分离空间17中的堆叠19的分离盘之间的间隙来便于该分离。分离的液态重相通过出口导管22从分离空间17的周围收集，并经由布置在旋转轴线(X)处的重相出口22压出到静止重相出口导管8。分离的液体轻相径向向内推动通过分离盘的堆叠19，且经由液体轻相出口21引到静止轻相导管9。

因此，在该实施例中，进料经由轴向下端5供应，分离的轻相经由轴向下端5排放，而分离的重相经由轴向上端6排放。

进一步由于如上所述的入口20、分配器24、分离盘的堆叠19和出口导管23的布置，可交换的分离插入物1自动脱气，即，消除或减少了气穴的存在，使得存在于转子壳中的任何空气都强制不受阻碍地经由重相出口向上和向外传播。因此，在静置时，没有气穴，且如果插入物1通过进料入口20填充，所有空气可通过重相出口22排放出。当待分离的液体混合物或用于液体混合物的缓冲流体存在于插入物1内时，这也便于在静置时填充分离插入物1并开始旋转转子壳。

还如图3所示，可更换的分离插入物1具有紧凑的设计。作为示例，堆叠19中的最下方的分离盘的假想顶点18之间的轴向距离可与第一静止部3相距小于10 cm，如小于5 cm，即与下部可旋转密封件15的密封界面15c相距小于10 cm，如小于5 cm。

图4示出包括本公开的离心分离筒1的离心分离器100的示例。离心分离器100可用于分离细胞培养混合物。分离器100包括：框架30；中空主轴40，其由框架30可旋转地支承在底部轴承33b和顶部轴承33a中；以及离心分离筒1，其具有转子壳2。转子壳2邻接于主轴40的轴向上端，以与主轴40一起绕旋转轴线(X)旋转。转子壳2包围分离空间17，分离盘的堆叠19布置在分离空间中，以便实现对所处理的液体混合物的有效分离。堆叠19的分离盘具有截头圆锥形的形状，其中假想顶点轴向向下指向，且是表面扩大的插入物的示例。堆叠19与转子壳2居中且同轴地装配。在图4中，仅示出若干分离盘。堆叠19可例如容纳超过100个分离盘，如超过200个分离盘。

转子壳2具有用于排放分离的液态轻相的机械气密的液体出口21和用于排放比分离的液态轻相的密度高的相的重相出口22。存在呈管形式的单个出口导管23，用于从分离空间17输送分离的重相。该导管23从分离空间17的径向外部位置延伸到重相出口22。导管23具有布置在径向外部位置处的导管入口23a和布置在径向内部位置处的导管出口23b。此外，出口导管23布置有从导管入口23a到导管出口23b的相对于径向平面的向上倾斜。

还存在机械气密性密封的入口20，用于将待处理的液体混合物供应到所述分离空间17。在该实施例中，入口20连接到延伸穿过主轴40的中心管道41，该中心管道因此为中空的管状部件的形式。从底部引入液体材料提供液体材料的轻微加速。主轴40进一步经由气密密封件15在分离器100的底部轴向端处连接到静止入口管7，使得待分离的液体混合物可例如借助于泵输送至中心管道41。在该实施例中，分离的液体轻相经由所述主轴40中的外部环形管道42排放。因此，较低密度的分离的液相经由分离器100的底部排放。

第一机械气密密封件15布置在底端处，以将中空主轴40密封至静止入口管7。气密密封件15是围绕主轴40的底端和静止管7的环形密封件。第一气密密封件15是同心双密封件，其密封通向静止入口管7的入口21和通向静止出口管9的液体轻相出口21两者。还存在第二机械气密密封件16，其将分离器100顶部处的重相出口22密封至静止出口管8。

如图4所示，入口20以及用于排放分离出的重相的重相出口22和静止出口管8均围绕旋转轴线(X)布置，使得待分离的液体混合物在旋转轴线(X)处进入所述转子壳2，如由箭头“A”所指示的，且分离的重相在旋转轴线(X)处排放，如由箭头“B”所指示的。如由箭头“C”所示出的，排放的液体轻相在离心分离器100的底端处排放。

离心分离器100还设有驱动马达34。该马达34例如可包括静止元件和可旋转元件，该可旋转元件围绕并连接至主轴40，使得在操作期间其将驱动转矩传递至主轴40并因此传递至转子壳2。驱动马达34可为电动马达。此外，驱动马达34可由传动装置连接到主轴40。传动装置可为蜗轮的形式，其包括小齿轮和连接到主轴40的元件，以便接收驱动转矩。传动装置可备选地采用螺旋轴、传动带等形式，且驱动马达34可备选地直接连接到主轴40。

在图4中的分离器操作期间，离心分离筒1和转子壳2受到从驱动马达34传递到主轴40的转矩的作用而旋转。经由主轴40的中心管道41，待分离的液体混合物经由入口20带入分离空间17。分离盘的入口20和堆叠19布置成使得液体混合物在径向位置处进入分离空间19，该径向位置在分离盘的堆叠19的外半径上或在其径向外侧。

在气密性类型的入口20中，液体材料的加速在小半径处开始，且逐渐地增大，同时液体离开入口且进入分离空间17中。分离空间17旨在在操作期间完全充满液体。原则上，这意味着优选在转子壳2内不存在空气或自由液体的表面。然而，当转子已经以其操作速度运转或处于静置时，可能会引入液体混合物。液体混合物因此可连续地引入到转子壳2中。

由于密度差，液体混合物分离成轻相和重相。通过安装在分离空间17中的堆叠19的分离盘之间的间隙来便于该分离。分离的重相通过导管23从分离空间17的周围收集，并通过布置在旋转轴(X)上的出口22向外推动，而分离出的液态轻相径向向内推动通过堆叠19，并然后通过主轴40中的环形外部管道42。

图5是用于分离细胞培养混合物的系统300的示意图。该系统包括其中包含细胞培养混合物的发酵储箱200。发酵储箱200具有轴向上部和轴向下部200a。发酵可例如用于从哺乳动物细胞培养混合物表达细胞外生物分子，如抗体。发酵后，将细胞培养混合物在根据本公开的离心分离器100中分离。如图5所示，发酵储箱200的底部通过连接件201连接到分离器100的底部，这因此可减少系统300的占地面积和复杂性。连接件201可为直接连接件，也可为经由任何其它处理设备(如储箱)的连接件。因此，连接件201允许从发酵储箱200的轴向下部200a向离心分离器100的轴向下端的入口供应细胞培养混合物，如由箭头“A”所指示的。分离后，如由箭头“B”所指示的，分离的高密度细胞相在分离器的顶部排放，而分离的低密度液体轻相(包括表达的生物分子)经由分离器100的底部处的液体轻相出口排放，如由箭头“C”所指示的。分离的细胞相可排放到储箱203以用于在随后的发酵过程中重复使用，如在发酵储箱200中。如由连接件202所指示的，分离的细胞相可进一步再循环至分离器100的进料入口。分离的液态轻相可排放到另一处理设备，以用于随后纯化表达的生物分子。

在上面，主要参考有限数量的示例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求书限定的本发明构思的范围内，除了上面公开的示例以外的其它示例同样是可能的。

Claims (16)

1.一种离心分离筒(1)，其包括

转子壳(2)，所述转子壳(2)包围分离空间(17)，截头圆锥形分离盘的堆叠(19)布置在所述分离空间(17)中，所述转子壳(2)布置成围绕竖直旋转轴线(X)旋转，其中所述分离盘布置有指向所述转子壳(2)轴向下端(5)的假想顶点；

进料入口(20)，所述进料入口(20)在所述轴向下端(5)处，所述进料入口(20)用于接收待分离的流体混合物；

分配器(24)，所述分配器(24)用于将所述流体混合物从所述入口(20)分配到所述分离空间(17)，所述分配器(24)布置成用于将所述待分离的流体混合物从所述入口(20)处的轴向下部位置连续地引导到所述分离空间(17)中的轴向上部位置；

轻相出口(21)和重相出口(22)，所述轻相出口(21)用于排放第一密度的分离相，所述重相出口(22)用于排放高于所述第一密度的第二密度的分离相，所述重相出口(22)布置在所述转子壳(2)的轴向上端(6)处；

至少一个出口导管(23)，所述至少一个出口导管(23)用于从所述分离空间(17)输送所述第二密度的分离相，所述导管(23)从所述分离空间(17)的径向外部位置延伸至所述重相出口(22)；所述导管(23)具有布置在所述径向外部位置处的导管入口(23a)和在径向内部位置处的导管出口(23b)。

2.根据权利要求1所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述进料入口(22)在所述旋转轴线(X)处。

3.根据权利要求1或2所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述离心分离筒(1)还包括用于将所述入口(22)密封至静止入口管(7)的机械气密密封件(15)。

4.根据权利要求1所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述分配器(24)和所述入口(22)布置成仅沿向上路径将所述待分离的流体混合物从所述静止入口导管(7)引导到所述分离空间(17)。

5.根据任一前述权利要求所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述分配器(24)布置成将所述流体混合物引导到所述分离空间(17)中的轴向上部位置，其在截头圆锥形分离盘的所述堆叠(19)的外周的径向位置外部的径向位置(P1)处。

6.根据任一前述权利要求所述的离心分离筒(1)，其特征在于，分离盘的所述堆叠(19)在所述分配器(24)的顶部上形成堆叠。

7.根据任一前述权利要求所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述分配器(24)具有圆锥形外表面，所述圆锥形外表面具有指向所述离心分离筒(1)轴向下端(5)的顶点。

8.根据权利要求7所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述分配器(24)包括沿所述分配器(24)的外表面延伸的分配通道(24a)。

9.根据任一前述权利要求所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述至少一个出口导管(23)布置有从所述导管入口(23a)到所述导管出口(23b)的向上倾斜。

10.根据权利要求9所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个出口导管(23)相对于所述径向平面以至少2度的向上倾斜来倾斜。

11.根据任一前述权利要求所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述分离筒(1)形成用于离心分离器(100)的可更换的分离插入物的部分。

12. 根据权利要求1-10中任一项所述的离心分离筒(1)，其特征在于，所述离心分离筒(1)还包括主轴(40)，所述主轴(40)布置成与所述分离筒(1)同轴地旋转，且还布置成由静止框架(30)可旋转地支承。

13.一种分离液体混合物的方法，其包括

a.提供离心分离器，所述离心分离器包括根据权利要求1-12中任一项所述的离心分离筒(1)；

b.在静置时将液体供应到所述进料入口(20)，并从所述重相出口(22)抽取液体，以消除所述离心分离筒(1)内的任何气锁；

c.使所述离心分离筒(1)围绕所述旋转轴线(X)旋转；

d.将所述待分离的液体混合物供应到所述进料入口(20)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述待分离的液体混合物是细胞培养混合物。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤b)中供应的所述液体是用于所述细胞培养混合物的缓冲液体。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)中供应的所述液体是所述待分离的液体混合物。

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