CN215693227U - 一种分离纯化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型“一种分离纯化装置”属于分离纯化技术领域。所述分离纯化装置包括可容纳待分离纯化的样品的、内部中空的分离纯化仓；其特征在于，所述分离纯化仓内设置有滤膜和轴；所述滤膜将分离纯化仓分隔成进样仓和出样仓；所述轴设置在进样仓内；所述滤膜和轴，二者之间可相对运动，或，二者同时相对于分离纯化仓内壁运动。本实用新型增加了溶液在过滤过程中湍流的因素后，可以有效避免过滤机的堵塞，可以减少过滤机构部件的更换频率，大大的增加了滤膜的使用寿命；同时，也对流体的过滤速度及过滤时长有促进作用。

Description

一种分离纯化装置

技术领域

本实用新型属于分离纯化技术领域，具体涉及一种分离纯化装置。

背景技术

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等，膜分离采用错流过滤或死端过滤方式。膜分离技术已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域。

例如，发明专利申请202010437436.2提供一种浸没式膜过滤装置，包括膜箱，所述膜箱的空腔内依次间隔的排列数组过滤膜元件，每组过滤膜元件包括平板膜元件和中空纤维膜元件；所述膜箱上安装产水管，所述过滤膜元件的出水口与产水管连通，所述过滤膜元件过滤的净水通过出水口进入产水管内；所述过滤膜元件的底部与膜箱之间间隔有距离，间隔的距离内安装曝气装置。

在细胞外囊泡提取领域，现有技术最为常用的是超速离心或差速超速离心。然而，超速离心机购买成本高、可提取溶液体积较小，不适合细胞外囊泡的大规模收集纯化和生产；而滤膜过滤截留方法，存在流速慢、耗时长且可提取溶液体系小等局限性。关于病毒分离，现有常规方法一般采用PEG沉淀法，包括将样品通过0.45μm滤器后加入PEG沉淀病毒，该方法同样存在着流速慢、耗时长且可提取溶液体系小及效率低等问题。在水处理的过滤单元中，过滤机堵塞现象频发，造成了人工成本及时间成本的大量损失。

实用新型内容

针对本领域存在的上述不足，本实用新型提供一种结构简单、操作方便、过滤效果好且快速高效的分离纯化装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种分离纯化装置，包括可容纳待分离纯化的样品的、内部中空的分离纯化仓；其特征在于，所述分离纯化仓内设置有滤膜和轴；所述滤膜将分离纯化仓分隔成进样仓和出样仓；所述轴设置在进样仓内；所述滤膜和轴，二者之间可相对运动，或，二者同时相对于分离纯化仓内壁运动。

所述进样仓的仓壁上开设有进样口，所述出样仓的仓壁上开设有出样口；

优选地，所述出样仓的仓壁上开设有负压口；

优选地，所述进样口、出样口、负压口均可密封；

优选地，所述分离纯化仓可与负压装置密闭连接使仓内产生负压。

所述滤膜设置在所述轴的下方；所述滤膜周缘固定于所述分离纯化仓的内壁；

优选地，所述分离纯化仓内设有滤膜固定架；

优选地，所述滤膜固定架为环形固定架；

优选地，所述环形固定架周缘大小、形状与分离纯化仓内壁大小、形状相适配；环形固定架的周缘周向设置在分离纯化仓内壁；

优选地，所述环形固定架内壁还设有十字形支架；滤膜固定于十字形支架和环形固定架之间的架空处；

优选地，所述十字形支架中心处设有凹槽，用作收样槽。

所述轴为转轴，可在分离纯化仓内转动；所述转轴与所述滤膜隔空设置；所述转轴下端靠近滤膜；转轴下端的轴壁上向外径向延伸出扰流板。

所述轴为转轴；所述转轴的下端与所述滤膜固定架固定连接，转轴可带动滤膜固定架连同滤膜一起相对于分离纯化仓的内壁转动；

优选地，所述转轴下端与滤膜固定架的十字支架的中心固定连接；

优选地，所述转轴下端与十字支架的中心固定连接处设有一圈环形凹槽；

优选地，所述十字支架上轴向向上延伸出扰流板；

优选地，所述分离纯化仓内壁对应所述滤膜固定架的位置设有一圈向内凹陷的凹槽；所述凹槽大小、形状与滤膜固定架的环形固定架的环形周缘的大小、形状相适配，凹槽可为滤膜固定架的环形固定架的周缘提供转动空间；

优选地，所述凹槽内壁还设有一圈形状大小与滤膜固定架的环形固定架的环形周缘的形状大小相适配的格莱圈，用于密封滤膜固定架周缘。

所述扰流板上设有凸起；

优选地，所述扰流板选自长方体结构、条状结构、圆柱体结构、棱柱体结构、锥体结构、或，扇形结构，或者，基于长方体结构、条状结构、圆柱体结构、棱柱体结构、锥体结构、或，扇形结构的变形的不规则结构；

优选地，所述长方体结构的较大的侧面与轴在轴向上平行或接近平行；

优选地，所述凸起为长方体结构的较小的侧面上向上伸出的若干不规则齿状凸起。

扰流板及其相关的结构设置可有效避免样品在分离纯化过程中因负压向下的吸力导致样品集中堆积在滤膜上部造成滤膜堵塞，不仅如此，扰流板的扰动还可使样品在负压过滤过程中，不停搅拌保持均一速度从而使过滤效果更好，同时，当样品为溶液时，扰流板在扰动过程中可形成湍流，增加液体流速，提升过滤效率。

所述分离纯化仓为筒体结构；

优选地，所述筒体为一体结构或分体结构；

优选地，所述分体结构为2段开口的半筒体开口对接组合而成；

优选地，所述半筒体开口对接处通过法兰连接；

优选地，分离纯化仓内滤膜固定架设置的位置位于半筒体开口对接处的下方。

所述的一种分离纯化装置还包括电机；所述电机通过传动机构与分离纯化装置的分离纯化仓的轴的上端连接，为轴的转动提供动力。

所述的一种分离纯化装置还包括负压泵，所述负压泵通过管路与分离纯化装置的分离纯化仓的负压口连接；

优选地，所述分离纯化仓的仓壁材质选自：金属、塑料、橡胶；

所述金属优选不锈钢；所述塑料优选聚四氟乙烯。

所述滤膜的孔径选自30nm-1.2mm。

本实用新型针对现阶段各类过滤装置存在的问题，提供一种制作成本低、操作简便、可大规模达到过滤分离纯化效果的装置。本实用新型包括用于细胞外囊泡提取、病毒分离及污水处理的过滤单元。本实用新型可以有效避免过滤过程中堵塞，可以减少过滤机构部件的更换频率。

本实用新型主要用于细胞外囊泡提取、病毒分离、及污水处理的过滤单元。现阶段提取外泌体的仪器最为常用的是超速离心机。然而，超速离心机购买成本高、可提取溶液体积较小，不适合细胞外囊泡的大规模收集纯化和生产；而滤膜过滤截留方法，存在流速慢、耗时长且可提取溶液体系小等局限性。本实用新型相对于超速离心机来说购买成本显著降低，可提取溶液的体积增大，针对于细胞外囊泡的大规模收集和生产有着重要意义，而相对于滤膜过滤截留方法来说也有着压倒性的优势。关于病毒分离，现有常规方法一般采用PEG沉淀法，主要步骤包括：将样品通过0.45μm滤器后加入PEG沉淀病毒，该方法同样存在着流速慢、耗时长且可提取溶液体系小、效率低下等问题，本实用新型针对流速慢、耗时长和提取体系小等问题采用了高负压的真空泵，对于病毒分离过程中遇到问题进行了优化。同样，在水处理的过滤单元中，过滤机堵塞现象频发，造成了人工成本及时间成本的大量消耗，本实用新型在增加了溶液在过滤过程中湍流的因素后，可以有效避免过滤机的堵塞，可以减少过滤机构部件的更换频率，大大的增加了滤膜的使用寿命；同时，也对流体的过滤速度及过滤时长有促进作用。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例提供的分离纯化装置的剖面结构示意图。

图2为本实用新型的一个实施例提供的分离纯化装置的结构示意图。

图3为本实用新型的另一个实施例提供的分离纯化装置的剖面结构示意图。

图4为本实用新型的另一个实施例提供的分离纯化装置的结构示意图。

图中标记列示如下：1-进样仓、2-出样仓、3-轴(转轴)、4-轴固定架、5-进样仓法兰、6-出样仓法兰、7-出样口、8-进样口、9-扰流板、10-滤膜固定架、11-凹槽(收样槽)、12-滤膜、13-格莱圈

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型的内容做进一步详细描述，但并不以此限制本实用新型的保护范围。

本实用新型提供一种分离纯化装置。在本实用新型所有的实施例中，所述分离纯化装置都具备如下共同特征：如图1-图4所示，所述分离纯化装置包括可容纳待分离纯化的样品的、内部中空的分离纯化仓；其特征在于，所述分离纯化仓内设置有滤膜12和轴3；所述滤膜12将分离纯化仓分隔成进样仓1和出样仓2；所述轴3设置在进样仓1内；所述滤膜12和轴3，二者之间可相对运动，或，二者同时相对于分离纯化仓内壁运动。

在一些实施例中，所述进样仓1的仓壁上开设有进样口8，所述出样仓2的仓壁上开设有出样口7；

优选地，所述出样仓2的仓壁上开设有负压口(图中未示出)；

优选地，所述进样口8、出样口7、负压口均可密封，例如，可在进样口8、出样口7上设置密封盖或密封部件，在分离纯化装置运行过程中以确保密封使负压状态持续。

优选地，所述分离纯化仓可与负压装置密闭连接使仓内产生负压。

在另一些实施例中，所述滤膜12设置在所述轴3的下方；所述滤膜周缘固定于所述分离纯化仓的内壁；

在优选的实施例中，如图1-图4所示，进样仓1和出样仓2为滤膜将分离纯化仓分隔开的上下结构，也可设置为左右结构。左右结构中，滤膜12设置在相对所述轴3更靠近负压口的位置。

优选地，所述分离纯化仓内设有滤膜固定架10；

优选地，所述滤膜固定架10为环形固定架；

优选地，所述环形固定架周缘大小、形状与分离纯化仓内壁大小、形状相适配；环形固定架的周缘周向设置在分离纯化仓内壁；

优选地，所述环形固定架内壁还设有十字形支架；滤膜12固定于十字形支架和环形固定架之间的架空处；

优选地，所述十字形支架中心处设有凹槽11，用作收样槽11。

一些情况下，通常是将样品中需要弃掉的部分在负压作用下经滤膜12过滤至出样仓2内，而收样槽11内收集到的样品则为目标样品。也可以是反过来的情形，例如，在负压作用下经滤膜12过滤至出样仓2内的样品为所需要的样品，而被滤膜12挡在进样仓1内的或者被收至收样槽11内的样品为需要弃掉的样品。

本实用新型的装置在具体的实施例中可分为两种类型，一种是定膜轴转，另一种是轴膜同转。

在具体的实施例中，如图1和图2所示，所述轴3为转轴，可在分离纯化仓内转动；所述转轴3与所述滤膜12隔空设置；所述转轴3下端靠近滤膜12；转轴3下端的轴壁上向外径向延伸出扰流板9。

在另一些实施例中，如图3和图4所示，所述轴3为转轴；所述转轴的下端与所述滤膜固定架10固定连接，转轴3可带动滤膜固定架10连同滤膜12一起相对于分离纯化仓的内壁转动；

优选地，所述转轴3下端与滤膜固定架10的十字支架的中心固定连接；

优选地，所述转轴3下端与十字支架的中心固定连接处设有一圈环形凹槽11；

优选地，所述十字支架上轴向向上延伸出扰流板9；

优选地，所述分离纯化仓内壁对应所述滤膜固定架10的位置设有一圈向内凹陷的凹槽11；所述凹槽11大小、形状与滤膜固定架10的环形固定架的环形周缘的大小、形状相适配，凹槽11可为滤膜固定架10的环形固定架的周缘提供转动空间；

优选地，所述凹槽11内壁还设有一圈形状大小与滤膜固定架10的环形固定架的环形周缘的形状大小相适配的格莱圈13，用于密封滤膜固定架10周缘。

在进一步的实施例中，所述扰流板9上设有凸起；

优选地，如图1和图3所示，所述扰流板9为长方体；除了图中示出的长方体结构外，可以设置成其它规则或不规则结构，例如可以选自：条状结构、圆柱体结构、棱柱体结构、锥体结构、扇形结构，或者，基于长方体结构、条状结构、圆柱体结构、棱柱体结构、锥体结构、扇形结构的变形的不规则结构，本领域技术人员可根据具体的实际情况综合考虑生产成本等因素，制作生产出合适形状的扰流板，并且，本领域技术人员可不受形状构造的限制，只要在仓内设置扰流板就落入本发明的保护范围；

优选地，所述长方体结构的较大的侧面与轴3在轴向上平行或接近平行；

优选地，所述凸起为长方体结构的较小的侧面上向上伸出的若干不规则齿状凸起。

在更具体的实施例中，所述分离纯化仓为筒体结构；所述筒体优选圆筒。

优选地，所述筒体为一体结构或分体结构；

优选地，所述分体结构为2段开口的半筒体开口对接组合而成；

优选地，所述半筒体开口对接处通过法兰5、6连接；

优选地，分离纯化仓内滤膜固定架10设置的位置位于半筒体开口对接处的下方。

在进一步的实施例中，所述的一种分离纯化装置还包括电机(图中未示出)；所述电机通过传动机构与分离纯化装置的分离纯化仓的轴3的上端连接，为轴3的转动提供动力。

在更进一步的实施例中，所述的一种分离纯化装置还包括负压泵(图中未示出)，所述负压泵通过管路与分离纯化装置的分离纯化仓的负压口连接；

优选地，所述分离纯化仓的仓壁材质选自：金属、塑料、橡胶。

所述金属优选不锈钢、所述塑料优选聚四氟乙烯(PTFE)。

在具体的实施例中，所述滤膜的孔径选自30nm-1.2mm。本实用新型的分离纯化装置不仅限于固液分离，也可用于固固分离，即将不同粒径的固体颗粒进行分离。因此，本领域技术人员可根据实际需要过滤、分离的目标样品的大小，选择不同孔径的滤膜，例如，如果目标是分离细胞外囊泡，则滤膜孔径为30nm-220nm；如果目标是分离病毒，则滤膜孔径为30nm-450nm；如果目标是分离污水中的污物，则滤膜孔径可设置为0.8mm-1.2mm。

在最具体的一个实施例中，如图1和图2所示，在定膜轴转的分离纯化装置中进样仓1和出样仓2通过进样仓法兰5和出样仓法兰6连接，转轴3由电机带动，从而达到带动轴上的滤膜固定架10转动的目的，同时轴的转动方向以5秒为一周期反复变化，滤膜固定架10在制作时就固定在转轴3上用来安装滤膜13，滤膜要保证其亲水性并能承受的压强为3bar。同时滤膜固定架上安装横波扰流器9，滤膜固定架10的外圈安装格莱圈11，滤膜固定架10安装在出样仓2内部，滤膜的更换是通过滤膜固定架10完成的，收样槽11和滤膜固定架10固定在一起，在过滤结束后用来收样。轴固定架4安装在进样仓1上面，起到固定转轴3的作用，进样仓法兰5固定在进样仓1，出样仓法兰6固定在出样仓2，通过法兰的拆卸和组装可以完成更换滤膜和清洗机器内部的目的。进样口8)安装在进样仓1上部，出样口7)安装在出样仓2下部。

如图3和图4所示，在定轴膜转的分离纯化装置中进样仓1和出样仓2通过进样仓法兰5和出样仓法兰6连接，转轴3由电机带动，从而达到带动轴上的扰流板9转动的目的，同时轴的转动方向以5s为一周期反复变化，扰流板9在制作时就固定在转轴3上，轴固定架4安装在进样仓1上面，滤膜固定架10安装在出样仓2内部并用来固定滤膜12，滤膜12的更换是通过滤膜固定架10完成的，同时滤膜12要保证是亲水性并能承受3bar的压强。收样槽11和滤膜固定架10固定在一起，在过滤结束后用来收样。起到固定转轴3的作用，进样仓法兰5固定在进样仓1，出样仓法兰6固定在出样仓2，通过法兰的拆卸和组装可以完成更换滤膜和清洗机器内部的目的。进样口7)安装在进样仓1上部，滤液出样口8)安装在出样仓2下部。

本实用新型分离纯化装置的分离纯化原理在于，如图1和图2所示，在定膜轴转的分离纯化装置中样品从进样口8)进样，滤液出样口7)的真空泵提供负压促使样品通过滤膜。此时转轴3带动滤膜固定架10旋转，同时轴的转动方向以5s为一周期反复变化，上层样品由于横波扰流板9的扰动作用会出现流速与流动状态不稳定的情况，这样就形成了湍流，防止了样品中大于滤膜孔径的颗粒堵塞滤膜，影响滤膜效率。同时由于格莱圈11的存在，滤膜固定架10在高速旋转过程中也可提供良好的气密性，当过滤结束后从收样槽11收取浓缩后的样品。

如图3和图4所示，在定轴膜转的分离纯化装置中样品从进样口7)进样，滤液出样口8)的真空泵提供负压促使样品通过滤膜。此时转轴3带动扰流板9旋转，同时轴的转动方向以5s为一周期反复变化，上层样品由于扰流板9的扰动作用会出现流速与流动状态不稳定的情况，这样就形成了湍流，防止了样品中大于滤膜孔径的颗粒堵塞滤膜，影响滤膜12效率。当过滤结束后从收样槽11收取浓缩后的样品。

Claims (33)

1.一种分离纯化装置，包括可容纳待分离纯化的样品的、内部中空的分离纯化仓；其特征在于，所述分离纯化仓内设置有滤膜和轴；所述滤膜将分离纯化仓分隔成进样仓和出样仓；所述轴设置在进样仓内；所述滤膜和轴，二者之间可相对运动，或，二者同时相对于分离纯化仓内壁运动。

2.根据权利要求1所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述进样仓的仓壁上开设有进样口，所述出样仓的仓壁上开设有出样口。

3.根据权利要求1所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述出样仓的仓壁上开设有负压口。

4.根据权利要求2所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述进样口、出样口均可密封。

5.根据权利要求3所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述负压口可密封。

6.根据权利要求1所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述分离纯化仓可与负压装置密闭连接使仓内产生负压。

7.根据权利要求1所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述滤膜设置在所述轴的下方；所述滤膜周缘固定于所述分离纯化仓的内壁。

8.根据权利要求7所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述分离纯化仓内设有滤膜固定架。

9.根据权利要求8所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述滤膜固定架为环形固定架。

10.根据权利要求9所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述环形固定架周缘大小、形状与分离纯化仓内壁大小、形状相适配；环形固定架的周缘周向设置在分离纯化仓内壁。

11.根据权利要求9所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述环形固定架内壁还设有十字形支架；滤膜固定于十字形支架和环形固定架之间的架空处。

12.根据权利要求11所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述十字形支架中心处设有凹槽。

13.根据权利要求7所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述轴为转轴，可在分离纯化仓内转动；所述转轴与所述滤膜隔空设置；所述转轴下端靠近滤膜；转轴下端的轴壁上向外径向延伸出扰流板。

14.根据权利要求8所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述轴为转轴；所述转轴的下端与所述滤膜固定架固定连接，转轴可带动滤膜固定架连同滤膜一起相对于分离纯化仓的内壁转动。

15.根据权利要求14所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述转轴下端与滤膜固定架的十字支架的中心固定连接。

16.根据权利要求14所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述转轴下端与十字支架的中心固定连接处设有一圈环形凹槽。

17.根据权利要求15所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述十字支架上轴向向上延伸出扰流板。

18.根据权利要求14所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述分离纯化仓内壁对应所述滤膜固定架的位置设有一圈向内凹陷的凹槽；所述凹槽大小、形状与滤膜固定架的环形固定架的环形周缘的大小、形状相适配。

19.根据权利要求18所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述凹槽内壁还设有一圈形状大小与滤膜固定架的环形固定架的环形周缘的形状大小相适配的格莱圈。

20.根据权利要求13所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述扰流板上设有凸起。

21.根据权利要求20所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述扰流板选自长方体结构、条状结构、圆柱体结构、棱柱体结构、锥体结构、或，扇形结构，或者，基于长方体结构、条状结构、圆柱体结构、棱柱体结构、锥体结构、或，扇形结构的变形的不规则结构。

22.根据权利要求21所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述长方体结构的较大的侧面与轴在轴向上平行或接近平行。

23.根据权利要求20所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述凸起为长方体结构的较小的侧面上向上伸出的若干不规则齿状凸起。

24.根据权利要求1、6-8、10、13、14、18任一所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述分离纯化仓为筒体结构。

25.根据权利要求24所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述筒体为一体结构或分体结构。

26.根据权利要求25所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述分体结构为2段开口的半筒体开口对接组合而成。

27.根据权利要求26所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述半筒体开口对接处通过法兰连接。

28.根据权利要求24所述的一种分离纯化装置，其特征在于，分离纯化仓内滤膜固定架设置的位置位于半筒体开口对接处的下方。

29.根据权利要求24所述的一种分离纯化装置，其特征在于，还包括电机；所述电机通过传动机构与分离纯化装置的分离纯化仓的轴的上端连接，为轴的转动提供动力。

30.根据权利要求29所述的一种分离纯化装置，其特征在于，还包括负压泵，所述负压泵通过管路与分离纯化装置的分离纯化仓的负压口连接。

31.根据权利要求24所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述分离纯化仓的仓壁材质选自：金属、塑料、橡胶。

32.根据权利要求31所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述金属为不锈钢；所述塑料为聚四氟乙烯。

33.根据权利要求1、7、11、13任一所述的一种分离纯化装置，其特征在于，所述滤膜的孔径选自30nm-1.2mm。

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