CZ309113B6 - Analytický hydrocyklón a jeho použití - Google Patents

Analytický hydrocyklón a jeho použití Download PDF

Info

Publication number
CZ309113B6
CZ309113B6 CZ2020703A CZ2020703A CZ309113B6 CZ 309113 B6 CZ309113 B6 CZ 309113B6 CZ 2020703 A CZ2020703 A CZ 2020703A CZ 2020703 A CZ2020703 A CZ 2020703A CZ 309113 B6 CZ309113 B6 CZ 309113B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
hydrocyclone
analytical
sliding member
range
base
Prior art date
Application number
CZ2020703A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2020703A3 (cs
Inventor
Jan KrejÄŤĂ­
Jan Krejčí
Stanislav Bartoněk
Stanislav Ing. Bartoněk
Filip Baran
Martin Klusáček
Original Assignee
Bvt Technologies, A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bvt Technologies, A.S. filed Critical Bvt Technologies, A.S.
Priority to CZ2020703A priority Critical patent/CZ309113B6/cs
Publication of CZ2020703A3 publication Critical patent/CZ2020703A3/cs
Publication of CZ309113B6 publication Critical patent/CZ309113B6/cs

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03BSEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B5/00Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating
    • B03B5/28Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating by sink-float separation
    • B03B5/30Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating by sink-float separation using heavy liquids or suspensions
    • B03B5/32Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating by sink-float separation using heavy liquids or suspensions using centrifugal force
    • B03B5/34Applications of hydrocyclones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/02Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct with heating or cooling, e.g. quenching, means

Landscapes

  • Devices For Use In Laboratory Experiments (AREA)
  • Cyclones (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Analytický hydrocyklón obsahuje tělo (3.3) ve tvaru válce nebo kužele, které je na jednom konci opatřené válcovým víkem (3.5) s tangenciálním přívodem (3.9) pro tekuté médium, a na opačném konci výstupem (3.10) pro filtrát s tím, že tělo (3.3) a víko (3.5) jsou hermeticky rozebíratelně spojené; že úhel (α) stěn těla (3.3) hydrocyklónu je v rozmezí od 0° do 150°; a že hydrocyklón dále obsahuje posuvný člen (3.1) pro odběr filtrátu z proudu tekutého média. Předkládané řešení se dále týká použití tohoto analytického hydrocyklónu pro analytické filtrace.

Description

Analytický hydrocyklón a jeho použití
Oblast techniky
Předkládaný vynález se týká analytického hydrocyklónu uzpůsobeného pro analytické filtrace, který umožňuje odběr vzorku čistého filtrátu, aniž by byl ovlivněn hlavní proud analyzovaného média.
Dosavadní stav techniky
Při analýze vzorků, zejména vzorků v komplexních matricích, v průtokových systémech nebo v systémech, kde hraje významnou roli časová konstanta dějů, které mají být měřeny, je velkým problémem kontinuální odběr filtrovaného vzorku. Známým způsobem odstranění hrubých nečistot je předřazení filtru. Toto řešení má však významné nevýhody spočívající v jeho následujících vlastnostech:
1) Filtrační zařízení vnáší do systému velký mrtvý objem a z toho vyplývá, že vzniká velké časové zpoždění mezi aktuálním měřením koncentrace vzorku a aktuální koncentrací v měřeném objektu, například v bioreaktoru.
2) Další nevýhodou klasického filtruje to, že v důsledku usazování filtračního koláče na jeho povrchu se mění průtok filtrem. Znamenáte, že se mění dopravní zpoždění a hydrodynamické vlastnosti v okolí senzoru. Ve většině měření (například měření teploty, koncentrace a dalších parametrů) je odezva senzoru dána přestupem tepla nebo hmoty. Jak přestup tepla, tak přestup hmoty podstatně závisí na hydrodynamice v okolí senzoru. Zejména elektrochemické senzory jsou extrémně citlivé na stabilitu průtoku. Poněkud méně citlivé na stabilitu průtoku jsou optické senzory.
Uvedené nevýhody si vynucují, aby senzory byly umístěny přímo v proudu měřené kapaliny nebo v měřeném objektu. To ale klade velmi silné požadavky na konstrukci senzorů a je to velkou překážkou jejich miniaturizace. V případě sledování dějů v bioreaktorech se přidávají faktory, kladoucí další dodatečné požadavky na senzory. Jsou to zejména: intenzivní míchání bioreaktoru, komplexní matrice látky, která je v bioreaktoru a která může obsahovat i abrazivní částice. Významná je i zvýšená teplota v bioreaktoru. Ve většině případů je pro použití senzorů v bioreaktorech nutná jejich sterilita a jejich konstrukce z materiálů, které nemohou obsah bioreaktoru kontaminovat. Tyto skutečnosti vedou k tomu, že použité senzory musí být velmi robustní. Jsou proto velké a drahé.
Známým řešením uvedených nevýhod jsou dvojkompartmentové filtrační jednotky. V jedné části vysokou rychlostí obíhá vzorek a vrací se zpět do místa měření. V části systému omývá filtrační membránu a na její druhé straně je odvod filtrátu s tím, že rozměry této části mohou být významně minimalizovány. Tím lze zajistit, že se významně zmenší mrtvý objem zařízení a současně se může umístit senzor do těsné blízkosti filtračního zařízení. Dvojkompartmentové filtrační jednotky jsou komplikovaná zařízení, obyčejně je potřeba využívat relativně velkou plochu membrány tak, aby změny její plochy v důsledku interakce s měřeným médiem případně její zanášení nebo její mechanická degradace v důsledku abrazivních částic, které prochází po jejím povrchu, se minimálně projevovaly na průtoku filtrátu zařízením.
Je také známo zařízení, které odstraňuje mechanické nečistoty, zejména hrubší nečistoty z tekutin, s tím, že jejich podíl je relativně malý. Jsou to tzv. hydrocyklóny. Tento princip se používá i pro odstranění částic ze vzduchu. Tekutina (kapalina, vzduch) proudí velkou rychlostí po povrchu kužele. Jak se snižuje jeho poloměr, zvyšuje se v důsledku zákona zachování energie rychlost tekutiny proudící po vnitřním povrchu kužele. Odstředivou silou se částice natlačují na povrch a
- 1 CZ 309113 B6 hromadí se v odpadu, který je na dně kužele hydrocyklónu. Tekutina zbavená hrubých nečistot je odváděna středem hydrocyklónu. Hydrocyklóny jsou komerčně dostupné, např. pro čistění vody v domácnosti a lze je kombinovat do baterií, které obsahují několik hydrocyklónů.
Všechny uvedené známé principy hledají řešení, které dosahuje maximální efektivnosti odstranění nežádoucích částic ze zpracovávané látky. Snaží se dosáhnout maximální účinnosti ve smyslu, aby byl dosažen maximální průtok filtrátu a nežádoucí částice nebo látky byly odváděny takovým způsobem, aby se minimálně snížil průtok filtrátu. Je zřejmé z této principiální funkce, že jsou tato zařízení nevhodná pro úpravu vzorku pro analýzu. Pro analýzu vzorku je nutno z jeho složité matrice odebrat malé množství velmi čistého vzorku s minimálním ovlivněním hlavního proudu vzorku.
Rozdíl mezi analytickým a technickým filtrem je na obr. 1. Na obr. 1A je schematicky znázorněna funkce technického filtru. Jeho optimální funkce je charakterizována následujícími požadavky pro filtrát (o), které jsou uspořádány podle priorit:
1. Výstupní tok filtrátu je maximální (Qoi = max) - maximální účinnost
2. Koncentrace filtrované látky ve výstupním toku filtrátu je přibližně stejná jako ve vstupním toku neboje vyšší - filtr látku zakoncetrovává. (Coi ~ Cn nebo Coi > Cn)
3. Zpoždění toku látky ve filtru není důležité
4. Látka, která se filtruje se může objevit i v odpadu, pokud to zvýší účinnost filtrace a sníží náklady na filtraci (C02« 0).
Na obr. 1B je schematicky znázorněna funkce analytického filtru. Jeho optimální funkce je charakterizována požadavky pro filtrát (o), které jsou uspořádány podle priorit:
1. Výstupní tok retenátu je maximální (Q02 = max), účinnost není významná.
2. Koncentrace filtrované látky ve výstupním toku filtrátu stejná jako ve vstupním toku (Coi= Cil).
3. Doba setrvání filtrované látky ve filtru je minimální.
4. Mrtvý obj em filtru j e minimální.
5. Nej sou kladeny žádné požadavky na retenát z hlediska filtrace. Z hlediska technologie procesu je požadavek, aby vracející se retenát neovlivňoval sledovaný proces. To je zajištěno první podmínkou a výběrem materiálů použitých pro filtr.
Na obr. 2 je uveden obecně známý společný princip filtrace pro hydrocyklóny a průtokové odstředivky. Všechna výše uvedená řešení se vyznačují využitím principu odstředivé síly pro oddělení filtrátu a retenátu. Ve známých řešeních je použit jak princip průtokové odstředivky tak hydrocyklónu, případně jejich kombinace. V případě průtokové odstředivky (obr. 2A) je tekuté médium přiváděno přívodem 2,1, který ústí v ose otáčení odstředivky. Otáčením nádoby 2,4 odstředivky vzniká odstředivá síla, která dělí tekuté médium na filtrát (o) a retenát (+). Retenát je odváděn trubicí 22. která těsně přiléhá k plášti nádoby odstředivky a filtrát je odváděn trubicí 2,3, jejíž ústí je umístěno blíže k ose otáčení nádoby odstředivky.
V hydrocyklónu na obr. 2B je rotace kapaliny a tím působení odstředivé síly způsobeno tangenciálním umístěním přívodu 2,1 tekutého média. Částice s vyšší hustotou se koncentrují na stěnách hydrocyklónu a jsou odváděny výstupem v jeho dolní části trubicí 22. Filtrát je odváděn trubicí 2,3 v horní části hydrocyklónu.
-2 CZ 309113 B6
Cílem předkládaného vynálezu je poskytnout hydrocyklón vhodný pro analytickou filtraci, tedy umožňující odebrat malé množství velmi čistého vzorku (bez kontaminace filtrovanými nečistotami) a s minimálním ovlivněním hlavního proudu vzorku.
Podstata vynálezu
Předkládaný vynález se týká analytického hydrocyklónu pro analytické filtrace, který umožňuje odběr vzorku čistého filtrátu, aniž by byl ovlivněn hlavní proud filtrovaného média. To zajišťuje posuvný člen, vložený do těla hydrocyklónu. Vhodnou volbou zasunutí posuvného členu lze dosáhnout samovolného odběru vzorku pro následnou analýzu.
Předmětem předkládaného vynálezu je analytický hydrocyklón, obsahující tělo ve tvaru válce nebo kužele (s výhodou ve tvaru kužele), které je na jednom konci opatřené víkem, s výhodou válcovým, s tangenciálním přívodem pro tekuté médium, a na opačném konci je opatřeno výstupem tekutého média. Tělo a víko jsou hermeticky rozebíratelně spojené. RozebíráteInost umožňuje čištění zařízení v případě usazení nečistot. Uhel a stěn těla hydrocyklónu jev rozmezí od 0° (válcový separátor či odstředivka) do 150° (kuželový hydrocyklón).
Analytický hydrocyklón podle předkládaného vynálezu dále obsahuje posuvný člen pro odběr filtrátu z proudu tekutého média. Posuvný člen je umístěn v ose analytického hydrocyklónu a jeho polohu lze nastavit pomocí stavěči matice a závitu na jeho těle. Nastavením polohy posuvného členu vzhledem k plášti analytického hydrocyklónu (míry zasunutí posuvného členu směrem k výstupu tekutého média) lze nastavit tlak tak, aby byl dosažen optimální tok vzorku (filtrátu) pro jeho analýzu.
Posuvný člen se skládá z vodicí tyče opatřené závitem, pomocí kterého se nastavuje poloha posuvného členu vzhledem k vnitřním stěnám pláště analytického hydrocyklónu, a těla posuvného členu, které zajišťuje vhodné hydrodynamické podmínky pro odvádění filtrátu. Tělem i vodicí tyčí posuvného členu (v jejich ose) prochází kapilára pro odvádění filtrátu pro analýzu. Tělo posuvného členu je alespoň z části tvořeno částí ve tvaru komolého kužele, z jehož menší podstavy vychází kapilára pro odběr vzorku. Průměr menší podstavy tohoto komolého kužele je D2, průměr větší podstavy komolého kužele je D3, výška komolého kužele je V2 a vrcholový úhel je γ. Tělo posuvného členu je svou větší podstavou napojeno na vodicí tyč, s výhodou jsou vodicí tyč i tělo posuvného členu vyrobené nerozebiratelně z jednoho kusu materiálu. Minimální velikost D2 odpovídá průměru výstupu tekutého média a maximální velikost D2 je menší než D3. Maximální velikost D3 je menší než průměr D4 vnitřní části analytického hydrocyklónu v místě jeho uzavření víkem.
V jednom provedení je tělo posuvného členu tvořeno válcovou částí o průměru D3 a výšce V3, na kterou navazuje svou větší podstavou (o průměru D3) část ve tvaru komolého kužele, přičemž vodicí tyč je připojena k opačné podstavě válcové části, než ke které je připojena část ve tvaru komolého kužele.
S výhodou odpovídá součet výšek V2 a V3 (výška komolého kužele a výška válcové části těla posuvného členu) alespoň polovině výšky těla hydrocyklónu.
V jednom provedení obsahuje tělo posuvného členu dále kuželový konec o průměru podstavy Dl, výšce Vi a vrcholovém úhlu γ, přičemž tento kuželový konec je svou podstavou umístěný na menší podstavě komolého kužele těla posuvného členu. Kapilára pro odběr analyzovaného vzorku neprochází kuželovým koncem, ale je vyústěna do alespoň jednoho otvoru mezi podstavou kuželového konce (o průměru Dl) a menší podstavou komolého kužele (o průměru D2). Tento alespoň jeden otvor spojuje vnější okolí posuvného členu s vnitřkem kapiláry a za vhodných podmínek je vzorek pro analýzu samovolně nasáván do kapiláry a odváděn uvnitř posuvného členu
-3 CZ 309113 B6 k analyzátoru. Velikost podstavy kuželového konce je větší nebo rovna menší podstavě komolého kužele (s výhodou je Div rozmezí od D2 do 2xD2) a menší nebo rovna velikosti větší podstavy komolého kužele (s výhodou je Dl < D3).
Uhel γ je v rozmezí od a/2 do a.
Výška VI kuželového konce je v rozmezí od 0 (provedení, které neobsahuje kuželový konec) do V2/2.
S výhodou je kapilára vyústěna do čtyř otvorů, rovnoměrně rozmístěných po obvodu menší podstavy komolého kužele.
Komolý rotační kužel je s výhodou připojen ke kuželovému konci tak, aby vzniklo odsazení o velikosti a. Vzdálenost a je dána rozdílem průměru podstav Dl a D2 komolého kužele a hodnota parametru a leží s výhodou v rozmezí 0 až 0,5 D1.
V jednom provedení je mezikruží podstavy kuželového konce posuvného členu, které přesahuje připojení komolého kužele posuvného členu (tedy mezikruží, kde R = Dl/2 a r = D2/2), zkosené pod úhlem β od roviny podstavy kuželového konce směrem k jeho vrcholu, přičemž úhel β je v rozmezí od y/2 do 90°, s výhodou je úhel β v rozmezí od 5 do 90°, výhodněji v rozmezí od 15 do 75°, ještě výhodněji v rozmezí od 30 do 60°. Různým úhlem zkosení lze dále optimalizovat parametry posuvného členu pro odběr filtrátu pro analýzu (zvyšovat/snižovat průtok filtrátu kapilárou).
Volbou parametrů kuželového konce i těla posuvného členu a volbou míry zasunutí posuvného členu do výstupu filtrátu lze nastavit tlakové parametry tak, aby filtrát samovolně vstupoval do ústí kapiláry, umístěné v posuvném členu, a vytékal kapilárou směrem k analyzátoru. Tekuté médium, které je separováno/filtrováno, vstupuje do zařízení tangenciálním vstupem a vystupuje výstupem v dolní části hydrocyklónu, kde je rovněž odebírán vzorek pro analýzu pomocí výše popsaného posuvného členu.
V jednom provedení je úhel (a) stěn těla hydrocyklónu je v rozmezí od 20° do 130°, s výhodou v rozmezí od 20° do 100°, výhodněji v rozmezí od 20° do 95°, nejvýhodněji v rozmezí od 30° do 45°.
V jednom provedení je vrcholový úhel (γ) posuvného členu v rozmezí od 10° do 120°, s výhodou v rozmezí od 15° do 100°, výhodněji v rozmezí od 25° do 90°, nejvýhodněji v rozmezí od 30° do 45°, přičemž s výhodou se volí úhel γ tak, aby platilo γ = a.
Ve výhodném provedení analytického hydrocyklónu podle předkládaného vynálezu obsahuje tělo posuvného členu dutinu, která obklopuje procházející kapiláru. Dutina může být naplněna vzduchem, inertním plynem nebo kapalinou, například vodou nebo olejem.
S výhodou je dutina dále opatřena vstupem a výstupem pro temperující kapalinu, typicky vodu nebo olej. Temperující kapalina je vedena trubicí do dutiny posuvného členu, výhodně blíže kuželovému konci, než je umístěn výstup pro temperující kapalinu. Vzorek filtrátu procházející kapilárou směrem k analyzátoru je tak během průchodu dutinou temperován na požadovanou teplotu.
Vzniklá dutina může být s výhodou použita, např. pro temperaci odebíraného vzorku nebo umístění vhodného senzoru. Temperaci lze stabilizovat vlastnosti vzorku. Umístěním senzoru lze významně snížit dopravní zpoždění mezi místem odběru vzorku a místem jeho analýzy.
V jednom provedení může být v kapiláře umístěn alespoň jeden senzor pro analýzu odebraného
-4 CZ 309113 B6 filtrátu. S výhodou je tento senzor vybraný ze skupiny zahrnující mikrodialyzační sondu, elektrochemický senzor, detekující, např. glukózu, laktát nebo peroxid vodíku, vodivostní senzor, iontově selektivní elektrody pro stanovení, např. Na+, K+, Ca2+, Cl’, teplotní senzor, senzor kyslíku nebo vhodné optické senzory (např. turbidita).
Typickým materiálem těla a víka hydrocyklónu je nerezová ocel nebo vhodný plast, např. polyetylén, polypropylen nebo polyetherketon (PEEK).
V jednom provedení analytického hydrocyklónu podle předkládaného vynálezu je vodicí tyč posuvného členu na jednom konci, který prochází otvorem ve víku hydrocyklónu, ve tvaru válce a je opatřena závitem a s ním kompatibilní maticí pro nastavení svislé polohy posuvného členu v těle hydrocyklónu. Otáčením matice se nastavuje poloha kuželového konce posuvného členu v těle hydrocyklónu vůči výstupu média a stěnám těla hydrocyklónu.
V jednom provedení může být vodicí tyč těla posuvného členu uvnitř těla hydrocyklónu opatřena na vnější straně pružinou, která spolu se závitem a maticí pomáhá fixaci svislé polohy posuvného členu.
V jednom provedení obsahuje analytický hydrocyklón podle předkládaného vynálezu dále pouzdro umístěné v otvoru v ose válcového víka hydrocyklónu. Vodicí tyč posuvného členu, která prochází víkem hydrocyklónu je v tomto provedení tvaru válce a je kluzně vedena v uvedeném pouzdru, s výhodou je tato část posuvného členu v pouzdru utěsněna těsnicím „O“ kroužkem, který zajišťuje hermetičnost celého zařízení.
Předmětem předkládaného vynálezu je dále jeho použití analytického hydrocyklónu pro analytickou filtraci.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Schematické znázornění principu technického filtru (A) a analytického filtru (B) ze stavu techniky.
Obr. 2: Schematické znázornění průtokové odstředivky (A) a hydrocyklónu (B), přičemž 2,1 značí přívod tekutého média, 2,2 je trubice pro odvod retenátu, 2,3 je trubice pro odvod filtrátu, 2.4 je nádoba odstředivky. (Odstředivka se otáčí, jak označuje šipka.).
Obr. 3: Analytický hydrocyklón podle vynálezu, kde 3,3 je tělo hydrocyklónu; 3,5 je válcové víko; 3.1 je posuvný člen; T9 je tangenciální přívod tekutého média; 3,10 výstup tekutého média; 3,11 tělo posuvného členu; 3,12 kuželový konec posuvného členu; 3,2 otvor pro odběr vzorku zbaveného nečistot; 3,4 kapilára pro odvod vzorku; 3,6 pouzdro umožňující vertikální nastavení posuvného členu 3,1; 3,7 je matice; 3,8 je pružina; 3,14 O-kroužek; 3,15 je vodicí tyč posuvného členu; a je úhel stěn hydrocyklónu.
Obr. 4: Detail posuvného členu 3,1. obsahující tělo 3,11, kuželový konec 3,12, otvor 32. kapiláru 3,4, dutinu 5. β značí úhel zkosení kuželového konce ayje jeho vrcholový úhel. VI označuje výšku kuželového konce 3,12. Dl průměr jeho podstavy, a značí odsazení kuželového konce 3,12,
Obr. 5: Posuvný člen s kapilárou 3,4, opatřený dutinou 5, vstupem 5,1 a výstupem 52 pro temperující kapalinu. VI označuje výšku kuželového konce 3,12. Dl průměr jeho podstavy. V2 označuje výšku komolého kužele, přičemž odsazení a je určeno komolým kuželem, jehož menší podstava má průměr D2 a větší podstava má průměr D3. Na komolý kužel těla posuvného členu 3,1 navazuje jeho válcová část o průměru D3 a výšce V3.
Obr. 6: Schematické znázornění posuvného členu, obsahujícího kapiláru 3,4, dutinu 5 se vstupem
- 5 CZ 309113 B6
5,1 a výstupem 5,2 pro temperující kapalinu, senzor 6, vodiče 6,1 elektrického výstupního signálu senzoru 6 a příklady dvou typů vložených senzorů (A - mikrodialyzační sonda, přičemž od vstupu 6,2 perfůzátu je tekutina vedena přes aktivní membránu k výstupu 6,3 dialyzátu; B elektrochemický senzor u připravený sítotiskem).
Obr. 7: Detail konce posuvného členu 3,1, kdy VI = 0 a posuvný člen tedy neobsahuje kuželový konec 3,12, konec posuvného členu má tvar komolého rotačního kužele, jehož menší podstava o průměru D2 odpovídá ústí kapiláry 3,4. procházející vertikálně celým posuvným členem směrem k analyzátoru. Výška komolého kužele je V2, kolem kapiláry 3,4 je dutina 5. Uhel χ značí vrcholový úhel komolého kužele. Válcová část těla posuvného členu má průměr D3.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1: Možnosti konstrukce analytického hydrocyklónu
Analytický hydrocyklón podle předkládaného vynálezu je schematicky znázorněn na obr. 3. Do těla 3,3 hydrocyklónu je vložen posuvný člen 3,1, který umožňuje odebírat minimální množství média zbaveného nečistot z hlavního proudu tekutého média otvory 3,2, umístěnými v jeho kuželovém konci 3,12. Kapilárou 3,4 je vzorek odváděn k vhodnému analyzátoru. Tělo 3,11 posuvného členu 3,1 je opatřeno komolým rotačním kuželem, který je připojen ke kuželovému konci 3,12 tak, aby vzniklo odsazení o velikosti a (obr. 4). Vzdálenost a je dána rozdílem poloviny průměrů podstav D1 a D2 komolého kužele (obr. 5). Hodnota parametru a leží s výhodou v rozmezí 0 až 0,5 Dl. kde Dl je průměr podstavy odsazeného kuželového konce 3,12. Volbou parametru a a zasunutí posuvného členu 3,1 do výstupu 3,10 lze nastavit tlakové parametry tak, aby filtrát samovolně vytékal kapilárou 3,4, napojenou na otvory 3,2 v kuželovém konci 3,12. Tekuté médium, které je separováno/filtrováno, vstupuje do zařízení tangenciálním přívodem 3,9 a vystupuje výstupem 3,10 v dolní části hydrocyklónu. Úhel a stěn hydrocyklónu je v rozmezí od 0° (válcový separátor, případně odstředivka) do 150°. Hydrodynamické podmínky v analytickém hydrocyklónu se kromě volby parametru a nastavují hloubkou zasunutí posuvného členu 3,1. Jeho horní část je kluzně vedena v pouzdru 3,6. v němž je umístěn těsnicí „O“ kroužek 3,14, který zajišťuje hermetičnost celého zařízení. Posuvný člen 3,1 je na konci opatřen závitem, na němž je matice 3,7, jejímž otáčením se nastavuje vertikální poloha kuželové části posuvného členu 3,1 v těle 3,3 hydrocyklónu. Fixaci polohy zajišťuje pružina 3,8. Plášť analytického hydrocyklónu se skládá ze dvou částí - těla 3,3 s výstupem 3,10 pro tekuté médium, a víka 3.5 s tangenciálním přívodem 3,9 tekutého média a otvorem pro zasunutí posuvného členu 3,1. Obě části jsou hermeticky, ale rozebíratelně, spojeny. To umožňuje čištění zařízení v případě usazení nečistot.
Detail posuvného členu 3,1 je na obr. 4. Pro funkci je důležité nastavit geometrické rozměry tak, aby zařízení optimálně pracovalo jako analytický separátor/filtr. Kromě parametrů a a Dl je možno volit i úhel E, pod nímž nasedá kuželový konec 3,12 posuvného členu 3,1 na tělo 3,11. S výhodou je velikost úhlu E v rozmezí od χ/2 do 90°. Podle matrice použitého tekutého média je v některých případech vhodné použít odlišný vrcholový úhel χ kuželového konce 3,12 posuvného členu, který leží v rozmezí a/2 až a.
S výhodou řešení analytického hydrocyklónu umožňuje minimalizovat jeho mrtvý objem a snížit dobu nutnou pro přípravu vzorku pro analýzu. Jednou z možností je spojení temperace vzorku a jeho filtrace/separace jak je ukázáno na obr. 5. Temperující tekutina vstupuje do dutiny 5 posuvného členu vstupem 5,1 a vystupuje výstupem 52. Uvnitř dutiny 5 posuvného členu je ve styku s výstupní kovovou kapilárou odvádějící vzorek k analýze a temperuje jej.
Vnitřní část kapiláry 3,4 pro odběr vzorku filtrátu z hydrocyklónu může být opatřena senzory 6 pro analýzu vzorku přímo uvnitř kapiláry, jak je ukázáno na obr. 6. Na obr. 6 jsou schematicky znázorněny vodiče 6,1 elektrického výstupního signálu senzoru a příklady dvou typů vložených
-6CZ 309113 B6 senzorů. Na obr. 6 A je jako detekční prvek vložena mikrodialyzační sonda, přičemž od vstupu 62 perfuzátu je tekutina vedena přes aktivní membránu k výstupu 6,3 dialyzátu. Analýzou dialyzátu je stanovena koncentrace analyzované látky. Na obr. 6 B je příklad, kdy je do výstupního proudu vzorku vložen elektrochemický senzor 6,4 připravený sítotiskem.
Příklad 2: Analytický hydrocyklón s posuvným členem bez kuželového konce
Byl zkonstruován analytický hydrocyklón podle příkladu 1. Materiálem těla 3,3 hydrocyklonu byla nerezová ocel, maximální průtok média hydrocyklónem byl 1000 ml/min. Analytický hydrocyklón byl vysoký 105 mm. Maximální průměr víka byl 50 mm.
Vstupní médium bylo do tangenciálního přívodu 3,9 hydrocyklonu čerpáno pomocí čerpadla. Posuvný člen 3,1 nebyl opatřen na konci kuželovou částí (viz obr. 7). Toto uspořádání je konstrukčně jednodušší, avšak vyžaduje, aby byl vzorek odebírán pomocí čerpadla. (V místě odběru vzorkuje podtlak.)
Uhel a stěn hydrocyklonu byl 30°. Výška V2 komolého kužele posuvného členu 3.1 byla 42 mm. Vrcholový úhel γ byl 30°, vnější průměr kapiláry 3.4, odpovídající průměru D2 menší podstavy komolého kužele, byl 6 mm. Vnitřní průměr kapiláry 3.4 byl 1 mm. Průměr D3 větší podstavy komolého kužele byl 17 mm.
Horní část posuvného členu 3.1 byla kluzně vedena v pouzdru 3.6, v němž byl rovněž umístěn těsnicí „O“ kroužek 3.14, který zajišťoval hermetičnost celého zařízení. Posuvný člen 3.1 byl na vnějším konci opatřen závitem M16 v délce 15 mm, kompatibilním s aretační M16 maticí 3.7 o průměru 20 mm, jejímž otáčením se nastavila vertikální poloha posuvného členu 3.1 v těle 3.3 hydrocyklonu. Fixaci polohy zajišťovala pružina 3.8, umístěná uvnitř těla 3.3 hydrocyklonu, po vnějším obvodu vodicí tyče 3.15.
Vnitřní průměr vstupu 3,9 byl 8,5 mm a výstup 3,10 měl průměr 6 mm.
Temperace vzorku byla prováděna v dutině 5 posuvného členu 3,1. Temperující tekutina (voda) vstupovala do dutiny 5 posuvného členu vstupem 5,1 a vystupovala výstupem 52. Uvnitř dutiny 5 posuvného členu byla ve styku s vnějším povrchem výstupní kovové kapiláry 3,4, odvádějící vzorek k analýze a temperovala jej. Kapilára byla připojena k analyzátoru (mimo tělo hydrocyklonu), v tomto konkrétním příkladu byl jako analyzátor použit detektor glukózy.
Při průtoku 1000 ml/min a maximálního vysunutí posuvného členu do horní polohy je průtok kapilárou 3,4 1 ml/min. (Analytický hydrocyklón odebírá 0,1 % objemu protékajícího média k analýze). Zasunutím posuvného členu 3,1 do nižší polohy lze tento průtok zvýšit.
Příklad 3: Analytický hydrocyklón s posuvným členem obsahujícím kuželový konec
Tento hydrocyklón byl zkonstruován analogicky jako hydrocyklón v příkladu 2, s tím rozdílem, že posuvný člen 3,1 obsahoval kuželový konec 3,12. Tento kuželový konec 3,12 měl průměr Dl podstavy o velikosti 10 mm, výšku VI 17,5 mm a byl odsazen od komolého kužele o vzdálenost a = 2,5 mm. Otvory 32 pro odběr vzorku k analýze byly čtyři a měly průměr 1 mm. Uhel β byl 45° a vrcholový úhel χ kuželového konce 3,12 posuvného členu byl stejný jako úhel stěn hydrocyklonu, tedy 30°.
V tomto provedení byl do kapiláry 3,4 v temperovaném místě (tedy v místě, kde kapilára 3,4 procházela dutinou 5 posuvného členu) umístěn elektrochemický senzor 6,4 koncentrace glukózy, připravený sítotiskem.
-7 CZ 309113 B6
Příklad 4: Použití hydrocyklónu podle přídkladu 3
Při výrobě piva je důležitým technologickým krokem měření koncentrace sacharidů v průběhu mutování (štěpení škrobů vařením) a kvašení (přeměna zkvasitelných cukrů na alkohol). Rmutování trvá 30 minut až 3 hod. Médium obsahuje hrubé částice. Při vzniku nižších cukrů se mění viskozita a médium se stává „lepivé“. Jeho filtrace je obtížná. Pro řízení technologického procesu je nutná rychlá příprava vzorku. V případě kvašení je nutno měřit dlouhodobě. Zde činí problém postupné zanášení filtrů. Pro obě operace lze s výhodou využít analytický hydrocyklón podle předkládaného vynálezu.
Zařízení mělo stejné uspořádání jako analytický hydrocyklón v příkladu 3. Bylo zkonstruováno pro průtok 1 1/min. Kapilára 3,4 analytického hydrocyklónu obsahovala senzor glukózy.
Na rozdíl od známých řešení hydrocyklónů, která provádí technickou separaci, nečistoty vychází výstupem 3,10 a tekutina zbavená nečistot odchází středním otvorem výstupu. Vložením posuvného členu 3,1 je hydrodynamika odlišná. Probíhá analytické odstranění nečistot, tekuté médium vystupuje výstupem 3,10 a pouze 0,1 až 1 % čistého média je odváděno k analýze. V tomto uspořádání byla analyzována koncentrace glukózy v médiu v průběhu mutování piva. Hrubé částice byly z analyzovaného vzorku odděleny a pouze čisté médium bylo vedeno kapilárou 3,4 k analyzátoru. V tabulce 1 jsou uvedeny výsledky měření průtoku analytu vzhledem k průtoku vzorku. Hydrocyklón byl navržen pro průtok vzorku 1000 ml/min. V souhlase s teoretickým návrhem analytu začal samovolně vytékat pro průtoky nad 1000 ml/min. Časové zpoždění je menší než 1 min.
Průtok vzorku [ml/min] Průtok (rotametr) Průtok analytu Čas [minut]
1 293 ml/min 299 0 ml/min 0:41
2 774 ml/min 758 0 ml/min 0:31
3 3200 ml/min 1,44 ml/min 0:15
V porovnání s tímto postupem je klasický způsob analýzy, kdy každý vzorek musí být v daném čase odebrán ze mutovaného piva, přefiltrován od hrubých nečistot a teprve následně podroben analýze, mnohem složitější a zdlouhavější. Tento způsob je v porovnání s použitím analytického hydrocyklónu podle předkládaného vynálezu velmi pracný a zdlouhavý, navíc filtrací mohou být do výsledků vneseny nepřesnosti související se zanášením filtrů v případě vyšší viskozity média.

Claims (13)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Analytický hydrocyklón, obsahující tělo (3.3) ve tvaru válce nebo kužele, přičemž tělo (3.3) je na jednom konci opatřené víkem (3.5), s výhodou válcovým, které je opatřeno tangenciálním přívodem (3.9) pro tekuté médium, a na opačném konci je tělo (3.3) hydrocyklónu opatřeno výstupem (3.10) tekutého media, vyznačený tím, že:
    - tělo (3.3) a víko (3.5) jsou hermeticky rozebíratelně spojené;
    - úhel (a) stěn těla (3.3) hydrocyklónu je v rozmezí od 0° do 150°;
    - analytický hydrocyklón dále obsahuje posuvný člen (3.1) pro odběr filtrátu z proudu tekutého média, kterýžto posuvný člen (3.1) je posuvně zasazen uvnitř těla (3.3) skrze otvor v ose víka (3.5);
    přičemž posuvný člen (3.1) obsahuje tělo (3.11) připojené k vodicí tyči (3.15), přičemž tělem (3.11) i vodicí tyčí (3.15) posuvného členu (3.1) prochází kapilára (3.4) pro odvádění vzorku pro analýzu;
    přičemž tělo (3.11) posuvného členu (3.1) je alespoň z části ve tvaru komolého rotačního kužele o výšce (V2), vrcholovém úhlu (γ) v rozmezí od (a) do (a)/2, průměrem (D3) větší podstavy a průměrem (D2) menší podstavy, kde minimální velikost (D2) odpovídá průměru výstupu (3.10) pro filtrát a maximální velikost (D2) je menší než velikost otvoru v ose válcového víka (3.5); a přičemž tělo (3.11) posuvného členu (3.1) je svou větší podstavou připojené k vodicí tyči (3.15), která prochází skrze otvor v ose víka (3.5).
  2. 2. Analytický hydrocyklón podle nároku 1, vyznačený tím, že tělo (3.11) posuvného členu dále obsahuje válcovou část o průměru (D3) a výšce (V3), ke které je svou větší podstavou připojena část ve tvaru komolého kužele, přičemž vodicí tyč (3.15) je připojena k opačné podstavě válcové části, než ke které je připojena část ve tvaru komolého kužele.
  3. 3. Analytický hydrocyklón podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že posuvný člen (3.1) dále obsahuje kuželový konec (3.12) uzpůsobený pro zasunutí do výstupu (3.10), přičemž kuželový konec (3.12) je ve tvaru rotačního kužele s průměrem (Dl) podstavy, výškou (VI) a vrcholovým úhlem (γ), přičemž kuželový konec (3.12) je svou podstavou připojený k menší podstavě komolého kužele těla (3.11) posuvného členu a mezi podstavou kuželového konce o průměru (Dl) a menší podstavou komolého kužele o průměru (D2) je umístěn alespoňjeden otvor (3.2) pro odběr filtrátu z proudu tekutého média, připojený ke kapiláře (3.4) pro odvod filtrátu k analyzátoru; a přičemž velikost (VI) je v rozmezí od 0 do (V2)/2 a přičemž (D2) je v rozmezí od (Dl)/2 do (Dl).
  4. 4. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, že úhel (a) stěn těla (3.3) hydrocyklónu je v rozmezí od 20° do 130°, s výhodou v rozmezí od 20° do 100°, výhodněji v rozmezí od 20° do 95°, nejvýhodněji v rozmezí od 30° do 45°.
  5. 5. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, že vrcholový úhel (γ) posuvného členu (3.1) je v rozmezí od 10° do 120°, s výhodou v rozmezí od 15° do 100°, výhodněji v rozmezí od 25° do 90°, nejvýhodněji v rozmezí od 30° do 45°.
  6. 6. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, že vodicí tyč (3.15) má tvar válce a je na svém konci, vyústěném skrz otvor ve víku (3.5), opatřena závitem a s ním kompatibilní maticí (3.7) pro nastavení polohy posuvného členu (3.1) v těle (3.3) hydrocyklónu.
    -9CZ 309113 B6
  7. 7. Analytický hydrocyklón podle nároku 6, vyznačený tím, že vodicí tyč (3.15) posuvného členu (3.1) je uvnitř těla (3.3) hydrocyklónu opatřena pružinou (3.8).
  8. 8. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačený tím, že vodicí tyč (3.15), je kluzně vedena v pouzdru (3.6), umístěném v otvoru vose válcového víka (3.5), s výhodou je vodicí tyč (3.15) v pouzdru (3.6) utěsněna těsnicím „O“ kroužkem (3.14).
  9. 9. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoliv z předchozích nároků 3 až 8, vyznačený tím, že mezikruží podstavy kuželového konce (3.12) posuvného členu (3.1), přesahující menší podstavu připojeného komolého kužele, je zkosené pod úhlem (β) od roviny podstavy kuželového konce (3.12) směrem kjeho vrcholu, přičemž úhel (β) je v rozmezí od γ/2 do 90°, s výhodou je úhel (β) v rozmezí od 5 do 90°, výhodněji v rozmezí od 15 do 75°, ještě výhodněji v rozmezí od 30 do 60°.
  10. 10. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, že tělo (3.11) posuvného členu (3.1) obsahuje dutinu (5), obklopující procházející kapiláru (3.4).
  11. 11. Analytický hydrocyklón podle nároku 10, vyznačený tím, že dutina (5) je dále opatřena vstupem (5.1) pro temperující kapalinu a výstupem (5.2) pro temperující kapalinu.
  12. 12. Analytický hydrocyklón podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, že v kapiláře (3.4) je umístěn alespoň jeden senzor (6) pro analýzu odebraného filtrátu.
  13. 13. Použití analytického hydrocyklónu podle kteréhokoliv z předchozích nároků pro analytickou filtraci.
CZ2020703A 2020-12-21 2020-12-21 Analytický hydrocyklón a jeho použití CZ309113B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020703A CZ309113B6 (cs) 2020-12-21 2020-12-21 Analytický hydrocyklón a jeho použití

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020703A CZ309113B6 (cs) 2020-12-21 2020-12-21 Analytický hydrocyklón a jeho použití

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2020703A3 CZ2020703A3 (cs) 2022-02-02
CZ309113B6 true CZ309113B6 (cs) 2022-02-02

Family

ID=80038228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020703A CZ309113B6 (cs) 2020-12-21 2020-12-21 Analytický hydrocyklón a jeho použití

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309113B6 (cs)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110001045A1 (en) * 2007-12-11 2011-01-06 Smiths Detection-Watford Limited Substance detection device utilizing a cyclone particle separator
US20110159596A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Explodet Technologies Ltd. Substance detector
US10222302B1 (en) * 2014-11-06 2019-03-05 Mayeaux Holding Llc Cyclonic system for enhanced separation in fluid sample probes and the like
WO2019178653A1 (ru) * 2018-03-20 2019-09-26 Крассимир ИОНКОВ Гидроциклон для цепи измельчения

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110001045A1 (en) * 2007-12-11 2011-01-06 Smiths Detection-Watford Limited Substance detection device utilizing a cyclone particle separator
US20110159596A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Explodet Technologies Ltd. Substance detector
US10222302B1 (en) * 2014-11-06 2019-03-05 Mayeaux Holding Llc Cyclonic system for enhanced separation in fluid sample probes and the like
WO2019178653A1 (ru) * 2018-03-20 2019-09-26 Крассимир ИОНКОВ Гидроциклон для цепи измельчения

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2020703A3 (cs) 2022-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11747238B2 (en) Liquid to liquid biological particle concentrator with disposable fluid path
US12013322B2 (en) Liquid to liquid biological particle concentrator with disposable fluid path
US20210187417A1 (en) Method and Apparatus for Processing and Analyzing Particles Extracted From Tangential Filtering
US5733507A (en) Biological cell sample holder for use in infrared and/or Raman spectroscopy analysis holder
US20070277596A1 (en) Automatic Chlorophyll Analyzer And Analytical Method
CA2452800A1 (en) Flow control metering system and method for controlling filtration of liquid-based specimens
CN115060571A (zh) 具有一次性流体路径的液体到液体生物粒子浓缩器
US5560889A (en) Sample treatment apparatus
CN113993604B (zh) 生物过程纯化系统中的方法
US4699013A (en) Sampling device
JP2002315598A (ja) 濾過器を用いた粒子の計装処理方法並びにその装置
CZ309113B6 (cs) Analytický hydrocyklón a jeho použití
US10975349B2 (en) Method and apparatus for continuous automated perfusion system harvesting from in-situ filtration probe
CN101898088B (zh) 一种适用于微量样品前处理的离心超滤装置
CZ34785U1 (cs) Analytický hydrocyklón
WO2002002735A1 (en) Top and bottom open centrifuge tube
EP2107946A2 (en) Device and method for separating a liquid component of a blood sample, and analyzer apparatus comprising such a device
US8717674B2 (en) Custom filtration slide and filtration apparatus and method
KR100794434B1 (ko) 엽록소 자동 분석장치 및 분석방법
JP2004536602A (ja) 遠心分離機を監視、制御及び/又は調整する方法並びにシステム
JPS5953827B2 (ja) 自動サンプリング装置及びその方法
CN110865065A (zh) 采用拉曼光谱分析的实时采样分析装置
JPH03147778A (ja) 培養槽のサンプリング装置
CN213456226U (zh) 一种液体样品循环定量采集装置
JP4062549B2 (ja) 懸濁液からの不溶物分離用セル

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20221221