DE1457330A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Stromes von Fluessigkeit stetig veraenderlicher Zusammensetzung - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung eines Stromes von Fluessigkeit stetig veraenderlicher Zusammensetzung

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DE1457330A1
DE1457330A1 DE19631457330 DE1457330A DE1457330A1 DE 1457330 A1 DE1457330 A1 DE 1457330A1 DE 19631457330 DE19631457330 DE 19631457330 DE 1457330 A DE1457330 A DE 1457330A DE 1457330 A1 DE1457330 A1 DE 1457330A1
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DE
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chamber
chambers
axis
liquid
rolling
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DE19631457330
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English (en)
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Alfred Forchheimer
Svensson Dr Phil Svante Harry
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INGENJOERS CONSULTA FA
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00Mixers with rotating receptacles
    • B01F29/40Parts or components, e.g. receptacles, feeding or discharging means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00Mixers with rotating receptacles
    • B01F29/60Mixers with rotating receptacles rotating about a horizontal or inclined axis, e.g. drum mixers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/81Forming mixtures with changing ratios or gradients

Description

  • Vorrichtung zur Brzeugung eines Stromes von Flüssigkeit ig veränderlicher Zusammensetzung.
  • Die in Folgendem beschriebene Erfindung ist eine Verbesserung sogenannter Gradientenmischer, d. h. Vorrichtungen zur Erzeugung eines Stromes von Eldssigkeit stetig veränderlicher Zusammenestunng. S@@che V@rriohtungen habenin modenner chemischer Forschung ein bedeutendes Anwendungsgebiet, vor allem innerhalb der Chromatographie, wenn man in einem Elutionsprozess die Elutionskraft der Flüssigkeit stetig steigern will, um mit angemessenen Fldssigkeitsmengen auch hart sorbierte Substanzen herauszulösen.
  • Innerhalb des elektrophoretischen Arbeitsgebietes und bei präparativer Zentrifugierung hat man während der letzten Jahre angefangen, Dichtegradienten als stabilisierendes Mittel gegen Sonvektionen anzuwenden, wobei die Sicherheit der Grenzschichtseparation steigt und ausserdem eine Zonenseparation ermöglicht wird. Bei den meisten Anwendungsgebieten von ElAssigkeitsgradienten ist es von einer gewissen Bedeutung, dass dieselben jeweils reproduzierbar dargestellt werden können. Ausserdem stellt man an einen Gradientenmischer die Anforderungen, dass er verschiedenartigen (linearen, konkaven oder konvexen) Verlauf der Fldssigkeitszusammensetzung steuern kann, sowie auch auf verschiedene Gesamtsflüssigkeitsmengen, innerhalb welcher die Veränderungen stattfinden sollen, einstellbar ist. Er soll schliesslich auch einfach und bequem in der Handhabung sein.
  • Die meisten in der Litteratur beschriebenen Gradientenmischer arbeiten mit offenen Mischkammern, welchemiteinander parallel oder in Reihe geschaltet und mit Vorrichtungen zur Homogenisierung des Inhaltes versehen sind. Keine solcher Vorrichtungen können höheren Anforderungen an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit genAgen. Der so erzeugte Gradient muss ausser bei verschwindend kleiner Strömungsgeschwindigkeit von Viskositätsunterschieden abhängig sein, woraus hervorgeht, dass man bei der praktischen Arbeit mit Abhängigkeit von dereStrömungsgeschwindigkeit zu tun hat. Ausserde m sind Gleichgewichtslagen der Flüssigkeitsspiegel in offenen kommunizierenden Gefässen von der Dichte der zu mischenden Fldssigkeiten abhängig, während bisher veröffentlichte Theorien fAr Gradientenmischer gleichhohe Fltssigkeitsspiegel, d. h. konstante Dichte, voraussetzen.
  • Dieser Umstand ist vor Allem lästig wenn es sich um Erzeugung von Dichtegradienten handelt, oder wenn man andere Gradienten mit Hilfe verschieden schwerer Fldssigkeiten erzeugen will.
  • Bine Reihe anderer in der Litieratur beschriebener Mischer arbeiten mit geschlossenen Mischkammern und liefern somit zufriedenstellend reproduzierbare Gradienten. Ihre Anpassungsmöglichkeiten mit Hinsicht auf verschiedenartigen Bedarf von Gradientenform und Gesamtmenge der Fldssigkeit sind jedoch sehr mangelhaft.
  • Jeder Gradientenmischer muss mit Vorrichtungen zur ständigen Homogenisierung des FaSrikßitainhaltes in den Mischkammern ausgertstet sein. In bisher bekannten Apparaten bestehen diese Vorrichtungen aus mechanisch oder magnetisch betriebenen Rührkörpern innerhalb der stillstehenden Kamhern. erzeugt man anstatt dessen eine relative Bewegung zwischen Rthrkörpern und Kammern durch Antrieb der Kammern erhält man eine Reihe bedeutender Vorteile.
  • Erstens können die Rührkörper ausserordentlich einfach hergestellt sein und ausserdem frei in die Kammer eingelegt oder pendelnd befestigt werden, wodurch man komplizierte mechanische Konstruktionen zum Antrieb mehrerer, räumlich voneinander in einem Mehrkammersystem getrennter Rührkörper, vermeidet. Die wesentliche Anforderung, welche an die Rührkörper gestellt wird ist dann nur, dass diese spezifisch schwerer oder leichter sein müssen als die zu mischenden Flüssigkeiten, sodass die Fldssigkeit in der von den Kammern induzierten Bewegung die R5hrkörper nicht mitnimmt. mine dritte Alternative wären RUhrkörper mit einem schweren und einem leichten Ende, welche in einer Fldssigkeit ständig bestrebt wären, sich in aufrechter Stellung zu halten.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, den freien Gesantinhalt des Kammersystemes mit Hilfe des Rauminhaltes der Rthrkörper zu ändern.
  • In dieser Ausfthrung brauchen die Rührkörper ja keiner mechanischen Antriebsvorrichtung angepasst zu sein. Ein hinreichend effektiver Rthrkörper braucht nicht gréser als einige Prozent des Kammerinhaltes zu sein. Andererseits kann ein Rührkörper sogross gewählt werden, dass nur ein geringer Bruchteil des Kammervolumens l fAr die zu mischenden Fldssigkeiten Ubrig bleibt.
  • Schliesslich gewinnt man mit einer solchen Vorrichtung den Vorteil des zwecks Reinigung bequemeren Ausseinandernehmens und Zusammensetzens.
  • Die erfindungsgemäss arbeitende Vorrichtung, welche sich durch ausserordentlische Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der erzeugten Fltssigkeitsgradienten auszeichnet und leicht dem ververschiedenartigsten Bedarf angepasst werden kann ist also gekennzeichnet durch mindestens zwei in Reihe geschaltete Kammern, welche mit Ausnahme von im Verhältnis zum Rauminhalt der Kammern kleinen Verbindungen zwischen den Kammern geschlossen sind, durch Vorrichtungen für Eltssigkeitszufuhr zu der einen Sndkammer und FlUssigkeitsabfuhr von der anderen, durch in den Kammern eingeschlosseneRUhrkörper welche mindestens ein Material enthalten, dessen Dichte ausserhalb des Dichtegebietes der zu mischenden Flüssigkeiten liegt, sowie durch eine auf das Kammersystem wirkende Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen Kammern und Rührkörpern.
  • Von den fUr. ein Kammersystem laut Brfindung geeigneten Bewegungsformen stehen sich Drehbewegung und hin-und hergehende Translationsbewegung gegenUber. Im ersteren Falle induziert die Schwerkraft eine Bewegung der Rührkörper relativ der umgebenden FlAssigkeit und erzeugt somit eine homogenisierende Wirkung. Im letzteren Falle ruft die Trägheit der Rührkörper mit demselben Erffekt eine relative Bewegung zur Fldssigkeit hervor.
  • Eine Drehbewegung ist leichter zu erzeugen und kann im Allgemeinen mit llnsicht auf den REhreffekt als gAnstiger angesehen werden, abgesehen von dem geräuschloseren und vibrationsfreien Gang etc. Die im Prinzip einfachste Drehbewegung ist eine Rotationsbewegung der Kämmern, welche in einem erfindungsgemäss vorgesehenen Spezialfall derart ausgefffhrt werden kann, dass das ganze Kammersystem um eine gemeinsame Achse rotiert. Eine weitere wichtige AusfUhrung laut dieser Erfindung ist durch eine pendelnde Dreh.. bewegung der Kammern, eventuell um eine gemeinsame Achse, gekenntzeichnet.
  • Mischkammern können im Rrinzip beliebige Form besitzen. Es ist jedoch mit Hinsicht auf den wffnschenswerten hohen Rilhreffekt, kombiniert mit der Anpassungsfähigkeit an verschiedenen Rauminhalt, vorzuziehen, im Wesentlichen zylindrische Mischkammern anzuwenden. Wählt man nun solche Kammern, gibt es eigentlich keinen Anlass fUr nicht-parallele Zylinderachsen, und besonders einfach wird die Konstruktion, wenn alle Zylinderkammern eine gemeinsame Achse haben, welche dann gleichzeitig auch Drehachse ist. Andere AusfUhrungsformen sind jedoch möglich und können sogar gewisse Vorteile haheni. Somit hat eine Vorrichtung mit zylindrischen Mischkammern und parallelen Kammerachsen, aber einer zu dieser Achsen richtung einen Winkel bildenden Drehachse gewisse Vorteile im Zusammenhang mi-t bestimmten Arten von Rührkörpern. Herauf wird unten in Verbindung mit der Beschreibung der RUhrförperformen nicher eingegangen.
  • Ein bedeutender konstruktionsmässiger Vorteil mit zylinderförmigen Mischkammern ist die Möglichkeit, die Kammern aus im Wesentlichen rohr-und plattenförmigen Elementen aufzubauen. Fft den Fall, dass die Kammern eine gemeinsame Achse haben, können ausserdem-alle plattenförmigen Elemente, ausser den beiden Endplatten, jeweils fAr zwei Kammern gemeinsam sein.
  • Wenn ein Rührkörper eine mittlere Dichte, definiert als der QUcbio'it zwischen dessen Gesamtsmasse und Gesamtrauminhalt, hat, welche Dichte entweder grösser ist als die der schwersten im Sys-Xem befindlichen Bltssigkeit oder kleiner als die Dichte der leichtesten im Systhem befindlichen Flüssigkeit, wird ein solcher Körper stets entweder am Boden der Mischkamser liegen oder an deren Decke schwimmen. Bei einer Bewegung der Kammern wird deshalb eine relative Bewegung zwischen Rthrkörper und der denselben umgebenden Fldssigkeit stattfinden und somit ein hamogenisierender Effekt erzeugt. Bine solche Eigenschaft der Rührkorper ist zwar als Bedingung genügend, jedoch nicht notwendig. Ein RUhrkörper kann auch eine beliebige Mitteldichte haben, aber aus mindestens zwei Materialkomponenten bestehen, von denen der Eine schwerer als die schwerste im System befindliche Flüssigkeit ist und der Andere leichter als die leichteste um System beSindlicheFlAssikeit. Sind diese beiden Materialkomponenten innerhalb des Rührkörpers so verteilt, dass derselbe in einer Fldssigkeit mit einer von der Mitteldichte des Rührkörpers nicht stark abweichenden Dichte eine bestimmte Lage in der Vertikalebene einnimmt, so wird der Rührkörper bestrebt sein, diese Lage beizubehalten, auch wenn die Kammer und damit die Flüssigkeit sich bewegt. Dabei vexhält sich der Rthrkörper im Wesentlichen, stillstehend, mit leichtem Druck gege n den Boden oder die Decke der Kammer gleitend, oder in der umgebenden Fldssig~ keit frei schwebend, wodurch ein mischender und homogenisierender Effekt entsteht.
  • Die erfindungsgemäss anzuwendenden Rührkörper können beweglich an den Kammerinnenwänden befestigt sein, sind jedoch vorzugsweise frei in die Kammern einzulegen. Im letzteren Fall kann man die in Frage kommenden Rührkörper in drei Kategorien einteilen, nämlich solche, welche zu mindest eine feste Schale haben, solche, welche flAssig sind und gasförmige. In allen drei Fällen gilt natArlich die Forderung, dass die Rührkörper im Wesentlichen unlöslich in und beständig gegen die zu mischenden Fldssigkeiten sind.
  • Rührkörper in Form von Luftblasen oder anderen Gasen sird voltkommen möglich, wenn man nur daftir sorgt, dass die Löslichkeit in den zu mischenden Flüssigkeiten klein ist und dass zwar die Flüssigkeit, jedoch nicht das Gas durch'die Verbindungskanale zwischen den Kammern durchpassieren kann. Gasförmige Rthrkörper haben den Vorteil, dass sie nichts kosten, zu mindest wenn es sich um luft handelt und dass sie eine bequeme und kontinuerliche Veränderung des FlAssigkeit9volumens in den Kammern in weiten Grenzen zulassen.
  • Ein ernsthafter Nachteil ist inzwischen die hohe Kompressibilität, welche die Reproduzierbarkeit derVorrichtung dadurch gefahrdet, dass FlAssigkeitsmengen in den Kammern mit Druck und Temperatur variieren können. Ausserdem führt die geringe Dichte mit sich, dass auch geringe Löslichkeit in den zu mischenden BlAssigkeiten das Gasvolumen stark verändern kann. Man muss also unbedingt die Flüssigkeiten mit dem betreffenden Gas sättigen, bevor man die Mischvorrichtung einschaltet. Es kann somit nicht erwartet werden, dass gasförmige Rthrkörper das bestmögliche Resultat lieferm.
  • Flüssige Rührkörper haben mit Hinsicht auf Kosten und Flexibilitdt des Rauminhaltes dieselben Vorteile wie gasförmige.
  • Ausserdem haben sie den Vorteil, praktisch genommen inkompressibel zu sein. Die einzige Schwierigkeit mit flttssigen Rührkörpern besteht also in Erfüllung der Forderung, dass die Verbindung skanäle zwischen den Kammern fUr die zu mischende Fltssigkeit durchlässig sein müssen, dagegen nicht fAr die den Rührkörper ausmachende Flüssigkeit. Wie man dies erreichen kann, wird in anderem Zusammenhang aufgezeigt. Man kann die Verbindungskanäle auch so verlegen und die Geschwindigkeit der Kammerbewegung so wählen, dass die den Rührkörper ausmachende Fltssigkeit fast still und in einem sicheren Abstand von den in die Kammern einmündenden Kanalenden liegt. Apolare Fldssigkeiten (Kohlentetrachlorid und Paraffinöl als Beispiele je einer schweren und leichten Rührkörper-Flüssigkeit) können zur Durchmischung von wässrigen Lösungen angewendet werden. Umgekehrt kann man Nasser als Rührkörper-Flüssigkeit zur Mischung vom Ölen benützen.
  • Die fEr diese Erfindung vorzugsweise gedachte Aus£5hrung der REhrkörper ist jedoch die, welche zu mindest eine feste Schale 'aus einem Material hat, welches gegen die zu mischenden Flüssigkeiten bestkndig ist. Unter diesen Rührkörpern haben rollende Typen ein spezielles Interesse, da ja die Mischkammern vorzugsweise zylindrisch geformt gedacht sind.
  • Gewisse Typen von Rollkörpern haben nur einen Berührungspunkt mit einer ebenen Unterlage und kdnnen daher um mehrere Achsen rollen.
  • Hierher gehören sphärische, rotationsellipsoidische oder eierförmige Korper, entweder massiv, wobei sie gewöhnlich auf dem Boden der Kammern rollen, oder hohl, wobei sie gegen die Kammerdecke rollen können. Diese Rollkörpertypen sind anwendbar, wenn die Zylinderachse der Kammern mit der Drehachse einen Winkel bildet. Hierbei führen diese Rollkörper sowohl tangentiale, wie auch achsiale Bewegungen innerhalb der @ylinder aus, wobei ein optimaler Homogenisierungseffekt erreicht wird. Kugelförmige Rollkörper sii jedoch auch in anderen Fällen vollkommen anwendbar.
  • Ein Rollkörper, der nicht bällig ist, hat mmdestens zwei Berfthrungspunkto mit einer ebenen Unterlage. Ein solcher Körper ist nur um eine. gegebene Achse rollbar, welche sich inzwischen im Verhältnis zum Rollkörper währenddes Rollens verschieben kann und folgendermassen definiert werden muss : Mit der Rollachse eines Rcllkörpers in einer bestimmten Iage auf ebener Unterlage meint man die Verbindungslinie zwischen den Krümmungszentren der beiden äussersten Berührungspunkte des Rollkörpers mit der Unterlage in denjenigen Ebenen, welche gegen diese Unterlage rechtwinklig und mit der Rollrichtung parallel sind.
  • Vorzugsweise wählt man Rollkörper, deren Rollachse ihre Richtung im Raum währenddes Rollens beibehalten. Hierbei generiert die Rollachse währenddess Rollens eine Art zylindrischer Mantelfläche. Ein solcher Körper ist beispielsweise ein Zylinder mit ovalem Querschnttoder im speziellen Fall ein gewöhnlicher kreisförmiger Zylinder. zur Rollkörper, welche im wesertlichen mit Hinsicht auf eine Rollachse parallelen Achse achsensymmetrisch sind, liefern beim pollen in einer zylindrischen Kammer hauptsächlich eine Turbulenz mit radialen und tangentialen Geschwindigkeitskomponenten. Man wünscht jedoch, dass die Turbulenz auch eine kräftige achsiale Komponente beinhalten soll. Ein Rollkörper genannter Art sollte deshalb so ge-. formt sein, dass er Blächen bedeutender Ausmasse aufweist, welche Flache mit der Rollachse keinen rechten Winkel bilden. Es ist doch darauf hinzuweisen, dass Rotationsflächen mit Hinsicht auf eine zum Rollkörper festen Rollachse in der umgebenden Fldssigkeit keine achsiale Geschwindigkeitskomponente verursachen. ßeispiele für effektive Rollkörper der hier beschriebenen Art sind dagegen schräg abgeschnittene Zylinder, schräg abgeschnittene Doppelkegel, sowie Rollkörper, welche im Wesentlichen schraubenförmig sind und tiefe Gänge sowie grosse Steigung haben.
  • Ein Rollkörper mit fester Rollachsenrichtung kann auch aus zwei miteinander verbundenen Rädern bestehen, welche im Verhältnis zur Rollachaenrichtung schräg sitzen und nicht kreisförmig zu sein brauchen oder nicht kreisförmig sein sollten. Damit die Rollachsenrichtang während des Rollens konstant bleibt, müssen diese Räder so geformt und ausgerichtet sein, dass ihre Projektionen auf eine zur gewünschten Rollachsenrichtung winkelrechte Ebene im Wesentlichen zusammenfallende, geschlossene Kurven, oder im Spezialfall Kreise, bilden. Macht man die schräggestellten Räder scheibenförmig, also ohne Speichen, erzeugen solche Räder in den Gylinderkammern einen bedeutenden achsialen Rühreffekt. Es gibt dabei in der umgebenden FlAssigkeit auch starke radiale und tangenti. ale Geschwindigkeitskomponenten, welche durch geeignete Formgebung des Verbindungsorganes zwischen den Rädern noch verstärkte werden können. Will man noch weiter gehen, kann man das genannte Verbindungsorgan mit einem Propeller versehen, wodurch die achsiale Geschwindigkeitskomponente der Turbulenz noch mehr verstärkt wird.
  • Ein Rollkörper kann auch so geformt sein, dass seine Rollachse, gemass nbiger Definition, die Richtung im Raum beim Rollen ändert.
  • E@ wird von der Rollachee hierbei eine Art von Konus generiert und der Rollkorper elbot erhält einen gleichzeitig rollenden und wiegenden Gang. Letztgenannte Bewegungskomponente trägt dazu bei, der Flüssigkeit eine achsial gerichtete Kraft zu geben.
  • Lose liegende R5hrkörper brauchen natArlich nicht rollbar zu zein. Sie können auch so wirken, dass sie gegen Boden oder Decke der Kammern währerxl deren Bewegung gleiten. Es kann auch sein, dass rollbare Körper unter gewissen Bedingungen in den sich bewegenden Kammern gleiten anstatt zu rollem. Ffr gleitende Bewegung speziell : geformte Rührkörper können unter Umständen einen sehr guten homogenisierenden Effekt aufweisen. Dies gilt insbesondere fAr den Fall : dass die Drehachse der Kammern mit deren Zylinderachse einen Winkel bildet, die Gleitbewegung achsial ist und der gleitende Körper einen Grossteil des Kammerrauminhaltes einnimmt. Die Achsialkomponente der Turbulenz kann in diesem Fall besonders vergrbssert werden, was mit Rollkörpern nicht so leicht zu erreichen ist.
  • Lose liegende RUhrkörper können schliesslich im Verhältnis zu den Kammerinnenwänden so gestaltet werden, dass sie unter Einwirkung der Kammerbewegung weder rollen noch gleiten, sonder kippen. Solche Körper liegen zeitweise in Verhältnis zu den Kammern still, kippen aber in dem Augenblick, da der Schwerpunkt ausserhalb der Auflagefläche des Körpers fällt, wobei in der umgebenden Fldssigkeit eine starke Turbulenz erzeugt wird.
  • Rollkörper, Gleitkörper und Kippkörper sind voneinander nicht streng zu trennen, sondern derselbe R5hrkörper kann unter gewissen Bedingungen (Form der Kammern und Bewegungsbild derselben) auf die eine oder andere Art wirken.
  • Statt lose liegender Rührkörper ksnn man auch solche anwenden, die beweglich an den Kammerinnenwänden befestigt sind, sogenannte Pendelkörper. Sie können nur in einem Punkt befestigt sein und somit in allen, von. der Kammerform gestatteten Richtungen pendeln, oder in mind e stens zwei Punkten, wobei eine bestimmte Pendelachse gegeben ist. Bin Pendelkörper soll so gestaltet sein, dass er sich in seinen voll ausgeschwenkten Igen an dic Kammerinnenwand anschmiegt, wodurch die dort anhaftende Flüssigkeit weggezwungen wird. Der Grad und die Art der von den Pendelkörpern hervorgerufenen Turbulenz hängt haupsächlich von deren Form in gleicher Weise wie bei den Rollkörpern ab. Pendelkörper sindin erster Hand bei Kammern mit pendelnder Drehbewegung am Platze, sind jedoch auch bei anderen Bewegungsformen sehr effektiv.
  • Die Vermittlung der Fldssigkeit von Kammer zu Kammer kann nach zwei prinzipiell verschiedenen Gesichtspunkten erfolgen.
  • Gemäss dem einen Gesichtspunkt wendet man einen odet mehrere dimensionsmässig definierte Kanäle, wie Löcher, Schlitze oder durch unvollkommene Abdichtung grösserer Löcher seitens Stopfen oder stabförmigen Elementen entstehendes Spiel, an. Im anderen Falle wendet man Filterelemente als Verbindungen zwischen zwei Kammern an.
  • Solche Blemente sind vorzuziehen, wenn man fltssige oder gasförmige Rthrkörper anwendet. Ein mit einer Flüssigkeit benetztes Filter ist nämlich auf Grund der grossen Oberflachenspannungen, die sich in einem kapillaren System bemerkbar machen, bei dem in einem Gradientenmischer wirksamen Druck fUr Gase völlig undurchlässig.
  • Ebenso kann man einen fldssigen Rthrkörper daran hindern, von einer Kammer in die andere zu wandern, wenn man rilterelemente anwendet, welche zu den zu mischenden Fldssigkeiten eine höhere Affinitet (Benetzbarkeit) haben als zu den Rührkörper-Flüssigkeiten. Ein solches Filterelement i fAr die R5hrkörperfltssigkeit undurchlässig, wenn es erst einmal mit der dge Gradientenbildenden Fldssigkeit benetzt ist.
  • Anschluss für Zufluss zu der einen und Abfluss von der anderen Endkammer ist konstruktiv prinzipiell schwieriger bei beweglichen als bei festen Kammersystemen mit Ausnahme von pendelnden Drehbewegungen oder vor-und rAckwärtsgehender Bewegung. FAr solche Fälle , reicht es, die Anschldsse in biegbarem Material, wie Gummi oder Plastik auszufffhren, was man ja in der Regel sowieso macht. Etwas schwieriger wird der Anschluss von Zu-und Abfluss an ein rotierendes. Kammeraystem. In einer erfindungsgemässen Ausführungsform wurde dies durch Lagerung der beiden Eudkammern in Längsdrucklagern, welche je mit einem achsialen Kanal versehen waren, erreicht.
  • Diese Lager haben also gleichzeitig die Aufgabe der Lagerung und des FlAssigkeitsdurchflusses. Die geeignetsten Lager sind gewöhnliche, an Rohre angesetzte Kugelschliffe, welche gegeneinander nicht zentriert zu werden brauchen. Man kann auch an Rohre angesetzte Normalschliffe verwenden, da diese grössere Dichtungsflächen besitzen.
  • Hierbei muss man inzwischenden Anspruch an genaue Zentrierung rfüllen, oder zu@ @indest den einen Schliff elastisch einbetten.
  • Der gesamte Rauminhalt der ivIischvorrichtung kann nicht nur mit Hilfe verschieden grosser Rührkörper, sondern auch durch Wahl verschiedener linzahl von Kammern geändert werden. Um dies zu er@öglichen kan@einer der Lagerböcke oder auch das Lpger in einem der Lagerböcke in Drehachsenrichtung verchiebbar gemacht werden. Bringt man ausserdem zwischen Lager und Lagcrboqk eine Federung ein, kann der Längslagerdruck bequem reguliert werden.
  • Die hnpassungsfähigkeit des Mischers mit Hinsicht auf Verschiedenartigkeit des Verlaufes der Flüssigkeitsgradienten steigt mit der Anzahl der Kammern, da jede weitere Kammer eine neue Wahlmöglichkeit der initialzusammensetzung bietet. Sine grössere Anzahl von Kammern filhrt im Xillgemeinen jedoch auch grössere Berechnungsschwierigkeiten des zu erwartenden Verlaufes bei gegebenen Initialzusammensetzungen in den Kammern mit sich. Ftkr mehr als zwei aneinandergereihte Mischkammern mit beliebigen Rauminhalten und beliebigen Ausgangskonzentrationen ist die mathematische Darstellung der Ausflusszusammensetzung in Abhängigkeit des Ausflussvolumens derart kompliziert (und Abrigens noch nicht allgemeingAltig abgeleitet), dass die Berechnung des Flüssigkeitsgradienten längere Zeit erfordert, als die DurchfUhrung des Versuches. Die mathematische Theorie für diese Erfindung ist also, trotzdem sie im rrinzip-sehr einfach ist, fAr den allgemeinen Fall ziemlich wertlos und man muss sich ftir gewünschte Formen des * Flüssigkeitsgradienten. die Ausgangskonzentrationen experimentell suchen. Der Spezialfall dagegen, in welchem der freie Rauminhalt der Kammern (Nach Abzug des Rthrkörpervolumens), fAr alle Eammern derselbe ist, kann mathematisch sehr leicht behandelt werden, und der allgemeingültige. Ausdruck für die Zusammensetzung des Ausflusses ist ohne Schwierigkeiten zur Bestimmung geeigneter Ausgangszusammensetzung in den Kammern brauchbar. Bine erfindungsgemäss wichtige AusfAhrung sieht also Rührkörper vor, welche nach Einlage in jeweilige Kammern diesen einen rückständigen Rauminhalt geben, welcher fAr sämtliche Kammern des Systhemes dergleiche ist.
  • Nachfolgende Figuren zeigen eine der möglichen Ausfthrungsformen von Gradientenmischvorrichtungen gemäss vorliegender Erfindung, sowie einige Beispiele für geeignete Rührkörper. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung mit ftnf zylindrischen. Kammern mit gemeinsamer Zylinderachse, welche gleichzeitig Umlaufachse ist. Figur 2 zeigt Teile eines kammersystemes, welches aus rohr-und plattenförmigen Aufbauelementen besteht. In der Figur 3 wird ein verschiebbarer Lagerbock mit einem in demselben wiederum verschiebbar und federnd angebrachten Längsdrucklager veranschaulicht. Die Figuren 4 bis 9 geben schliesslich eine Anzahl verschiedener Ausfthrungen von Rollkörpem wieder, welche zur Homogenisierung von Fldssigkeiten in zylindrischen iischkammern geeignet sind schräg abgeschnittener Zylinder, schräg abgeschnittener Doppelkegel, schraubenförmiger Rollkörper, zweirädriger Rcllkörper mit Propeller, zweirädriger Rollkörper mit schrägsitzenden, scheibenförmigen Rädern, sowie Rollkörper, mit wiegendem Gang.
  • In der in Figur 1 gezeigten Ausführung handelt es sich um ein rotierendes Kammersystem, gelagert in Kugelschliffen (a, b), welche gleichzeitig Zu-und hbleitungskanäle fAr die FlAssigkeit beinhalten. Die an diese Schliffe angebrachten Glasröhrchen sind, von Gummihtlsen geschAtzt in den Lagerböcken (c, d) eingespann Der eine dieser Lagerböcke (c), welcher in der Figur 3 gesondert gezeigt wird, ist-in einer Spur (e) in der Grundplatte (f) verschiebbar, wodurch die anzi der Kammern geändert nerden kann.
  • Der Kugelschliff (a) des verschiebbaren Lagerbockes ist gegen diesen federnd (g) gelagert. Diese Federung gestattet einerseits leichte Regulierung des Iagerdruckes und andererseits einfaches Einsetzen und Herausnehmen des Kammersystemes.
  • Die amern bestehen aus losen Rohrelementen (h) und Plattenelementen (i). Jede Blatte, mit Ausnahme der Endplatten (j), bildet Scheidewand zwischen zwei Kammern und ist in der Mitte kapillar durchbohrt (k). Die beiden Endplatten (j) tragen die Kugelpfannen der Kugelschlifflagerungen. Dichtung und Zentrierung der Kammern gegeneinander geschieht durch ringförmige Nuten {l) in den Platten (i, j), wobei die Enden der Rohrelemente in die genannten Nuten passen.-Die Kammern werden eine nach der anderen durch Kapillarkanäle (m) in den Platten gefüllt, wonach diese Kanäle durch Drehung kleiner durdbohrter, als KrankAken wirkende Stopfen, verschlossen werden können. Zur luftfreien Füllung (in aufrechtstehender Lage) der Kammern haben die latten (i) eine schwach konische Form, mit den Verbindungskanälen (k) in der Spitze des Konus.
  • Der Dichtungsdruckfür die Kammern gegeneinander wird von Spannstangen geliefert, welche mit Metallendplatten (o, p) zusammenwirken und durch lvluttern (q) am einen Ende gespnnt werden. Die eine Metallendplatte (p) ist als Zahnrad zum Antrieb des Systemes durch den Motor (r) ausgeformt.

Claims (44)

  1. Patenttansprüche : 1. Vorrichtung zur Erzeungung eines Flüssigkeitsstromes kontiniuerlichveränderlicher Zusammensetzung, bestehend aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Mischkammern. welche bis auf im Verhältnis zu den Kammerdimensionen kleinen Verbindungen zwischen den Kammern geschlossen sind, versehen mit Anschlüssen für Zulauf von FlAssigkeit zu der einen und Ablauf von Flüssigkeit von der anderem Endkammer undzurDurchmisdiungdesKammerinhait'e'smit in den Kammern eingeschlossenen Rührkörpern, welche nach Aussen von gegen die zu mischenden Eltssigkeiten beständigem Material begrenzt sind, gekennzeichnet durch auf das 4ammersystem wirkenden Antrieb sowie durch Rührkörper, welche mindestens-ein ein Material enthalten, dessem DiOhte ausserhalb des Dichte-Gebietes der zu mischenden Bldssigkeiten liegt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch--einen Antrieb, welcher bei wenigstens einerKammer eine Drehbewegung hervorruft.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch umlaufende Bewegung wenigstens einer Kammer.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Umlaufbewegung des ganzen Kammersystemes um eine gemeinsame Achse.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch pendelnde Drehbewegung wenigstens einer Kammer.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Antrieb,. welcher bei wenigstens einer Kammer eine hin-und zurücklaufende Transl ationsbewegung hervorruft.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine verschliessbare offnung in wenigstens einer Kammer.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im Wesentlichen zylindrische Mischkammern.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch parallele Zylinderachsen bei wenigstens zwei Mischkammern.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Achse fAr wenigstens zwei zylindrische iischkammern.
  11. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 8, dc. durch gekennzeichnet, dass wenigstens eine 1V1ischkammer eine Drehachse hat, welche mit der Zylinderachse parallel verläuft.
  12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine lvlischkammer eine Drehachse hat, welche mit der Zylinderachse der Kammer einen Winkel bildet,
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kammer aus im Wesentlichen rohr-und plattenförmigen Elementen aufgebaut ist.
  14. 14. Vorrichtung nach den Ansprfichen 10 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der im Wesentlichen plattenförmigen Aufbauelemente für zwei Kammern gemeinsam ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rthrkörper mit einer mittleren Dichte, definiert als Quotient zwischen dessen Gesamtmasse und dessen Gesamtrauminhalt, welche ausserhalb des Dichte-Gebietes der zu mischenden Fldssigkeiten liegt.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch l, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rthrkörper, welcher aus spezifisch schwererem und spezifisch leichterem ltaterial besteht als die zu mischenden Flissigk. eitem, wobei die Verteilung dieser Materialkomponenten derartig ist, dass der Rührkörper eine bestimmte Lage in der Vertikalebene einnimmt, wenn er sich in einer Fldssigkeit befindet, deren Dichte sich nicht wesentlich von der mittleren Dichte des Rthrkörpers unterscheidet.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen in das Kammersystem lose eingelegten Rührkörper. s
  18. IS. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rührkörper zum Mindesten. eine Schale hat, deren Aggregatzustand fest ist.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein R5hrkörpe-r aus einer Fltssigkeit besteht, welche in den zu mischenden Flüssigkeiten unlöslich ist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstema ? ein Rührkörper aus einem Gas besteht, welches in den zu mischenden FlAssigkeiten unlöslich ist.
  21. 21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 18, gekennnzeichnet durch wenigstens einen rollbaren.Rührkörper.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen Rollkörper, welcher gegen eine ebene Unterlage nur in einem Punkt anliegt.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rollkörper zum Mindesten in zwei Bunkten gegen eire ebene Unterlage anliegt umd um eine Rollachse drehbar ist, welche definiert ist als Verbindungslinie zwischen den Krtmmungszentrem der beiden äussersten Berührungspunkte m't der Unterlage, in denjenigen Ebenen, welche gegen diese Unterlage rechtwinklig und mit der Rollrichtung parallel sind.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch wenigsten sien Rollkörper, dessen Rollachse ihre Richtung im Raum ; während dess Rollens beibehal-t.
  25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rollkörper, dessen Rollachse während des Rollens im Verhältnis zum Rollkörper still liegt.
  26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstensein Rollkörper zum Mi destin eine Fläche hat, welche mit Hinsicht auf eine zur Rolachsenrjichtung parallelen-Achse keine RotationsflKcha ist und tu einer solchen Achse schrg
  27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26., gekennzeichnet durch wenigstens einen Rollkörper, der die Form eines schräg abgeschnittenen Zylinders hat.
  28. 28. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rollkörper, der die Form eines schräg abgeschnittenen Doppelkegels hat.
  29. 29. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rollkörper, welcher im Wesentlichen schraubenförmig ist.
  30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rollkörper, welcher aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Rädern besteht, derart gerichtet, dass ihre Projektionen auf eine zur Rollachse winkelrechte Ebene im Wesentlichen zusammenfallende geschlossene Kurven bilden.
  31. 31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsorgan der Räder als fropeller geformt ist.
  32. 32. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rollkörper, dessen Rollachse währenddes Rollens ihre Richtung im Raum ändert.
  33. 33. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen im Kammersystem pendelnd befestigten Rthrkörper.
  34. 34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Pendelkörper so geformt ist, dass er sich in seinen beiden Endlagen im esentlichen an die ihn umgebenden Kammerinnenwände anpasst.
  35. 35. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 33, gekennzeichnet durch wenigstens einen Pendelkörper mit wenigstens einer Fläche, welche zur Drehachse der umgebenden Kammer schräg steht.
  36. 36. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen dimensionsmässig definierbaren Kanal zwischen zwei Mischkammern.
  37. 57. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein Filterelement als Yerbindung zwischen zwei Kammern-.
  38. 38. Vorrichtung nach den AnsprAchen 19 und 37, gekennzeichnet durch ein Filterelement, welches gegenüber den zu mischenden Fltsaigkeitemeine höhere Benetzbarkeit aufweist, als gegenüber Flüssigkeiten welche als REhrkörper dienen.
  39. 39. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch biegbare AnschlAsse für Zu- und Abfluss an den Endkammern.
  40. 40. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endkammern in zwei, mit Kanälen versehenen Längslagern gelagert sind, von denen das eine, ausser als Lager noch als Zuflussleitung und das andere als Abflussleitung der Mischvorrichtung dient.
  41. 41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Iager aus einem, an ein Rohr anges-etzten Kugclschliffsteil besteht.
  42. 42. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager aus einem an ein Rohr angesetzten Normalschliff besteht.
  43. 45. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Iager in Richtung der Lagerachse verschiebbar tMid mit einer Federung versehen ist, welche das Lager gegen das Kammersystem der Mischvorrichtung drAekt.
  44. 44. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im Wesentlichen gleich grosse Rauminhaltsunterschiede zwischen den Kammern und den invihnen eingeschlossenen Rührkörpern.
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