JP2019042615A - Mixer and mixing method - Google Patents

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Abstract

To provide a mixer and a mixing method in which a change of a density state such as concentration arising when liquid is added, in liquid-liquid mixing, can be quickly solved with appropriate agitation force.SOLUTION: A mixer 1 comprises: a vessel 10 in which first liquid stored therein is mixed with second liquid added through an addition port; a rotary agitation device (20) which agitates the liquid inside the vessel 10; liquid volume measuring instruments (11 and 12) which measure a volume of the liquid stored in the vessel 10; a liquid quality sensor 60 which measures liquid quality in the vessel 10; and a control device 80. The control device 80 controls rotational speed of the rotary agitation device (20) to a rotation speed derived based on a preset relationship between a diffusion distribution on a liquid level and a rotational speed of the rotary agitation device (20) and on measurement using the liquid quality sensor 60, or to a rotation speed derived based on a preset relationship between a liquid level height and a rotational speed of the rotary agitation device (20) and on the liquid level height.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、大容量の液体に小容量の液体を添加して混合する混合装置及び混合方法に関する。   The present invention relates to a mixing apparatus and a mixing method for adding and mixing a small volume of liquid to a large volume of liquid.

化学工業、医薬工業、食品工業等の分野においては、濃度の調整等を目的として、液体同士を混合する操作が行われている。このような目的の液−液混合は、大容量の主液に対し、小容量で高濃度の添加液を添加して行うのが一般的である。混合の方式としては、連続式や回分式の他、添加液のみ流入させて主液を流出させない半回分式がある。混合の操作は、機械攪拌により行われることが多く、攪拌翼を備えた撹拌槽が広く利用されている。   In the fields of chemical industry, pharmaceutical industry, food industry, etc., operations for mixing liquids are performed for the purpose of adjusting the concentration. Such a target liquid-liquid mixing is generally performed by adding a small volume and high concentration additive liquid to a large volume main liquid. As a mixing system, there are a semi-batch system in which only the additive liquid is allowed to flow and the main liquid is not discharged, in addition to a continuous system and a batch system. The mixing operation is often performed by mechanical stirring, and a stirring tank equipped with a stirring blade is widely used.

例えば、バイオ医薬品の製造の分野では、流加培養に際して、液体同士の混合が行われている。流加培養は、培養基質を含む流加液を培養液に添加しながら、培養液や細胞を抜き取らず行う培養法である。流加培養においては、培養槽に保持される培養液に対し、培地成分等の濃度が相対的に高い流加液が添加され、培養液と流加液との液−液混合によって培養条件が保たれている。   For example, in the field of biopharmaceutical production, liquids are mixed during fed-batch culture. Fed-batch culture is a culture method that is performed without adding a culture solution or cells while adding a fed solution containing a culture substrate to the culture solution. In fed-batch culture, a fed-batch solution having a relatively high concentration of medium components and the like is added to the culture solution held in the culture tank, and the culture conditions are determined by liquid-liquid mixing of the cultured solution and the fed-batch solution. It is kept.

従来、流加培養において、高濃度の流加液の添加に伴う細胞への影響を低減する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、培養液に添加する溶液を空間的に複数に分割する技術が開示されている。特許文献1では、溶液を噴霧ノズルによって添加したり、複数の液滴として添加したりすることにより、局所的な濃度変化を迅速に解消し、細胞の死滅や損傷の可能性を低減するものとしている。   Conventionally, in fed-batch culture, a technique for reducing the influence on cells associated with the addition of a high-concentration fed-batch solution has been proposed. For example, Patent Literature 1 discloses a technique for spatially dividing a solution added to a culture solution into a plurality of pieces. In Patent Document 1, as a solution is added by a spray nozzle or added as a plurality of droplets, a local concentration change is quickly eliminated, and the possibility of cell death or damage is reduced. Yes.

特開2009−089698号公報JP 2009-089698 A

大容量の主液に対し、小容量で高濃度の添加液を添加して行う液−液混合は、特許文献1に記載されるような流加培養の他にも、各種の工程で実施されている。主液に添加される添加液は、主液中に細胞が存在しない場合にも、混合の目的や主液の種類等によっては、濃度による影響を生じる場合がある。例えば、バイオ医薬品の製造においては、抗体医薬等、細胞が産生した物質を製剤化する過程で、溶液がウイルス不活化処理されることがある。   Liquid-liquid mixing performed by adding a small volume and a high concentration additive to a large volume of the main liquid is performed in various steps in addition to fed-batch culture as described in Patent Document 1. ing. The additive solution added to the main solution may be affected by the concentration depending on the purpose of mixing, the type of the main solution, etc., even when cells are not present in the main solution. For example, in the manufacture of a biopharmaceutical, a solution may be inactivated by virus in the process of formulating a substance produced by cells such as an antibody drug.

酸処理によるウイルス不活化処理は、抗体等を含む溶液に酸性溶液が混合されることにより行われている。そして、処理後の溶液は、アルカリ性溶液が混合されて中和されている。これらの操作では、酸性溶液やアルカリ性溶液の添加によって、溶液中に局所的な濃度変化が生じるため、高濃度の領域において、溶液に含まれている抗体、高分子等が変性ないし凝集化し、製品の品質が低下する場合がある。   Virus inactivation treatment by acid treatment is performed by mixing an acidic solution with a solution containing an antibody or the like. And the solution after a process is mixed and neutralized with the alkaline solution. In these operations, addition of an acidic solution or an alkaline solution causes a local concentration change in the solution, so that antibodies, polymers, etc. contained in the solution are denatured or aggregated in a high concentration region, resulting in a product. The quality of the product may deteriorate.

添加液の添加による濃度の影響は、攪拌を適切に行い、局所的な濃度変化を迅速に解消することにより低減することができる。但し、そのための攪拌性能としては、均質化、攪拌動力、攪拌時間等、攪拌効率の観点だけでなく、適切な剪断力や吐出力の考慮も要求される。例えば、主液中に細胞が存在する場合には、攪拌により細胞が死滅、損傷する等の可能性があるし、抗体、高分子等が存在する場合には、攪拌により起泡、変性が生じる等の可能性がある。したがって、過剰な攪拌力が作用しない程度に、過不足が無い適切な攪拌速度で混合を行うことが望まれる。   The influence of the concentration due to the addition of the additive solution can be reduced by appropriately stirring and eliminating the local concentration change quickly. However, as the stirring performance for that purpose, not only the viewpoint of stirring efficiency such as homogenization, stirring power, stirring time, etc. but also consideration of appropriate shearing force and discharge force is required. For example, when cells are present in the main liquid, the cells may be killed or damaged by stirring, and when antibodies, polymers, etc. are present, foaming or denaturation occurs due to stirring. There is a possibility. Therefore, it is desired to perform mixing at an appropriate stirring speed without excessive or insufficient so that excessive stirring force does not act.

特に、近年では、細胞培養に際して、シングルユース(ディスポーザブル)の容器が利用されるようになっている。シングルユースの容器は、攪拌翼を容器の下部側に取り付ける構造であることが多く、液面側ほど流速が遅くなる傾向がある。そのため、添加液の添加により液面付近で生じる濃度等の状態変化を、適切な攪拌力で速やかに解消するための手段が求められている。   In particular, in recent years, single-use (disposable) containers have been used for cell culture. Single-use containers often have a structure in which a stirring blade is attached to the lower side of the container, and the flow rate tends to be slower toward the liquid surface side. Therefore, there is a demand for means for quickly eliminating a state change such as a concentration caused near the liquid surface by the addition of the additive liquid with an appropriate stirring force.

そこで、本発明は、液−液混合時、液体を添加したときに生じる濃度等の状態変化を、適切な攪拌力で迅速に解消できる混合装置及び混合方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a mixing apparatus and a mixing method capable of quickly eliminating state changes such as concentration when liquid is added during liquid-liquid mixing with an appropriate stirring force.

前記課題を解決するために本発明に係る混合装置は、液体を添加するための添加口を上部に有し、内部に貯留されている第1液体に前記添加口から第2液体を添加して混合する容器と、前記容器の下部に配置され、前記容器内の液体を攪拌する回転攪拌機と、前記容器に貯留される液体の量を計測する液量計測器と、前記容器内の液質を計測する液質センサと、前記回転攪拌機の回転速度を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面における拡散分布と前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液質センサによる計測と、に基づいて導かれた回転速度に制御する。または、前記容器内の液面の高さと前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液量計測器による計測によって求められる前記容器内の液面の高さと、に基づいて導かれた回転速度に制御する。   In order to solve the above problems, the mixing apparatus according to the present invention has an addition port for adding a liquid at the top, and adds the second liquid from the addition port to the first liquid stored inside. A container to be mixed, a rotary stirrer that is disposed under the container and stirs the liquid in the container, a liquid amount measuring device that measures the amount of liquid stored in the container, and a liquid quality in the container A liquid quality sensor for measuring, and a control device for controlling the rotational speed of the rotary stirrer, wherein the control device determines the rotational speed of the rotary stirrer, the diffusion distribution on the liquid level in the container, and the rotational stirrer. The rotation speed is controlled based on a preset relationship with the rotation speed and the measurement by the liquid quality sensor. Or based on a preset relationship between the height of the liquid level in the container and the rotational speed of the rotary stirrer, and the height of the liquid level in the container determined by measurement by the liquid amount measuring device. To control the rotation speed.

また、本発明に係る混合方法は、液体を添加するための添加口を上部に有し、内部に貯留されている第1液体に前記添加口から第2液体を添加して混合する容器と、前記容器の下部に配置され、前記容器内の液体を攪拌する回転攪拌機と、前記容器に貯留される液体の量を計測する液量計測器と、前記容器内の液質を計測する液質センサと、を備える混合装置において、前記容器内の液面における拡散分布と前記回転攪拌機の回転速度との関係を、流れ場及び拡散場を模擬的に解析して予め設定し、前記第1液体に前記第2液体を混合している間に、前記容器内の液質を計測し、前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面における拡散分布と前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液質センサによる計測と、に基づいて導かれた回転速度に制御し、前記液質センサによる計測に基づいて前記回転速度を変更しながら混合を行う。または、前記容器内の液面の高さと前記回転攪拌機の回転速度との関係を、流れ場及び拡散場を模擬的に解析して予め設定し、前記第1液体に前記第2液体を混合している間に、前記容器内の液面の高さを計測し、前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面の高さと前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液量計測器による計測によって求められる前記容器内の液面の高さと、に基づいて導かれた回転速度に制御し、前記容器内の液面の高さに基づいて前記回転速度を変更しながら混合を行う。   Further, the mixing method according to the present invention has an addition port for adding a liquid at the top, a container for adding and mixing the second liquid from the addition port to the first liquid stored inside, A rotary stirrer that is disposed in the lower part of the container and stirs the liquid in the container, a liquid amount measuring device that measures the amount of liquid stored in the container, and a liquid quality sensor that measures the liquid quality in the container In the mixing device, the relationship between the diffusion distribution on the liquid level in the container and the rotational speed of the rotary stirrer is set in advance by simulating the flow field and the diffusion field, While mixing the second liquid, the liquid quality in the container is measured, and the rotation speed of the rotary stirrer is set in advance between the diffusion distribution on the liquid level in the container and the rotation speed of the rotary stirrer. Based on the measured relationship and the measurement by the liquid quality sensor. Controlled to a rotational speed derived Te, for mixing while changing the rotational speed based on the measurement by the liquid electrolyte sensor. Alternatively, the relationship between the height of the liquid level in the container and the rotational speed of the rotary stirrer is set in advance by simulating the flow field and the diffusion field, and the second liquid is mixed with the first liquid. While measuring the height of the liquid level in the container, the rotational speed of the rotary stirrer, a preset relationship between the liquid level in the container and the rotational speed of the rotary stirrer, The rotational speed is controlled based on the liquid level in the container determined by the measurement by the liquid amount measuring device, and the rotational speed is changed based on the liquid level in the container. Mix while mixing.

本発明に係る混合装置及び混合方法は、液−液混合時、液体を添加したときに生じる濃度等の状態変化を、適切な攪拌力で迅速に解消することができる。   The mixing device and the mixing method according to the present invention can quickly eliminate a state change such as a concentration generated when a liquid is added during liquid-liquid mixing with an appropriate stirring force.

本発明の実施形態に係る混合装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the mixing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 混合装置を使用して行う液体の混合方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the mixing method of the liquid performed using a mixing apparatus. 混合装置を使用して行う液体の混合方法の他例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the mixing method of the liquid performed using a mixing apparatus. 本発明の変形例に係る混合装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the mixing apparatus which concerns on the modification of this invention. 本発明の第1実施例に係る混合装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the mixing apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例に係る混合装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the mixing apparatus which concerns on 2nd Example of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係る混合装置及び混合方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。   Hereinafter, a mixing apparatus and a mixing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the structure which is common in each following figure, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の実施形態に係る混合装置の構成を示す模式図である。
図1に示すように、本実施形態に係る混合装置1は、混合容器(容器)10と、攪拌翼20を有する回転攪拌機と、主液流入ライン(第1液体流入ライン)110と、添加液流入ライン(第2液体流入ライン)120と、混合液流出ライン130と、主液流量センサ(液量計測器)11と、添加液流量センサ(液量計測器)12と、無菌コネクタ16と、バルブ18と、添加液容器30と、定量ポンプ40と、流入部50と、液質センサ60と、解析装置70と、制御装置80と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a mixing apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the mixing apparatus 1 according to the present embodiment includes a mixing container (container) 10, a rotary stirrer having a stirring blade 20, a main liquid inflow line (first liquid inflow line) 110, and an additive liquid An inflow line (second liquid inflow line) 120, a mixed liquid outflow line 130, a main liquid flow rate sensor (liquid amount measuring device) 11, an additive liquid flow rate sensor (liquid amount measuring device) 12, a sterile connector 16, The valve 18, the additive solution container 30, the metering pump 40, the inflow portion 50, the liquid quality sensor 60, the analysis device 70, and the control device 80 are provided.

混合装置1は、機械攪拌により液体同士を混合する装置である。図1においては、混合容器10に導入されて貯留されている大容量の主液(第1液体)に対し、小容量の添加液(第2液体)が添加されて、攪拌下、主液と添加液との液−液混合が行われる。主液や添加液としては、混合の目的等に応じて、各種の溶液、分散液、単一成分の液体等がそれぞれ用いられる。   The mixing device 1 is a device that mixes liquids by mechanical stirring. In FIG. 1, a small volume of additive liquid (second liquid) is added to a large volume of main liquid (first liquid) introduced and stored in the mixing container 10, and the main liquid and Liquid-liquid mixing with the additive liquid is performed. As the main liquid and additive liquid, various solutions, dispersion liquids, single component liquids and the like are used depending on the purpose of mixing.

混合装置1は、後記するように、攪拌翼20(回転攪拌機)の回転数(回転速度)が、混合容器10内の液面の混合状態の指標となる、混合容器10内の液面における拡散分布、又は、混合容器10内の液面の高さ、に基づいて制御される。   As will be described later, in the mixing apparatus 1, diffusion on the liquid surface in the mixing container 10 is determined by the rotation speed (rotational speed) of the stirring blade 20 (rotary stirrer) being an indicator of the mixing state of the liquid surface in the mixing container 10. It is controlled based on the distribution or the height of the liquid level in the mixing container 10.

混合容器10は、図1に示すように、液体を添加するための添加口を上部に有している。図1において、混合容器10は、外形が円柱状を呈しており、混合容器10の上面に、二ヶ所の添加口が設けられている。一方の添加口には、主液を混合容器10に導入するための主液流入ライン110が接続している。また、他方の添加口(流入部50)には、添加液を混合容器10内の主液に添加するための添加液流入ライン120が接続している。   As shown in FIG. 1, the mixing container 10 has an addition port for adding a liquid at the top. In FIG. 1, the mixing container 10 has a cylindrical shape, and two addition ports are provided on the upper surface of the mixing container 10. A main liquid inflow line 110 for introducing the main liquid into the mixing container 10 is connected to one addition port. Further, an additive liquid inflow line 120 for adding the additive liquid to the main liquid in the mixing container 10 is connected to the other addition port (inflow part 50).

主液流入ライン110には、混合容器10に導入される主液の流量を測定する主液流量センサ11が設置されている。混合容器10に導入されて貯留される主液の量は、混合容器10への導入時に、主液流量センサ11で計測されるようになっている。   A main liquid flow sensor 11 that measures the flow rate of the main liquid introduced into the mixing container 10 is installed in the main liquid inflow line 110. The amount of main liquid introduced and stored in the mixing container 10 is measured by the main liquid flow sensor 11 when introduced into the mixing container 10.

また、主液流入ライン110には、混合容器10と主液流量センサ11との間に、無菌コネクタ16が連結している。無菌コネクタ16は、混合容器10内の無菌状態を維持したまま配管同士を接続可能としている。主液流入ライン110は、無菌コネクタ16を介した配管同士の連結によって形成される。   Further, a sterile connector 16 is connected to the main liquid inflow line 110 between the mixing container 10 and the main liquid flow rate sensor 11. The aseptic connector 16 enables the pipes to be connected to each other while maintaining the aseptic condition in the mixing container 10. The main liquid inflow line 110 is formed by connecting pipes through the sterile connector 16.

添加液流入ライン120は、混合容器10と、用意した添加液を貯留する添加液容器30とを接続している。添加液流入ライン120は、添加液容器30の入出口の近傍に、添加液流入ライン120を開閉するバルブ18を備えている。また、添加液流入ライン120は、混合容器10側の末端に流入部50を有している。流入部50は、混合容器10内に貯留されている主液の液面の上方に位置し、液面を臨むように開口している。   The additive liquid inflow line 120 connects the mixing container 10 and the additive liquid container 30 that stores the prepared additive liquid. The additive liquid inflow line 120 includes a valve 18 that opens and closes the additive liquid inflow line 120 in the vicinity of the inlet / outlet of the additive liquid container 30. The additive liquid inflow line 120 has an inflow portion 50 at the end on the mixing container 10 side. The inflow part 50 is located above the liquid level of the main liquid stored in the mixing container 10 and is open to face the liquid level.

添加液流入ライン120には、添加液容器30に貯留されている添加液を混合容器10に導入する定量ポンプ40と、混合容器10に導入される添加液の流量を測定する添加液流量センサ12とが設置されている。添加液は、混合容器10内の液体に、定量ポンプ40によって定量的に添加されるようになっている。また、添加液の添加量は、混合容器10に導入する間に、添加液流量センサ12で計測されるようになっている。   In the additive liquid inflow line 120, a metering pump 40 that introduces the additive liquid stored in the additive liquid container 30 into the mixing container 10, and an additive liquid flow rate sensor 12 that measures the flow rate of the additive liquid introduced into the mixing container 10. And are installed. The additive liquid is quantitatively added to the liquid in the mixing container 10 by the metering pump 40. Further, the addition amount of the additive liquid is measured by the additive liquid flow sensor 12 while being introduced into the mixing container 10.

また、添加液流入ライン120には、混合容器10と添加液流量センサ12との間に、無菌コネクタ16が連結している。無菌コネクタ16は、混合容器10内の無菌状態を維持したまま配管同士を接続可能としている。添加液流入ライン120は、無菌コネクタ16を介した配管同士の連結によって形成される。   The aseptic connector 16 is connected to the additive solution inflow line 120 between the mixing container 10 and the additive solution flow rate sensor 12. The aseptic connector 16 enables the pipes to be connected to each other while maintaining the aseptic condition in the mixing container 10. The additive liquid inflow line 120 is formed by connecting pipes through the sterile connector 16.

混合容器10は、図1に示すように、混合により得られた混合液を排出するための排出口を下部に有している。排出口には、混合液を混合容器10から流出させるための混合液流出ライン130が接続している。混合液流出ライン130には、無菌コネクタ16が連結している。混合液流出ライン130は、無菌コネクタ16を介した配管同士の連結によって形成されるようになっている。   As shown in FIG. 1, the mixing container 10 has a discharge port in the lower part for discharging the mixed liquid obtained by mixing. A mixed liquid outflow line 130 for allowing the mixed liquid to flow out of the mixing container 10 is connected to the discharge port. A sterile connector 16 is connected to the mixed liquid outflow line 130. The mixed liquid outflow line 130 is formed by connecting pipes through the sterile connector 16.

攪拌翼20を有する回転攪拌機は、混合容器10の下部に配置されている。攪拌翼20は、混合容器10の底部の中央に配置されており、攪拌翼20の回転による機械攪拌で混合が行われる。攪拌翼20を駆動する不図示のモータは、回転速度が、制御装置80によって可変制御されるようになっている。攪拌翼20の回転速度は、例えば、インバータ制御で連続的な任意値に制御される。   The rotary stirrer having the stirring blade 20 is disposed at the lower part of the mixing container 10. The stirring blade 20 is disposed at the center of the bottom of the mixing container 10, and mixing is performed by mechanical stirring by the rotation of the stirring blade 20. The motor (not shown) for driving the stirring blade 20 is variably controlled by the control device 80 for the rotation speed. The rotation speed of the stirring blade 20 is controlled to a continuous arbitrary value by inverter control, for example.

混合容器10は、合成樹脂製であり、折り畳み可能な可撓性を有している。また、攪拌翼20、主液流入ライン110、添加液流入ライン120及び混合液流出ライン130は、合成樹脂製である。合成樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン等や、これらの組み合わせからなる材料が用いられる。これらの部材を安価な合成樹脂で形成することにより、シングルユース(使い捨て)式での利用が可能とされている。   The mixing container 10 is made of a synthetic resin and has flexibility that can be folded. The stirring blade 20, the main liquid inflow line 110, the additive liquid inflow line 120, and the mixed liquid outflow line 130 are made of synthetic resin. As the synthetic resin, for example, polycarbonate, polyethylene, polyvinylidene fluoride, or the like, or a material made of a combination thereof is used. By forming these members with inexpensive synthetic resin, it is possible to use them in a single-use (disposable) type.

液質センサ60は、混合容器10の内壁の液面下に設置されている。液質センサ60は、混合容器10内の液体の状態(液質)、すなわち、溶質、分散質、化学種等の濃度や、温度等の状態量の計測を行う。液質センサ60は、混合の目的等に応じて、液体のpH、溶存酸素濃度、炭酸ガス濃度、有機物濃度、酸化還元電位、濁度、温度等を計測する各種のセンサで構成される。   The liquid quality sensor 60 is installed below the liquid level on the inner wall of the mixing container 10. The liquid quality sensor 60 measures the state of liquid in the mixing container 10 (liquid quality), that is, the concentration of solute, dispersoid, chemical species, etc., and the state quantity such as temperature. The liquid quality sensor 60 is composed of various sensors that measure the pH, dissolved oxygen concentration, carbon dioxide concentration, organic substance concentration, redox potential, turbidity, temperature, etc. of the liquid according to the purpose of mixing.

液質センサ60としては、具体的には、pHセンサ、溶存酸素センサ、炭酸ガスセンサ、有機体炭素センサ、バイオセンサ、イオンセンサ、酸化還元電位センサ、吸光度センサ、濁度センサ、温度センサ等を、混合の目的等に応じて用いることができる。液質センサ60としては、一機が備えられてもよいし、複数機が備えられてもよい。また、互いに異なる液体の濃度や状態量を計測する複数種が併用されてもよい。   Specific examples of the liquid quality sensor 60 include a pH sensor, a dissolved oxygen sensor, a carbon dioxide gas sensor, an organic carbon sensor, a biosensor, an ion sensor, a redox potential sensor, an absorbance sensor, a turbidity sensor, and a temperature sensor. It can be used according to the purpose of mixing. As the liquid quality sensor 60, one machine may be provided, or a plurality of machines may be provided. Also, a plurality of types that measure different liquid concentrations and state quantities may be used in combination.

液質センサ60は、混合容器10に複数備える場合、それぞれが、混合容器10内の二ヶ所以上に配設されることが好ましく、混合容器10の高さ方向の異なる位置に配設されることがより好ましい。複数の液質センサ60を互いに異なる位置に配設すると、混合容器10内の液体の液質(濃度等)を多点計測することができる。そのため、後記するように、攪拌翼20の回転速度の制御に必要となる混合状態(拡散分布)を、流れ場及び拡散場の解析から正確に推定することができる。   When a plurality of liquid quality sensors 60 are provided in the mixing container 10, each is preferably disposed at two or more locations in the mixing container 10, and disposed at different positions in the height direction of the mixing container 10. Is more preferable. If a plurality of liquid quality sensors 60 are arranged at different positions, the liquid quality (concentration, etc.) of the liquid in the mixing container 10 can be measured at multiple points. Therefore, as will be described later, the mixed state (diffusion distribution) necessary for controlling the rotation speed of the stirring blade 20 can be accurately estimated from the analysis of the flow field and the diffusion field.

解析装置70は、混合容器10内の液体の混合状態の解析を行う。解析装置70は、例えば、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics:CFD)解析によるシミュレーションを行い、混合容器10内の流れ場及び拡散場を模擬的に解析する機能を備える。例えば、所定量の主液が貯留されている混合容器10における流れ場及び拡散場を、回転座標、静止座標等の適宜の座標系で定常解析によって求める。そして、定常解析による流れ場及び拡散場を初期値として非定常解析を行い、攪拌翼20の回転速度の決定に利用する、流速、濃度、温度等の分布を示す二次元又は三次元の空間分布(拡散分布)モデルを、時間軸に沿って変化する分布として得る。   The analysis device 70 analyzes the mixed state of the liquid in the mixing container 10. The analysis device 70 has a function of performing simulation by computational fluid dynamics (CFD) analysis, for example, and simulating the flow field and diffusion field in the mixing container 10. For example, the flow field and the diffusion field in the mixing container 10 in which a predetermined amount of main liquid is stored are obtained by steady analysis using an appropriate coordinate system such as rotational coordinates and stationary coordinates. Then, a two-dimensional or three-dimensional spatial distribution indicating a distribution of flow velocity, concentration, temperature, etc., which is used for determining the rotational speed of the stirring blade 20 by performing unsteady analysis with the flow field and diffusion field by the steady analysis as initial values. A (diffusion distribution) model is obtained as a distribution that varies along the time axis.

解析装置70は、CFD解析のために、例えば、「ANSYS FLUENT」(ANSYS社製)等の商業的に利用可能な熱流体解析ソフトウェアを備えることができる。CFD解析は、基礎方程式として、ナビエ−ストークス方程式等に、化学種の輸送方程式を連結させて行うことができる。境界条件は、連続式、回分式及び半回分式のうち、いずれの混合方式を採用するかに応じて適宜の条件を付加する。例えば、添加液の流入条件は、流入部50から添加される添加液の液滴の大きさ、形状、分布等を予め計測することにより付加できる。   The analysis device 70 can include commercially available thermal fluid analysis software such as “ANSYS FULL” (manufactured by ANSYS) for CFD analysis. CFD analysis can be performed by connecting a transport equation of a chemical species to a Navier-Stokes equation or the like as a basic equation. As the boundary condition, an appropriate condition is added depending on which mixing method is adopted among the continuous method, the batch method, and the semi-batch method. For example, the inflow condition of the additive liquid can be added by measuring in advance the size, shape, distribution, etc. of the droplet of the additive liquid added from the inflow part 50.

CFD解析は、混合容器10の形状、寸法や、主液及び添加液の温度、圧力や、溶媒、溶質等の粘度、熱伝導率、熱容量、物質拡散係数等の物性値に加え、攪拌翼20の形状、寸法、設置位置、段数等を設定して行ってもよい。混合容器10内の流れ場及び拡散場は、攪拌翼20の回転速度毎に予め解析される。その結果として得られる、流速、濃度、温度等の時間軸に沿って変化する空間分布(拡散分布)モデルの数値情報が、解析装置70に予め記憶される。   The CFD analysis is performed in addition to the shape and size of the mixing vessel 10, the temperature and pressure of the main liquid and the additive liquid, the viscosity of the solvent, the solute, etc., the thermal conductivity, the heat capacity, the material diffusion coefficient, and the stirring blade 20 The shape, dimensions, installation position, number of steps, etc. may be set. The flow field and diffusion field in the mixing vessel 10 are analyzed in advance for each rotation speed of the stirring blade 20. The numerical information of the spatial distribution (diffusion distribution) model that changes along the time axis such as the flow velocity, concentration, and temperature obtained as a result is stored in the analysis device 70 in advance.

解析装置70は、混合容器10内の流れ場及び拡散場を模擬的に解析した結果を利用して、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を推定する機能を有する。例えば、予め解析して得た空間分布(拡散分布)モデルを利用して、液質センサ60が設置された計測位置における液体の状態(濃度等)が所定値であるときの液面における推定値や、混合容器10内の液面の高さが所定値であるときの液面における推定値を抽出する。   The analysis device 70 has a function of estimating the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing container 10 by using the result of simulating the flow field and diffusion field in the mixing container 10. For example, using a spatial distribution (diffusion distribution) model obtained by analyzing in advance, an estimated value on the liquid level when the liquid state (concentration, etc.) at the measurement position where the liquid quality sensor 60 is installed is a predetermined value. Or the estimated value in the liquid level when the height of the liquid level in the mixing container 10 is a predetermined value is extracted.

解析装置70には、推定される混合容器10内の液面における拡散分布(推定値)や、混合容器10内の液面の高さに対応した、攪拌翼20の回転速度の制御用情報が予め記憶される。例えば、混合容器10内の液面における拡散分布と混合容器10内の液面の混和に必要な攪拌翼20の最小の回転速度とを紐付けた制御用情報や、混合容器10内の液面の高さと混合容器10内の液面の混和に必要な攪拌翼20の最小の回転速度とを紐付けた制御用情報が記憶される。   The analysis device 70 has information for controlling the rotational speed of the stirring blade 20 corresponding to the estimated diffusion distribution (estimated value) at the liquid level in the mixing container 10 and the height of the liquid level in the mixing container 10. Stored in advance. For example, the control information in which the diffusion distribution on the liquid level in the mixing vessel 10 and the minimum rotation speed of the stirring blade 20 necessary for mixing the liquid level in the mixing vessel 10 are linked, or the liquid level in the mixing vessel 10 And control information in which the height of the mixing blade 10 and the minimum rotation speed of the stirring blade 20 necessary for mixing the liquid level in the mixing container 10 are linked.

解析装置70は、予め記憶されている制御用情報を参照し、所定の時間間隔の計測によって求められる、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)や、混合容器10内の液面の高さに基づいて、攪拌翼20の回転速度の新しい制御目標を決定する機能を有する。解析装置70が決定した回転速度の新しい制御目標の信号は、制御装置80に伝送される。   The analysis device 70 refers to the control information stored in advance, and obtains the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing container 10 and the liquid surface in the mixing container 10 which are obtained by measurement at a predetermined time interval. And a function for determining a new control target of the rotational speed of the stirring blade 20 based on the height of the stirring blade 20. A new control target signal of the rotational speed determined by the analysis device 70 is transmitted to the control device 80.

制御装置80は、攪拌翼20(回転攪拌機)の回転速度や、定量ポンプ40の出力や、バルブ18の開閉を制御する機能を有する。定量ポンプ40の出力は、液質センサ60による計測に基づいて、比例制御、PI制御、PID制御等により制御される。攪拌翼20の回転速度は、混合の開始時には、混合の目的等に応じた既定の基本回転速度に制御される。そして、混合を行っている間には、解析装置70が決定した回転速度の新しい制御目標(新規目標値)に変更される。   The control device 80 has a function of controlling the rotation speed of the stirring blade 20 (rotary stirrer), the output of the metering pump 40, and the opening and closing of the valve 18. The output of the metering pump 40 is controlled by proportional control, PI control, PID control or the like based on the measurement by the liquid quality sensor 60. The rotation speed of the stirring blade 20 is controlled to a predetermined basic rotation speed according to the purpose of mixing at the start of mixing. During mixing, the rotational speed determined by the analysis device 70 is changed to a new control target (new target value).

図示するような混合容器10においては、容器の構造上、液質センサ60により混合容器10内の液面の状態(濃度等)を直接的に計測することが難しい。しかし、混合容器10内の流れ場及び拡散場を模擬的に解析しておくことにより、液質センサ60が設置された計測位置における計測値から、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を推定することができる。   In the mixing container 10 as shown, it is difficult to directly measure the state (concentration, etc.) of the liquid level in the mixing container 10 by the liquid quality sensor 60 due to the structure of the container. However, by analyzing the flow field and the diffusion field in the mixing container 10 in a simulated manner, the mixing state (diffusion on the liquid surface in the mixing container 10 is determined from the measurement value at the measurement position where the liquid quality sensor 60 is installed. Distribution) can be estimated.

例えば、予め解析して得た空間分布(拡散分布)モデル上で、或る計算格子の状態(濃度等)が計測値と一致していれば、他の計算格子の状態(濃度等)が、その計算格子の位置で計測されるはずの計測値と等しい、と推定することができる。したがって、液面の状態(濃度等)の推定値を利用した計算により、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を推定することができる。   For example, on the spatial distribution (diffusion distribution) model obtained by analyzing in advance, if the state (concentration, etc.) of a certain calculation grid matches the measured value, the state (concentration, etc.) of the other calculation grid is It can be estimated that it is equal to the measured value that should be measured at the position of the calculation grid. Therefore, the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing container 10 can be estimated by calculation using the estimated value of the liquid surface state (concentration, etc.).

混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)は、例えば、混合度(Γ)として数値化することが可能である。主液に添加される添加液を、或る濃度を有する濃度塊と捉えることにより、対流混合によるマクロ変化、すなわち濃度塊の大きさや移動等の変化と、拡散混合によるミクロ変化、すなわち濃度塊からの拡散による変化とに分けて、CFD解析により混合度(Γ)を計算することができる。   The mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing container 10 can be quantified as, for example, the degree of mixing (Γ). By taking the additive liquid added to the main liquid as a concentration lump having a certain concentration, macro changes due to convective mixing, i.e. changes in the size and movement of the concentration lump, and micro changes due to diffusion mixing, i.e. from concentration lump. The degree of mixing (Γ) can be calculated by CFD analysis separately from the change due to the diffusion of.

混合度(Γ)は、CFD解析において、化学種輸送モデルに基づく粒子トレーシングの計算を行うことにより求めることができる。混合度(Γ)は、i:観測点番号、V:体積、φ:パッシブスカラー、上付きバー:体積重み付け平均値として、次の式(I)で表される。なお、混合度(Γ)は、最終的な完全混合状態における分散値を求め得る場合には、Laceyの混合度計算式等を用いてもよい。

Figure 2019042615
The degree of mixing (Γ) can be obtained by performing particle tracing calculation based on a chemical species transport model in CFD analysis. The degree of mixing (Γ) is expressed by the following formula (I) as i: observation point number, V: volume, φ: passive scalar, superscript bar: volume weighted average value. As the degree of mixing (Γ), in the case where the dispersion value in the final complete mixing state can be obtained, a formula for calculating the degree of mixing of Lacey may be used.
Figure 2019042615

液面における混合状態(拡散分布)や、液面の高さに基づいて決定する攪拌翼20の新しい回転速度(新規目標値)としては、例えば、所定時間後に液面が目的の混合度(Γ)となる最小の回転速度、液面の混合度(Γ)の時間変化が所定値以下となる回転速度等、混合容器10内の液体の混和が進む限り、任意の回転速度を設定することができる。混合度(Γ)の計算値は、所期状態で「0」、完全混合状態で「1」となるため、0〜1の間の中間値を対応させて、回転速度を設定することができる。通常、回転速度は、添加液の添加によって液面の高さが上昇するほど、高速となるように設定する。但し、完全混合状態をいつ達成する回転速度を設定するかは、混合の目的等に応じて自由に決めることができる。   As a new rotation speed (new target value) of the stirring blade 20 determined based on the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface and the height of the liquid surface, for example, the liquid surface has a target degree of mixing (Γ Any rotation speed can be set as long as mixing of the liquid in the mixing container 10 proceeds, such as a minimum rotation speed that becomes) and a rotation speed at which the time variation of the liquid level mixing degree (Γ) becomes a predetermined value or less. it can. Since the calculated value of the degree of mixing (Γ) is “0” in the initial state and “1” in the complete mixing state, the rotation speed can be set by corresponding an intermediate value between 0 and 1. . Usually, the rotation speed is set to be higher as the liquid level is increased by the addition of the additive liquid. However, it is possible to freely determine when to set the rotation speed at which the complete mixing state is achieved in accordance with the purpose of mixing.

設定に用いる混合度(Γ)は、液面全体を含む計算格子の全部に基づく計算値であってもよいし、添加液の落下点を含む一部の計算格子に基づく計算値であってもよい。また、液面に相当する最上層の計算格子のみから計算してもよいし、最上層を含む複数層の計算格子から計算してもよい。   The degree of mixing (Γ) used for setting may be a calculated value based on the entire calculation grid including the entire liquid level, or a calculated value based on a part of the calculation grid including the drop point of the additive liquid. Good. Further, the calculation may be performed from only the uppermost calculation grid corresponding to the liquid level, or may be performed from a plurality of calculation grids including the uppermost layer.

次に、混合装置1を使用して行う液体の混合方法の一例について具体的に説明する。   Next, an example of a liquid mixing method performed using the mixing apparatus 1 will be specifically described.

混合装置1では、攪拌翼20(回転攪拌機)の回転速度を、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を指標として制御することができる。この方法においては、攪拌翼20の回転速度を、混合容器10内の液面における拡散分布と攪拌翼20の回転速度との予め設定された関係と、液質センサ60による計測と、に基づいて導かれた回転速度に制御する。   In the mixing device 1, the rotation speed of the stirring blade 20 (rotary stirrer) can be controlled using the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing container 10 as an index. In this method, the rotational speed of the stirring blade 20 is determined based on the preset relationship between the diffusion distribution on the liquid level in the mixing vessel 10 and the rotational speed of the stirring blade 20 and the measurement by the liquid quality sensor 60. Control to led rotation speed.

図2は、混合装置を使用して行う液体の混合方法の一例を示すフロー図である。
図2においては、液質センサ60としてpHセンサを備える混合容器10において、主液と添加液との混合により、所定のpHに調整された混合液を得る流れを例示する。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a liquid mixing method performed using a mixing apparatus.
FIG. 2 illustrates a flow of obtaining a mixed liquid adjusted to a predetermined pH by mixing the main liquid and the additive liquid in the mixing container 10 including a pH sensor as the liquid quality sensor 60.

この方法において、混合装置1には、混合容器10内の液面における拡散分布と攪拌翼20の回転速度との関係が、混合容器10内の流れ場及び拡散場を模擬的に解析して予め設定される。例えば、流れ場及び拡散場を模擬的に解析した結果得られた空間分布(拡散分布)モデルに基づいて、液面における拡散分布と攪拌翼20の適切な回転速度とが紐付けられ、制御用情報として予め設定される。   In this method, the mixing apparatus 1 has a relationship between the diffusion distribution on the liquid level in the mixing vessel 10 and the rotational speed of the stirring blade 20 by analyzing the flow field and the diffusion field in the mixing vessel 10 in advance. Is set. For example, on the basis of a spatial distribution (diffusion distribution) model obtained as a result of simulation analysis of the flow field and diffusion field, the diffusion distribution on the liquid surface and the appropriate rotation speed of the stirring blade 20 are linked to each other for control purposes. It is preset as information.

この方法においては、はじめに、主液の量を計測し、混合容器10に所定量の主液を貯留させる(ステップS10)。例えば、主液流入ライン110を通じて主液を導入する間に、混合容器10に導入される主液の流量を主液流量センサ11によって計測する。混合容器10に導入する主液の量は、流れ場及び拡散場を模擬的に解析したときの初期量に一致させる。   In this method, first, the amount of main liquid is measured, and a predetermined amount of main liquid is stored in the mixing container 10 (step S10). For example, the main liquid flow rate sensor 11 measures the flow rate of the main liquid introduced into the mixing container 10 while the main liquid is introduced through the main liquid inflow line 110. The amount of the main liquid introduced into the mixing container 10 is matched with the initial amount when the flow field and the diffusion field are simulated.

続いて、混合によって得ようとする混合液の目標pH(目標値)を設定する(ステップS11)。目標pHは、流れ場及び拡散場を模擬的に解析したときの最終状態における値に一致させる。   Subsequently, the target pH (target value) of the liquid mixture to be obtained by mixing is set (step S11). The target pH is matched with the value in the final state when the flow field and the diffusion field are simulated.

続いて、混合容器10において混合を開始する(ステップS12)。混合容器10における混合は、添加液の添加量を、流量、或いは、添加時間及び休止時間(デューティー比)の調節により制御しながら行う。攪拌翼20の回転速度は、攪拌の開始時、既定の基本回転速度に制御される。   Subsequently, mixing is started in the mixing container 10 (step S12). Mixing in the mixing container 10 is performed while controlling the addition amount of the additive liquid by adjusting the flow rate or addition time and rest time (duty ratio). The rotation speed of the stirring blade 20 is controlled to a predetermined basic rotation speed at the start of stirring.

続いて、混合容器10において混合を行っている間に、混合容器10内の液体のpH(計測値)を計測する(ステップS13)。液体のpHは、混合容器10の内壁に設置されたpHセンサにより、適宜の計測間隔で計測される。pHセンサによる計測位置におけるpH(計測値)の計測信号は、解析装置70に伝送される。   Subsequently, while mixing is performed in the mixing container 10, the pH (measured value) of the liquid in the mixing container 10 is measured (step S13). The pH of the liquid is measured at an appropriate measurement interval by a pH sensor installed on the inner wall of the mixing container 10. A measurement signal of pH (measurement value) at a measurement position by the pH sensor is transmitted to the analysis device 70.

続いて、解析装置70は、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)と攪拌翼20の回転速度との予め設定された関係と、pHセンサによる計測と、に基づいて、攪拌翼20の新しい回転速度(新規目標値)を決定する(ステップS14)。新しい回転速度(新規目標値)は、例えば、液面における拡散分布と攪拌翼20の適切な回転速度とが紐付けられたテーブル等(制御用情報)から、計測されたpH(計測値)から推定される拡散分布に対応する回転速度値が抽出されることにより選定される。   Subsequently, the analyzing device 70 uses the stirring blade based on the preset relationship between the mixing state (diffusion distribution) at the liquid level in the mixing vessel 10 and the rotation speed of the stirring blade 20 and the measurement by the pH sensor. 20 new rotational speeds (new target values) are determined (step S14). The new rotation speed (new target value) is obtained from the measured pH (measurement value) from, for example, a table (control information) in which the diffusion distribution on the liquid surface and the appropriate rotation speed of the stirring blade 20 are linked. The rotation speed value corresponding to the estimated diffusion distribution is extracted and selected.

続いて、予め設定されている混合容器10内の液体の目標pH(目標値)と、pHセンサによる計測値との差分に基づいて、混合容器10の添加口から添加する添加液の添加量を決定する(ステップS15)。添加液の添加量は、混合容器10内の局所的な濃度変化が低減されるように、流量、或いは、添加時間及び休止時間(デューティー比)の調節の下で設定する。   Subsequently, based on the difference between the preset target pH (target value) of the liquid in the mixing container 10 and the measured value by the pH sensor, the amount of addition liquid added from the addition port of the mixing container 10 is determined. Determine (step S15). The addition amount of the addition liquid is set under the adjustment of the flow rate or the addition time and the rest time (duty ratio) so that the local concentration change in the mixing container 10 is reduced.

続いて、制御装置80は、攪拌翼20の回転速度を、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)と攪拌翼20の回転速度との予め設定された関係と、pHセンサによる計測と、に基づいて導かれた回転速度(新規目標値)に制御する(ステップS16)。攪拌翼20の回転速度は、通常、基本回転速度よりも速い回転速度に変更される。   Subsequently, the control device 80 measures the rotational speed of the stirring blade 20 with a preset relationship between the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing vessel 10 and the rotational speed of the stirring blade 20 and a pH sensor. Then, the rotation speed (new target value) derived based on the above is controlled (step S16). The rotation speed of the stirring blade 20 is normally changed to a rotation speed higher than the basic rotation speed.

続いて、制御装置80は、混合容器10の添加口から添加する添加液の添加量を、計測に基づいて決定された添加量に制御する(ステップS17)。制御装置80は、定量ポンプ40の出力を変更し、比例制御、PI制御、PID制御等を行う。   Subsequently, the control device 80 controls the addition amount of the additive liquid added from the addition port of the mixing container 10 to the addition amount determined based on the measurement (step S17). The control device 80 changes the output of the metering pump 40 and performs proportional control, PI control, PID control, and the like.

続いて、予め設定されている混合液の目標pH(目標値)と、pHセンサが計測したpH(計測値)との差分が許容値の範囲内であるか否かを判定する(ステップS18)。   Subsequently, it is determined whether or not the difference between the preset target pH (target value) of the liquid mixture and the pH (measured value) measured by the pH sensor is within an allowable value range (step S18). .

ステップS18において、目標pH(目標値)と計測したpH(計測値)との差分が許容値の範囲内でないと(ステップS18;No)、混合液が所定のpHに調整されていないため、処理をステップS13に戻す。そして、適宜の計測間隔の下、主液と添加液との混合が続けられる。なお、所定の繰り返し回数を超えても処理を終了できない場合は、アラートを表示し、場合によっては自動的に停止する。   In step S18, if the difference between the target pH (target value) and the measured pH (measured value) is not within the allowable value range (step S18; No), the liquid mixture is not adjusted to the predetermined pH, so Is returned to step S13. Then, mixing of the main liquid and the additive liquid is continued at an appropriate measurement interval. If the process cannot be completed even after a predetermined number of repetitions, an alert is displayed and, depending on the case, the process is automatically stopped.

一方、ステップS18において、目標pH(目標値)と計測したpH(計測値)との差分が許容値の範囲内であると(ステップS18;Yes)、混合液が所定のpHに調整されているため、混合容器10における液体の混合を終了する。攪拌翼20の作動が停止されると共に、混合容器10への添加液の導入が停止されて、バルブ18が閉鎖される。なお、以上の混合方法は、液質として、pHに代えて、他の成分の濃度や状態量を用いる場合も同様にして行うことが可能である。   On the other hand, when the difference between the target pH (target value) and the measured pH (measured value) is within the allowable range in step S18 (step S18; Yes), the mixed solution is adjusted to a predetermined pH. Therefore, the mixing of the liquid in the mixing container 10 is finished. While the operation of the stirring blade 20 is stopped, the introduction of the additive liquid into the mixing container 10 is stopped, and the valve 18 is closed. The above mixing method can be performed in the same manner when the concentration and state quantity of other components are used as the liquid quality instead of pH.

以上の混合装置1を使用して行う液体の混合方法によると、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を指標として攪拌翼20の回転速度が変更される。そのため、主液に添加液を添加したとき、液面付近に生じる濃度等の状態変化を、適切な攪拌力で迅速に解消することができる。一般に、攪拌翼20は混合容器10の下部に配置され、液面側ほど攪拌力が弱くなる傾向があるところ、液面付近における液体の液質(濃度等)を直接的に計測すること無く、任意の位置に設置された液質センサ60を利用して、適切に混合を行うことができる。   According to the liquid mixing method performed using the mixing apparatus 1 described above, the rotational speed of the stirring blade 20 is changed using the mixing state (diffusion distribution) on the liquid surface in the mixing container 10 as an index. For this reason, when an additive liquid is added to the main liquid, a change in state such as concentration near the liquid surface can be quickly eliminated with an appropriate stirring force. In general, the stirring blade 20 is disposed at the lower part of the mixing container 10 and the stirring force tends to be weaker toward the liquid surface side, without directly measuring the liquid quality (concentration, etc.) of the liquid near the liquid surface, Mixing can be performed appropriately using the liquid quality sensor 60 installed at an arbitrary position.

また、混合装置1を使用して行う液体の混合方法によると、高濃度の添加液の濃度塊が主液に接触し続けるのを防ぐことができる。そのため、主液に細胞が含まれている場合には、細胞が高濃度の添加液で死滅又は損傷するのが防止されるし、主液にタンパク質のような高分子等が含まれている場合には、その物質が高濃度の添加液で変性、凝集等するのが防止される。   In addition, according to the liquid mixing method performed using the mixing device 1, it is possible to prevent the concentration lump of the high concentration additive liquid from continuing to contact the main liquid. Therefore, when cells are contained in the main solution, cells are prevented from being killed or damaged by a high concentration of addition solution, and when the main solution contains macromolecules such as proteins. In this case, the substance is prevented from being denatured or aggregated by a high concentration additive solution.

また、混合装置1を使用して行う液体の混合方法によると、液面の混和に必要な最小の回転速度に制御して混合を行うことが可能である。そのため、過剰な攪拌が行われることが無く、攪拌翼20による剪断力や衝撃力で、主液や添加液に含まれている溶質、分散質等が変質するのを防止することができる。また、混合容器10内の液体が起泡したり、攪拌翼20の駆動エネルギが余計に浪費されたりするのも防止することができる。   In addition, according to the liquid mixing method performed using the mixing apparatus 1, it is possible to perform mixing while controlling to the minimum rotational speed necessary for mixing the liquid surface. Therefore, excessive stirring is not performed, and it is possible to prevent the solute, dispersoid, and the like contained in the main liquid and the additive liquid from being altered by the shearing force and impact force of the stirring blade 20. In addition, it is possible to prevent the liquid in the mixing container 10 from foaming and waste of the drive energy of the stirring blade 20.

次に、混合装置1を使用して行う液体の混合方法の他例について具体的に説明する。   Next, another example of the liquid mixing method performed using the mixing apparatus 1 will be specifically described.

混合装置1では、攪拌翼20(回転攪拌機)の回転速度を、混合容器10内の液面の高さを指標として制御することができる。この方法においては、攪拌翼20の回転速度を、混合容器10内の液面の高さと攪拌翼20の回転速度との予め設定された関係と、主液流量センサ(液量計測器)11、及び、添加液流量センサ(液量計測器)12による計測によって求められる混合容器10内の液面の高さと、に基づいて導かれた回転速度に制御する。   In the mixing apparatus 1, the rotation speed of the stirring blade 20 (rotary stirrer) can be controlled using the height of the liquid level in the mixing container 10 as an index. In this method, the rotational speed of the stirring blade 20 is set to a predetermined relationship between the height of the liquid level in the mixing vessel 10 and the rotational speed of the stirring blade 20, the main liquid flow rate sensor (liquid amount measuring device) 11, And it controls to the rotational speed induced | guided | derived based on the height of the liquid level in the mixing container 10 calculated | required by the measurement by the addition liquid flow sensor (liquid quantity measuring device) 12. FIG.

図3は、混合装置を使用して行う液体の混合方法の他例を示すフロー図である。
図3においては、液質センサ60としてpHセンサを備える混合容器10において、主液と添加液との混合により、所定のpHに調整された混合液を得る流れを例示する。
FIG. 3 is a flowchart showing another example of the liquid mixing method performed using the mixing apparatus.
FIG. 3 illustrates a flow of obtaining a liquid mixture adjusted to a predetermined pH by mixing the main liquid and the additive liquid in the mixing container 10 including a pH sensor as the liquid quality sensor 60.

この方法において、混合装置1には、混合容器10内の液面の高さと攪拌翼20の回転速度との関係が、混合容器10内の流れ場及び拡散場を模擬的に解析して予め設定される。例えば、流れ場及び拡散場を模擬的に解析した結果得られた空間分布(拡散分布)モデルに基づいて、液面の高さと攪拌翼20の適切な回転速度とが紐付けられ、制御用情報として予め設定される。   In this method, in the mixing apparatus 1, the relationship between the height of the liquid level in the mixing container 10 and the rotation speed of the stirring blade 20 is set in advance by simulating the flow field and diffusion field in the mixing container 10. Is done. For example, on the basis of a spatial distribution (diffusion distribution) model obtained as a result of simulation analysis of the flow field and diffusion field, the height of the liquid level and an appropriate rotation speed of the stirring blade 20 are associated with each other. Is preset.

この方法においては、図2に示す方法と同様に、はじめに、主液の量を計測し、混合容器10に所定量の主液を貯留させる(ステップS20)。そして、混合によって得ようとする混合液の目標pH(目標値)を設定し(ステップS21)、混合容器10において混合を開始する(ステップS22)。   In this method, similarly to the method shown in FIG. 2, first, the amount of the main liquid is measured, and a predetermined amount of the main liquid is stored in the mixing container 10 (step S20). And the target pH (target value) of the liquid mixture which is going to be obtained by mixing is set (step S21), and mixing is started in the mixing container 10 (step S22).

続いて、混合容器10において混合を行っている間に、混合容器10内の液面の高さ、及び、混合容器10内の液体のpH(計測値)を計測する(ステップS23)。液面の高さは、主液流量センサ11による計測、及び、添加液流量センサ12による計測によって、適宜の時間間隔で求められる。例えば、主液流量センサ11及び添加液流量センサ12による計測信号は、解析装置70に伝送される。また、液体のpHは、混合容器10の内壁に設置されたpHセンサにより、適宜の計測間隔で計測される。pHセンサによる計測位置におけるpH(計測値)の計測信号は、解析装置70に伝送される。   Subsequently, while mixing is performed in the mixing container 10, the height of the liquid level in the mixing container 10 and the pH (measured value) of the liquid in the mixing container 10 are measured (step S23). The height of the liquid level is obtained at appropriate time intervals by measurement using the main liquid flow sensor 11 and measurement using the additive liquid flow sensor 12. For example, measurement signals from the main liquid flow sensor 11 and the additive liquid flow sensor 12 are transmitted to the analysis device 70. The pH of the liquid is measured at appropriate measurement intervals by a pH sensor installed on the inner wall of the mixing container 10. A measurement signal of pH (measurement value) at a measurement position by the pH sensor is transmitted to the analysis device 70.

続いて、解析装置70は、混合容器10内の液面の高さと攪拌翼20の回転速度との予め設定された関係と、主液流量センサ11による計測、及び、添加液流量センサ12による計測によって求められた混合容器10内の液面の高さと、に基づいて、攪拌翼20の新しい回転速度(新規目標値)を決定する(ステップS24)。新しい回転速度(新規目標値)は、例えば、液面の高さと攪拌翼20の適切な回転速度とが紐付けられたテーブル等の制御用情報から、計測された液面の高さに対応する回転速度値が抽出されることにより選定される。   Subsequently, the analysis device 70 determines a preset relationship between the height of the liquid level in the mixing container 10 and the rotation speed of the stirring blade 20, measurement by the main liquid flow sensor 11, and measurement by the additive liquid flow sensor 12. The new rotation speed (new target value) of the stirring blade 20 is determined based on the height of the liquid level in the mixing container 10 determined by (Step S24). The new rotation speed (new target value) corresponds to the height of the liquid level measured from, for example, control information such as a table in which the liquid level and the appropriate rotation speed of the stirring blade 20 are linked. Selection is made by extracting the rotational speed value.

続いて、予め設定されている混合容器10内の液体の目標pH(目標値)と、pHセンサによる計測値との差分に基づいて、混合容器10の添加口から添加する添加液の添加量を決定する(ステップS25)。添加液の添加量は、混合容器10内の局所的な濃度変化が低減されるように、流量、或いは、添加時間及び休止時間(デューティー比)の調節の下で設定する。   Subsequently, based on the difference between the preset target pH (target value) of the liquid in the mixing container 10 and the measured value by the pH sensor, the amount of addition liquid added from the addition port of the mixing container 10 is determined. Determine (step S25). The addition amount of the addition liquid is set under the adjustment of the flow rate or the addition time and the rest time (duty ratio) so that the local concentration change in the mixing container 10 is reduced.

続いて、制御装置80は、攪拌翼20の回転速度を、混合容器10内の液面の高さと攪拌翼20の回転速度との予め設定された関係と、混合容器10内の液面の高さと、に基づいて導かれた回転速度(新規目標値)に制御する(ステップS26)。なお、液面の高さは、解析装置70により、主液流量センサ11による計測、及び、添加液流量センサ12による計測に基づいて求められる。攪拌翼20の回転速度は、通常、基本回転速度よりも速い回転速度に変更される。   Subsequently, the control device 80 sets the rotational speed of the stirring blade 20 to the preset relationship between the height of the liquid level in the mixing container 10 and the rotational speed of the stirring blade 20 and the height of the liquid level in the mixing container 10. Then, the rotation speed (new target value) derived based on the above is controlled (step S26). Note that the height of the liquid level is obtained by the analysis device 70 based on the measurement by the main liquid flow sensor 11 and the measurement by the additive liquid flow sensor 12. The rotation speed of the stirring blade 20 is normally changed to a rotation speed higher than the basic rotation speed.

続いて、制御装置80は、混合容器10の添加口から添加する添加液の添加量を、計測に基づいて決定された添加量に制御する(ステップS27)。制御装置80は、定量ポンプ40の出力を変更し、比例制御、PI制御、PID制御等を行う。   Then, the control apparatus 80 controls the addition amount of the addition liquid added from the addition port of the mixing container 10 to the addition amount determined based on measurement (step S27). The control device 80 changes the output of the metering pump 40 and performs proportional control, PI control, PID control, and the like.

続いて、予め設定されている混合液の目標pH(目標値)と、pHセンサが計測したpH(計測値)との差分が許容値の範囲内であるか否かを判定する(ステップS28)。   Subsequently, it is determined whether or not a difference between a preset target pH (target value) of the liquid mixture and a pH (measured value) measured by the pH sensor is within an allowable value range (step S28). .

ステップS28において、目標pH(目標値)と計測したpH(計測値)との差分が許容値の範囲内でないと(ステップS28;No)、混合液が所定のpHに調整されていないため、処理をステップS23に戻す。そして、適宜の計測間隔の下、主液と添加液との混合が続けられる。所定の繰り返し回数を超えても処理を終了できない場合は、アラートを表示し、場合によっては自動的に停止する。   In step S28, if the difference between the target pH (target value) and the measured pH (measured value) is not within the allowable value range (step S28; No), the mixed liquid is not adjusted to the predetermined pH, so Is returned to step S23. Then, mixing of the main liquid and the additive liquid is continued at an appropriate measurement interval. If the process cannot be completed even after a predetermined number of repetitions, an alert is displayed and, depending on the case, automatically stops.

一方、解析装置70は、ステップS28において、目標pH(目標値)と計測したpH(計測値)との差分が許容値の範囲内であると(ステップS18;Yes)、混合液が所定のpHに調整されているため、混合容器10における液体の混合を終了する。攪拌翼20の作動が停止されると共に、混合容器10への添加液の導入が停止されて、バルブ18が閉鎖される。なお、以上の混合方法は、液質として、pHに代えて、他の成分の濃度や状態量を用いる場合も同様にして行うことが可能である。   On the other hand, in step S28, when the difference between the target pH (target value) and the measured pH (measured value) is within the allowable range (step S18; Yes), the analysis device 70 determines that the mixed solution has a predetermined pH. Therefore, the mixing of the liquid in the mixing container 10 is finished. While the operation of the stirring blade 20 is stopped, the introduction of the additive liquid into the mixing container 10 is stopped, and the valve 18 is closed. The above mixing method can be performed in the same manner when the concentration and state quantity of other components are used as the liquid quality instead of pH.

以上の混合装置1を使用して行う液体の混合方法によると、混合容器10内の液面の高さを指標として攪拌翼20の回転速度が変更される。そのため、主液に添加液を添加したとき、液面付近に生じる濃度等の状態変化を、適切な攪拌力で迅速に解消することができる。一般に、攪拌翼20は混合容器10の下部に配置され、液面側ほど攪拌力が弱くなる傾向があるところ、添加液の添加量が累積して液面の高さが高くなった状態においても、適切に混合を行うことができる。また、図2に示す方法と同様に、主液、溶質等の変質や、起泡、駆動エネルギの浪費等を防止することができる。   According to the liquid mixing method performed using the mixing apparatus 1 described above, the rotational speed of the stirring blade 20 is changed using the height of the liquid level in the mixing container 10 as an index. For this reason, when an additive liquid is added to the main liquid, a change in state such as concentration near the liquid surface can be quickly eliminated with an appropriate stirring force. In general, the stirring blade 20 is disposed at the lower part of the mixing vessel 10 and the stirring force tends to be weaker toward the liquid surface side. However, even in a state where the addition amount of the additive liquid is accumulated and the liquid level is high. Can be mixed properly. Further, similar to the method shown in FIG. 2, it is possible to prevent alteration of the main liquid and solute, foaming, waste of driving energy, and the like.

次に、本発明の変形例に係る混合装置の構成について説明する。   Next, the structure of the mixing apparatus according to the modification of the present invention will be described.

図4は、本発明の変形例に係る混合装置の構成を示す模式図である。図4(a)は、変形例に係る混合装置の全体構成を示す模式図、図4(b)は、混合装置に備えられるスプレー式ノズルの模式断面図である。
図4(a)に示すように、前記の実施形態に係る混合装置(1)は、複数の流入部(50a,50b)から、複数箇所に添加液(第2液体)を添加する構成の混合装置(変形例に係る混合装置2)とされてもよい。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a mixing apparatus according to a modification of the present invention. Fig.4 (a) is a schematic diagram which shows the whole structure of the mixing apparatus which concerns on a modification, FIG.4 (b) is a schematic cross section of the spray type nozzle with which a mixing apparatus is equipped.
As shown to Fig.4 (a), the mixing apparatus (1) based on the said embodiment is mixing of the structure which adds an addition liquid (2nd liquid) to several places from several inflow parts (50a, 50b). It may be an apparatus (mixing apparatus 2 according to a modification).

変形例に係る混合装置2において、混合容器10Aの上面には、添加口が三ヶ所設けられている。添加液(第2液体)を混合容器10A内の液体に添加するための添加液流入ライン120は、混合容器10A側が分岐しており、混合容器10A側の末端に二個の流入部(50a,50b)を有している。二個の流入部(50a,50b)は、混合容器10Aの上面に離散的に配置された二ヶ所の添加口のそれぞれに位置し、液面を臨むように開口している。   In the mixing apparatus 2 according to the modified example, three addition ports are provided on the upper surface of the mixing container 10A. The additive liquid inflow line 120 for adding the additive liquid (second liquid) to the liquid in the mixing container 10A is branched on the mixing container 10A side, and two inflow portions (50a, 50a, 50b). The two inflow portions (50a, 50b) are located at each of the two addition ports discretely arranged on the upper surface of the mixing container 10A, and open so as to face the liquid surface.

混合装置2を使用した混合操作においては、主液に混合される添加液が、二個の流入部(50a,50b)のそれぞれから同時に添加される。所定の濃度等に調整された混合液を得るにあたり、必要とされる所定の添加量の添加液を、空間的に複数に分割して主液に添加することができる。   In the mixing operation using the mixing device 2, the additive liquid to be mixed with the main liquid is added simultaneously from each of the two inflow portions (50a, 50b). In obtaining a mixed liquid adjusted to a predetermined concentration or the like, a required addition amount of a required addition amount can be spatially divided into a plurality and added to the main liquid.

また、図4(b)に示すように、前記の実施形態に係る混合装置(1)や、変形例に係る混合装置(2)は、添加液流入ライン120が、混合容器(10,10A)側の末端の流入部(50,50a,50b)にスプレー式ノズル50Aを備えてもよい。   Moreover, as shown in FIG.4 (b), as for the mixing apparatus (1) which concerns on the said embodiment, and the mixing apparatus (2) which concerns on a modification, the addition liquid inflow line 120 is a mixing container (10,10A). You may equip the inflow part (50, 50a, 50b) of the side terminal with the spray type nozzle 50A.

スプレー式ノズル50Aは、液体を霧状ないし微小な液滴状として広範囲に散布するために備えられる。図4(b)に示すスプレー式ノズル50Aは、高圧空気室51と、溶液室52とを有している。高圧空気室51に、例えば、0.5〜10kPaの高圧空気を供給し、溶液室52に添加液を供給すると、添加液を霧状ないし微小な液滴状として、主液の液面の広範囲に散布することができる。   The spray type nozzle 50A is provided for spraying a liquid in a wide range as a mist or a fine droplet. The spray nozzle 50 </ b> A shown in FIG. 4B has a high-pressure air chamber 51 and a solution chamber 52. For example, when high-pressure air of 0.5 to 10 kPa is supplied to the high-pressure air chamber 51 and the additive solution is supplied to the solution chamber 52, the additive solution is made into a mist-like or fine droplet form, and a wide range of the liquid level of the main liquid. Can be sprayed on.

このような混合装置2や、スプレー式ノズル50Aによると、所定量の添加液を混合容器(10,10A)内に導入したとき、添加液の液滴と混合容器(10,10A)内の主液との接触面積が広くなる。また、添加液の液滴が、空間的に異なる位置から混合容器(10,10A)内の液面に入るので、攪拌による対流混合が進む。そのため、主液と所定量の添加液とを、より速やかに混和させて、添加液の添加により生じる濃度等の状態変化を、より迅速に解消することができる。   According to the mixing device 2 and the spray type nozzle 50A, when a predetermined amount of additive liquid is introduced into the mixing container (10, 10A), the droplets of the additive liquid and the main liquid in the mixing container (10, 10A). The contact area with the liquid is increased. Further, since the droplets of the additive liquid enter the liquid surface in the mixing container (10, 10A) from spatially different positions, convective mixing by stirring proceeds. Therefore, the main liquid and a predetermined amount of the additive liquid can be mixed more rapidly, and the state change such as the concentration caused by the addition of the additive liquid can be eliminated more quickly.

次に、本発明の実施例に係る混合装置の構成について説明する。   Next, the configuration of the mixing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.

図5は、本発明の第1実施例に係る混合装置の構成を示す模式図である。
図5に示すように、前記の実施形態に係る混合装置(1)は、細胞を流加培養するための装置(第1実施例に係る混合装置3)を構成してもよい。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the mixing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the mixing apparatus (1) according to the above embodiment may constitute an apparatus for feeding and culturing cells (mixing apparatus 3 according to the first example).

第1実施例に係る混合装置3においては、混合容器10に所望の細胞が播種された種培養液が導入され、混合容器10に貯留されている大容量の培養液に対し、小容量の流加液やアルカリ性溶液が添加される。培養液は、高濃度の培地成分等を含む流加液や、培養液のpHを中性付近に保つためのアルカリ性溶液が添加されながら、所定の培養条件を保って細胞を流加培養する。   In the mixing apparatus 3 according to the first embodiment, a seed culture solution in which desired cells are seeded in the mixing container 10 is introduced, and a small volume of the culture medium stored in the mixing container 10 is flowed. Additives or alkaline solutions are added. The culture solution is fed-batch cultured under a predetermined culture condition while a fed-batch solution containing a medium component at a high concentration or an alkaline solution for keeping the pH of the culture solution near neutral is added.

混合装置3において、高濃度の培地成分等を含む流加液は、添加液流入ライン120に接続された流加液容器30aに用意される。また、培養液のpHを調整するためのアルカリ性溶液は、添加液流入ライン120に接続されたアルカリ性溶液容器30bに用意される。混合容器10の壁面には、液質センサとしてpHセンサ60a、溶存酸素センサ60b、温度センサ60c及び培地用センサ60dが備えられる。また、混合容器10の内部には、散気管90が設置され、散気管90には、散気装置100から空気と二酸化炭素との混合ガス等が供給される。   In the mixing device 3, a fed solution containing a high concentration medium component or the like is prepared in a fed solution container 30 a connected to the added solution inflow line 120. An alkaline solution for adjusting the pH of the culture solution is prepared in an alkaline solution container 30b connected to the additive solution inflow line 120. On the wall surface of the mixing container 10, a pH sensor 60a, a dissolved oxygen sensor 60b, a temperature sensor 60c, and a medium sensor 60d are provided as liquid quality sensors. In addition, an air diffuser 90 is installed inside the mixing container 10, and a mixed gas of air and carbon dioxide or the like is supplied from the air diffuser 100 to the air diffuser 90.

流加液やアルカリ性溶液は、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を指標とした制御(図2参照)、又は、混合容器10内の液面の高さを指標とした制御(図3参照)に準じて、混合容器10に貯留されている培養液に添加される。流加液については、培地用センサ60dとして、例えば、有機体炭素センサ、バイオセンサ、イオンセンサ、酸化還元電位センサ等を備え、液質(濃度等)を計測して混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を推定し、制御を行うことができる。なお、攪拌翼20の最小の回転速度は、散気装置100から供給するガスの相間物質移動を加味したCFD解析に基づいて決定してもよい。   The feed solution and the alkaline solution are controlled using the mixing state (diffusion distribution) at the liquid level in the mixing container 10 as an index (see FIG. 2), or controlled using the height of the liquid level in the mixing container 10 as an index. According to (see FIG. 3), it is added to the culture solution stored in the mixing container 10. For the fed-batch solution, the medium sensor 60d includes, for example, an organic carbon sensor, biosensor, ion sensor, oxidation-reduction potential sensor, and the like. The mixed state (diffusion distribution) in can be estimated and controlled. Note that the minimum rotation speed of the stirring blade 20 may be determined based on CFD analysis in consideration of interphase mass transfer of the gas supplied from the diffuser 100.

培地用センサ60dによる計測の対象としては、例えば、グルタミン、グルコース等の培地成分や、高濃度になるにつれて細胞による物質の産生を阻害する成分や、細胞を死滅又は損傷させる物質や、細胞の代謝を阻害する物質や、培養液中の成分を変質させる物質や、副生成物を生成する物質等が挙げられる。培地用センサ60dは、図示する流加液に代えて、その他の添加液の液質(濃度等)を計測してもよい。   Examples of the measurement target by the medium sensor 60d include medium components such as glutamine and glucose, components that inhibit the production of substances by cells as the concentration increases, substances that kill or damage cells, and cell metabolism Inhibiting substances, substances that alter the components in the culture solution, substances that generate by-products, and the like. The medium sensor 60d may measure the quality (concentration, etc.) of other additive liquids instead of the illustrated fed-batch liquid.

混合装置3は、生物由来の物質を分離精製する分離精製システムに組み込んで使用することが可能である。例えば、抗体医薬の製造を目的とし、抗体産生細胞を培養した培養液から抗体を分離精製する分離精製システム等に使用することができる。物質産生細胞を培養した培養液は、混合液流出ライン130を通じて、精製カラムに流出させて、精製された物質を回収する。   The mixing device 3 can be used by being incorporated in a separation and purification system for separating and purifying a biological material. For example, for the purpose of producing an antibody drug, it can be used in a separation and purification system for separating and purifying an antibody from a culture solution in which antibody-producing cells are cultured. The culture solution in which the substance-producing cells are cultured flows out to the purification column through the mixed solution outflow line 130 to collect the purified substance.

このように、細胞を流加培養するための混合装置を構成すると、培養液に流加液やアルカリ性溶液を添加したとき、液面付近に生じる極端な培地成分の濃度変化やpH変化を、適切な攪拌力で迅速に解消することができる。一般に、高濃度の培地成分を含む流加液を添加すると、栄養濃度が高い領域が局所的に形成され、その領域において、細胞の代謝速度が変化することが知られている。しかし、このような領域が、適切な攪拌力によって無くなるため、混合容器10内で培養されている細胞を、適切な栄養濃度の下で均一に生育させて、高効率で物質を産生させることができる。また、細胞等が、培養液のアルカリ性化により、凝集したり、目的物質の立体構造や化学構造が変性したりするのも防止することができる。   In this way, when a mixing device for feeding cells is configured, when a fed-batch solution or an alkaline solution is added to the culture solution, extreme changes in the concentration of medium components and pH changes that occur near the liquid level Can be quickly eliminated with a sufficient stirring force. In general, it is known that when a fed-batch solution containing a medium component at a high concentration is added, a region with a high nutrient concentration is locally formed, and the metabolic rate of the cells changes in that region. However, since such a region is eliminated by an appropriate stirring force, cells cultured in the mixing container 10 can be uniformly grown under an appropriate nutrient concentration to produce a substance with high efficiency. it can. In addition, it is possible to prevent cells and the like from aggregating due to the alkalinity of the culture solution and from modifying the three-dimensional structure and chemical structure of the target substance.

図6は、本発明の第2実施例に係る混合装置の構成を示す模式図である。
図6に示すように、前記の実施形態に係る混合装置(1)は、ウイルスが含まれている液体(含ウイルス液)をウイルス不活化処理するための装置(第2実施例に係る混合装置4)を構成してもよい。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the mixing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the mixing apparatus (1) according to the above-described embodiment is an apparatus for inactivating a virus-containing liquid (virus-containing liquid) (mixing apparatus according to the second example). 4) may be configured.

第2実施例に係る混合装置4においては、混合容器10に含ウイルス液が導入され、混合容器10に貯留されている大容量の含ウイルス液に対し、小容量の酸性溶液が添加される。含ウイルス液は、高濃度の酸性溶液の添加によりpH3程度まで酸性化され、混入しているウイルスが不活化される。そして、不活化された液体は、アルカリ性溶液の添加により中和された後、処理済液(ウイルス不活化液)として回収される。   In the mixing apparatus 4 according to the second embodiment, the virus-containing liquid is introduced into the mixing container 10, and a small-volume acidic solution is added to the large-capacity virus-containing liquid stored in the mixing container 10. The virus-containing solution is acidified to about pH 3 by adding a high-concentration acidic solution, and the contaminated virus is inactivated. Then, the inactivated liquid is neutralized by adding an alkaline solution, and then recovered as a processed liquid (virus inactivating liquid).

混合装置4において、ウイルスを不活化させるための酸性溶液は、添加液流入ライン120に接続された酸性溶液容器30cに用意される。また、酸性化した含ウイルス液を中和するためのアルカリ性溶液は、添加液流入ライン120に接続されたアルカリ性溶液容器30dに用意される。混合容器10の壁面には、液質センサ60としてpHセンサが備えられる。   In the mixing device 4, an acidic solution for inactivating viruses is prepared in an acidic solution container 30 c connected to the additive solution inflow line 120. Further, an alkaline solution for neutralizing the acidified virus-containing solution is prepared in an alkaline solution container 30 d connected to the additive solution inflow line 120. A pH sensor is provided as a liquid quality sensor 60 on the wall surface of the mixing container 10.

酸性溶液やアルカリ性溶液は、混合容器10内の液面における混合状態(拡散分布)を指標とした制御(図2参照)、又は、混合容器10内の液面の高さを指標とした制御(図3参照)に従って、混合容器10に貯留されている含ウイルス液に添加され、攪拌下、混合容器10内の液体のpHが調整される。   The acidic solution and the alkaline solution are controlled using the mixing state (diffusion distribution) at the liquid level in the mixing container 10 as an index (see FIG. 2), or controlled using the liquid level in the mixing container 10 as an index ( According to FIG. 3), it is added to the virus-containing liquid stored in the mixing container 10, and the pH of the liquid in the mixing container 10 is adjusted with stirring.

混合装置4は、生物由来の物質を分離精製する分離精製システムに組み込んで使用することが可能である。例えば、抗体産生細胞を培養した培養液から抗体を分離精製する、抗体医薬の製造を目的とした分離精製システム等に使用することができる。このような分離精製の過程では、培養液中や細胞中にウイルスが生存していると、製造物に混入して抗体医薬の安全性を損ねるため、含ウイルス液をpH3程度の酸性下、所定時間保持することによりウイルス不活化処理する。   The mixing device 4 can be used by being incorporated in a separation and purification system for separating and purifying a biological material. For example, it can be used in a separation and purification system for the purpose of producing an antibody drug, in which an antibody is separated and purified from a culture solution in which antibody-producing cells are cultured. In such a process of separation and purification, if the virus is alive in the culture solution or in the cells, the virus-containing solution may be mixed with the product to impair the safety of the antibody drug. The virus is inactivated by holding for a period of time.

分離精製システムにおいては、例えば、主液流入ライン110を、アフィニティクロマトグラフィ、陽イオン交換クロマトグラフィ、陰イオン交換クロマトグラフィ等による精製を行う精製カラムに接続し、物質産生細胞を培養した培養液を精製カラムに通じて精製した後、混合容器10に導入してウイルス不活化処理を行うことができる。そして、処理済液(ウイルス不活化液)は、混合液流出ライン130を通じて、他の精製カラムや、生成物回収用の容器に流出させる。   In the separation and purification system, for example, the main liquid inflow line 110 is connected to a purification column that performs purification by affinity chromatography, cation exchange chromatography, anion exchange chromatography, or the like, and the culture solution in which the substance-producing cells are cultured is connected to the purification column. After purifying through, it can be introduced into the mixing vessel 10 and subjected to virus inactivation treatment. Then, the treated liquid (virus inactivating liquid) is caused to flow out through the mixed liquid outflow line 130 to another purification column or a product recovery container.

このように、ウイルス不活化処理するための混合装置を構成すると、含ウイルス液に酸性溶液やアルカリ性溶液を添加したとき、液面付近に生じる極端なpH変化を、適切な攪拌力で迅速に解消することができる。そのため、含ウイルス液に含まれている抗体等が、溶液の酸性化やアルカリ性化により、凝集したり、立体構造や化学構造が変性したりするのを防止することができる。また、酸性溶液やアルカリ性溶液を速やかに混和させて短時間で処理できるため、処理中に抗体等が劣化するのを避けることができる。すなわち、生物由来の物質等を、生産性高く分離精製して回収することができる。   In this way, when a mixing device for virus inactivation treatment is configured, when an acidic solution or alkaline solution is added to the virus-containing liquid, extreme pH changes that occur near the liquid surface can be quickly resolved with an appropriate stirring force. can do. For this reason, it is possible to prevent the antibody or the like contained in the virus-containing liquid from aggregating due to the acidification or alkalinization of the solution or from the modification of the three-dimensional structure or chemical structure. Moreover, since an acidic solution or an alkaline solution can be quickly mixed and processed in a short time, it is possible to avoid deterioration of antibodies and the like during the processing. That is, a biological substance or the like can be separated and purified with high productivity and recovered.

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、或る実施形態や変形例の構成の一部を他の実施形態や変形例の構成に置き換えたり、或る実施形態や変形例の構成の一部を他の実施形態や変形例に追加したり、或る実施形態や変形例の構成の一部を省略したりすることも可能である。   As mentioned above, although embodiment and the modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, a part of a configuration of an embodiment or a modification is replaced with a configuration of another embodiment or a modification, or a part of a configuration of a certain embodiment or a modification is added to another embodiment or a modification. It is also possible to omit a part of the configuration of a certain embodiment or modification.

例えば、前記の混合容器(10,10A)は、一本の添加液流入ライン120を通じて添加液を添加する構成とされているが、複数種の添加液を複数本のラインを通じて複数の添加口から添加する構成とされてもよい。また、前記の混合容器(10,10A)は、折り畳み可能な可撓性を有する合成樹脂製とされているが、ステンレス鋼等の金属製であってもよいし、容易に変形しない程度の剛性を有する合成樹脂製であってもよい。また、前記の混合容器(10,10A)は、多角形状等の他の形状であってもよい。また、攪拌翼20は、タービン翼、パドル翼、プロペラ翼、格子翼等の適宜の形状であってよいし、翼段数、翼径、翼高さ等は、容器に応じて適宜の条件にすることができる。   For example, the mixing container (10, 10A) is configured to add an additive liquid through a single additive liquid inflow line 120, but a plurality of types of additive liquids can be supplied from a plurality of addition ports through a plurality of lines. You may be set as the structure to add. Moreover, although the said mixing container (10,10A) is made from the synthetic resin which has the flexibility which can be folded, it may be made from metals, such as stainless steel, and the rigidity of the grade which does not deform | transform easily. It may be made of a synthetic resin. The mixing container (10, 10A) may have another shape such as a polygonal shape. Further, the stirring blade 20 may have an appropriate shape such as a turbine blade, a paddle blade, a propeller blade, or a lattice blade, and the number of blade stages, the blade diameter, the blade height, and the like are set to appropriate conditions according to the container. be able to.

また、図2及び図3においては、センサによる計測(ステップS13、ステップS23参照)を混合中に実行しているが、混合の開始前に行ってもよい。すなわち、所定の添加量の添加液を添加する毎に、制御した回転速度で攪拌を行ってもよい。また、回転速度の決定(ステップS14、ステップS24参照)と添加液の添加量の決定(ステップS15、ステップS25参照)や、回転速度の制御(ステップS16、ステップS26参照)と添加液の添加量の制御(ステップS17、ステップS27参照)は、それぞれ、順序が入れ替えられてもよい。   In FIGS. 2 and 3, the measurement by the sensor (see step S13 and step S23) is performed during mixing, but may be performed before the start of mixing. That is, the stirring may be performed at a controlled rotational speed each time a predetermined addition amount of the addition liquid is added. Further, the rotational speed is determined (see Steps S14 and S24) and the addition amount of the additive solution (see Steps S15 and S25), the rotational speed is controlled (see Steps S16 and S26), and the additive solution is added. The control (see step S17 and step S27) may be switched in order.

1,2,3,4 混合装置
10,10A 混合容器(容器)
11 主液流量センサ(液量計測器)
12 添加液流量センサ(液量計測器)
16 無菌コネクタ
18 バルブ
20 攪拌翼(回転攪拌機)
30 添加液容器
40 定量ポンプ
50 流入部
60 液質センサ
70 解析装置
80 制御装置
110 主液流入ライン(第1液体流入ライン)
120 添加液流入ライン(第2液体流入ライン)
130 混合液流出ライン
1,2,3,4 Mixing device 10,10A Mixing container (container)
11 Main liquid flow rate sensor
12 Additive flow sensor (liquid measuring device)
16 Aseptic connector 18 Valve 20 Stirring blade (rotary stirrer)
30 Additive liquid container 40 Metering pump 50 Inflow part 60 Liquid quality sensor 70 Analysis device 80 Control device 110 Main liquid inflow line (first liquid inflow line)
120 Additive liquid inflow line (second liquid inflow line)
130 Mixture outflow line

Claims (12)

液体を添加するための添加口を上部に有し、内部に貯留されている第1液体に前記添加口から第2液体を添加して混合する容器と、
前記容器の下部に配置され、前記容器内の液体を攪拌する回転攪拌機と、
前記容器に貯留される液体の量を計測する液量計測器と、
前記容器内の液質を計測する液質センサと、
前記回転攪拌機の回転速度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面における拡散分布と前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液質センサによる計測と、に基づいて導かれた回転速度に制御する混合装置。
A container having an addition port for adding a liquid at the top, and adding and mixing the second liquid from the addition port to the first liquid stored inside;
A rotary stirrer disposed at a lower portion of the container and stirring the liquid in the container;
A liquid amount measuring device for measuring the amount of liquid stored in the container;
A liquid quality sensor for measuring the liquid quality in the container;
A control device for controlling the rotational speed of the rotary stirrer,
The control device derives the rotation speed of the rotary stirrer based on a preset relationship between the diffusion distribution on the liquid level in the container and the rotation speed of the rotary stirrer and measurement by the liquid quality sensor. Mixing device to control to the specified rotational speed.
液体を添加するための添加口を上部に有し、内部に貯留されている第1液体に前記添加口から第2液体を添加して混合する容器と、
前記容器の下部に配置され、前記容器内の液体を攪拌する回転攪拌機と、
前記容器に貯留される液体の量を計測する液量計測器と、
前記容器内の液質を計測する液質センサと、
前記回転攪拌機の回転速度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面の高さと前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液量計測器による計測によって求められる前記容器内の液面の高さと、に基づいて導かれた回転速度に制御する混合装置。
A container having an addition port for adding a liquid at the top, and adding and mixing the second liquid from the addition port to the first liquid stored inside;
A rotary stirrer disposed at a lower portion of the container and stirring the liquid in the container;
A liquid amount measuring device for measuring the amount of liquid stored in the container;
A liquid quality sensor for measuring the liquid quality in the container;
A control device for controlling the rotational speed of the rotary stirrer,
The control device is configured to determine the rotation speed of the rotary stirrer in the container determined by a preset relationship between the liquid level in the container and the rotation speed of the rotary stirrer and the measurement by the liquid amount measuring device. The mixing device that controls the rotational speed derived based on the height of the liquid level.
前記第2液体の添加量が、前記容器内の液質について予め設定された目標値と前記液質センサによる計測値との差分に基づいて制御される請求項1又は請求項2に記載の混合装置。   The mixing according to claim 1 or 2, wherein the addition amount of the second liquid is controlled based on a difference between a target value set in advance for the liquid quality in the container and a measured value by the liquid quality sensor. apparatus. 前記液質センサが、pH、溶存酸素濃度、炭酸ガス濃度、有機物濃度、酸化還元電位、濁度、又は、温度を計測する請求項1又は請求項2に記載の混合装置。   The mixing apparatus according to claim 1, wherein the liquid quality sensor measures pH, dissolved oxygen concentration, carbon dioxide concentration, organic substance concentration, oxidation-reduction potential, turbidity, or temperature. 前記液質センサを複数備え、
複数の前記液質センサのそれぞれが、前記容器内の二ヶ所以上に配設されている請求項1又は請求項2に記載の混合装置。
A plurality of liquid quality sensors;
The mixing device according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of liquid quality sensors is disposed at two or more locations in the container.
前記容器、前記回転攪拌機の攪拌翼、及び、前記容器に接続される配管が、合成樹脂製である請求項1又は請求項2に記載の混合装置。   The mixing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the container, the stirring blade of the rotary stirrer, and the pipe connected to the container are made of synthetic resin. 前記容器、前記回転攪拌機の攪拌翼、及び、前記容器に接続される配管が、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、これらの組み合わせからなる請求項1又は請求項2に記載の混合装置。   The mixing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the container, the stirring blade of the rotary stirrer, and the pipe connected to the container are made of polycarbonate, polyethylene, polyvinylidene fluoride, or a combination thereof. 前記容器に接続される配管が、無菌コネクタを備える請求項1又は請求項2に記載の混合装置。   The mixing apparatus according to claim 1, wherein the pipe connected to the container includes a sterile connector. 前記添加口に接続される配管が、前記容器側の末端にスプレー式ノズルを備える請求項1又は請求項2に記載の混合装置。   The mixing apparatus according to claim 1, wherein the pipe connected to the addition port includes a spray nozzle at an end on the container side. 前記容器が、複数の前記添加口を有し、
前記第2液体を添加するための分岐した配管が、複数の前記添加口のそれぞれに接続している請求項1又は請求項2に記載の混合装置。
The container has a plurality of the addition ports;
The mixing apparatus according to claim 1 or 2, wherein a branched pipe for adding the second liquid is connected to each of the plurality of addition ports.
液体を添加するための添加口を上部に有し、内部に貯留されている第1液体に前記添加口から第2液体を添加して混合する容器と、
前記容器の下部に配置され、前記容器内の液体を攪拌する回転攪拌機と、
前記容器に貯留される液体の量を計測する液量計測器と、
前記容器内の液質を計測する液質センサと、を備える混合装置において、
前記容器内の液面における拡散分布と前記回転攪拌機の回転速度との関係を、流れ場及び拡散場を模擬的に解析して予め設定し、
前記第1液体に前記第2液体を混合している間に、前記容器内の液質を計測し、
前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面における拡散分布と前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液質センサによる計測と、に基づいて導かれた回転速度に制御し、
前記液質センサによる計測に基づいて前記回転速度を変更しながら混合を行う混合方法。
A container having an addition port for adding a liquid at the top, and adding and mixing the second liquid from the addition port to the first liquid stored inside;
A rotary stirrer disposed at a lower portion of the container and stirring the liquid in the container;
A liquid amount measuring device for measuring the amount of liquid stored in the container;
In a mixing device comprising a liquid quality sensor for measuring the liquid quality in the container,
Preliminarily set the relationship between the diffusion distribution on the liquid level in the vessel and the rotational speed of the rotary stirrer by analyzing the flow field and the diffusion field in a simulated manner,
While mixing the second liquid with the first liquid, measure the liquid quality in the container,
The rotational speed of the rotary stirrer is set to a rotational speed derived based on a preset relationship between the diffusion distribution on the liquid level in the container and the rotational speed of the rotary stirrer, and measurement by the liquid quality sensor. Control
A mixing method for performing mixing while changing the rotation speed based on measurement by the liquid quality sensor.
液体を添加するための添加口を上部に有し、内部に貯留されている第1液体に前記添加口から第2液体を添加して混合する容器と、
前記容器の下部に配置され、前記容器内の液体を攪拌する回転攪拌機と、
前記容器に貯留される液体の量を計測する液量計測器と、
前記容器内の液質を計測する液質センサと、を備える混合装置において、
前記容器内の液面の高さと前記回転攪拌機の回転速度との関係を、流れ場及び拡散場を模擬的に解析して予め設定し、
前記第1液体に前記第2液体を混合している間に、前記容器内の液面の高さを計測し、
前記回転攪拌機の回転速度を、前記容器内の液面の高さと前記回転攪拌機の回転速度との予め設定された関係と、前記液量計測器による計測によって求められる前記容器内の液面の高さと、に基づいて導かれた回転速度に制御し、
前記容器内の液面の高さに基づいて前記回転速度を変更しながら混合を行う混合方法。
A container having an addition port for adding a liquid at the top, and adding and mixing the second liquid from the addition port to the first liquid stored inside;
A rotary stirrer disposed at a lower portion of the container and stirring the liquid in the container;
A liquid amount measuring device for measuring the amount of liquid stored in the container;
In a mixing device comprising a liquid quality sensor for measuring the liquid quality in the container,
Preliminarily set the relationship between the height of the liquid level in the vessel and the rotational speed of the rotary stirrer by analyzing the flow field and diffusion field in a simulated manner,
While mixing the second liquid with the first liquid, measure the height of the liquid level in the container,
The rotational speed of the rotary stirrer is determined by a preset relationship between the height of the liquid level in the container and the rotational speed of the rotary stirrer, and the level of the liquid level in the container obtained by measurement by the liquid amount measuring device. And control to the rotation speed led based on
A mixing method in which mixing is performed while changing the rotation speed based on the height of the liquid level in the container.
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