NO317506B1 - Doseringsanordning og fremgangsmate for blanding av en strommende primaervaeske med ±n eller flere tilsatte sekundaervaesker i en kontinuerlig prosess - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en doseringsanordning for blanding, i en kontinuerlig prosess, en strømmende primærvæske med én eller flere tilsatte sekundærvæsker i et vesentlig mindre kvantum på 0,05-1%, for oppnåelse av en strømmende væskeblanding med et permanent, konstant blandingsforhold av de blandete væsker.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for blanding av to eller flere væsker, hvor én eller flere sekundærvæsker pumpes fra en lagringsbeholder inn i en strømmende primærvæske og blandes med denne for oppnåelse av en homogen væskeblanding.

Særlig prosessindustrien og medisinsk teknologi krever adgang til doseringsanordninger hvormed to eller flere bestanddeler i væskeform blir kontinuerlig blandet med hverandre under betingelser som gir konstante blandeforhold, dvs. konstante mengder av de involverte bestanddeler i kontinuerlig blandeprosess.

Anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig tiltenkt å anvendes i tilfeller hvor én eller noen av bestanddelene, såkalte sekundære bestanddeler, skal blandes med en strømmende primærbestanddel og hvor mengden av sekundære bestanddeler i volum er sammenligningsvis liten eller meget liten sammenlignet med mengden av den primære bestanddel i den ferdige blanding. I noen tilfeller er det således ønskelig å tilsette enzymer, fargestoffer, smaksstoffer, vitaminer etc. I et strømmende kvantum væske kan innholdet av de tilsatte substanser, de såkalte sekundære bestanddeler, være så lite som 0,05-1% av den strøm-mende primære bestanddelen. Det er ved å benytte fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen mulig å oppnå, med et konstant og kontinuerlig blandeforhold, en strøm av væske som kan pak-kes med et like stort innhold av tilsetningsstoffer i alle pakninger. Et eksempel på en slik prosess er f.eks. frem-stilling av laktosefri, steril melk, hvor den ubehandlede, steriliserte og laktoseholdige melk blandes kontinuerlig med et kvantum sterilfiltrert laktase før pakking, hvorved forholdene laktoseholdig melk/laktase er i størrelsesorden 5-10.000, hvor omtrent samme blandeforhold forlanges i alle pakninger som fremstilles kontinuerlig. I noen andre tilfeller er det nødvendig med høyere innhold av sekundærvæsker som tilsetning, f.eks. ved farging eller smaksset-ting av matvarer.

Når det gjelder teknikkens stilling, skal det referer-es til Internasjonal patentsøknad W091/16138 som omtaler en blandeinnretning for fluider. Innretningen omfatter en dyse med innløp og utløp tilpasset til å motta væske med høyt trykk, et dyseblandekammer, en åpning som kommuniserer med blandekammeret og en måleinnretning. Når væske under høyt trykk passerer gjennom dysen får man en vakuumeffekt.

Det er videre kjent utstyr for blanding av strømmer av væske som har forskjellige strømningsforhold, men slikt utstyr har hovedsakelig vært rettet mot å oppnå et konstant blandeforhold ved la de kombinerte strømmer av væsker bli sammenføyet og ledet i en sløyfe, dvs. at en del av væske-strømmen avbøyes fra hovedledningen og resirkuleres til et punkt i strømningsledningen som befinner seg nedstrøms. Den blandete væske eller deler av denne vil på denne måte sir-kulere atskillige ganger gjennom sløyfen for å oppnå en god blanding når sløyfen til slutt er blitt passert.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved et strømningsrør hvorigjennom primærvæsken bringes til å strømme, et blandekammer som er anordnet i strømningsrøret eller koplet i serie med dette, én eller flere pumper for kontinuerlig tilførsel av sekundærvæsken fra en lagringsbeholder for sekundærvæske til én eller flere trange dyser som kan stikkes inn i strømningsrøret idet dysen består av ett eller flere nållignende rør som kan stikkes inn i strømningsrøret gjennom et gjennomtrengbart, fleksibelt veggparti som er tettende anordnet i et perforert veggparti som er anordnet i strømningsrøret.

De foretrukne utførelsene av anordningen fremgår av de uselvstendige patentkravene 2-12.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at sekundaervaesken eller sekundærvæskene pumpes fra lagringsbeholderen ved hjelp av en strømningspumpe og at sekundærvæskene tilføres til primærvæsken ved at en nållignede dyse innføres gjennom et fleksibelt, gummi lignende veggparti av strømningsrøret som primærvæsken føres gjennom, fortrinnsvis med konstant strømningshastighet.

Foretrukne utførelser av fremgangsmåten fremgår av de uselvstendige patentkravene 14 og 15.

Den foreliggende oppfinnelsen, som arbeider uten en blandesløyfe, er betydelig enklere i sin tekniske utforming og muliggjør stor fleksibilitet når det gjelder mengde og type tilsetningsmidler og er fremfor alt enklere å justere mellom anvendelsen av forskjellige bestanddeler som skal blandes.

Det vil også fremgå at oppfinnelsen skiller seg fra ovennevnte W091/16138 ved at sistnevnte ikke benytter en eller flere kanyler for å tilføre væsken.

Doseringsanordningen ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis beregnet for anvendelse innen matvareindustrien, men kan også anvendes innen medisinsk industri for kontinuerlig blanding av bestanddeler i væskeform.

En utførelsesform av oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor under henvisning til de medfølgende, skjematiske tegninger, hvor:

Fig. 1 viser doseringsanordningen.

Fig. 2 viser en spesialanordning med et antall nållignende dyser for tilførsel av en sekundærvæske. Fig. 3 viser en fleksibel plastpose og lagring av sterilisert sekundærvæske.

Som nevnt ovenfor omfatter den beskrevne anordning en innretning for blanding, med stor nøyaktighet når det gjelder volum, av en første væske, her benevnt primærvæske, med den andre væske, her benevnt sekundærvæske, hvorved blandeforholdet er slik at der er en meget stor forskjell mellom de individuelle volumer av de blandete væsker. Som påpekt ovenfor er det i forbindelse med medisinske prosesser, men også i forbindelse med andre prosesser, f.eks. farging av en væske eller tilsetning av f.eks. enzymer eller smaksstoffer til en væske, et behov for en tilsetning av mindre mengder sekundærvæske til en vesentlig større mengde primærvæske. I en kontinuerlig blandeprosess er det meget viktig at blandeforholdet, til tross for forskjellene i volum mellom de blandete væsker, er konstant og kontrollerbart hele tiden under denne prosess, slik at f.eks. smaken eller enzyminnholdet i den resulterende, blandete væske ikke vil variere.

Apparatet som er vist i fig. 1 består av et strøm-ningsrør 26 for primærvæske, hvorved mengden passerende primærvæske er kontrollerbar ved hjelp av en strømnings-måler 22 som registrerer mengden passerende primærvæske og som ved hjelp av en regulator 20 kontrollerer hastigheten til en peristaltisk pumpe 21. I det viste tilfellet tas sekundærvæsken fra en plastpose 19, som i dette tilfellet inneholder sterilisert sekundærvæske 28. Sekundærvæsken 28 ledes via en ledning 27 til en peristaltisk pumpe 21 som reguleres ved hjelp av regulatoren 20 og som er av kjent type og omfatter et roterbart, sylindrisk legeme 29, som på dets omkrets bærer ruller 30, som i det viste tilfellet befinner seg diametralt overfor hverandre i det sylindriske legemet 29 og som med dets ruller rager utenfor det roter-bare legemets periferi. I det minste et parti 27' av ledningen 27 er fremstilt av fleksibelt materiale, f.eks. gummi eller plast, og dette parti 27' av ledningen 27 er anordnet i en kanal 31 i pumpen 21.

Under rotasjon av det sylindriske legemet 29 presses den fleksible ledning 27' sammen av rullene 30 hvorved væske i ledningen 27' mellom rullene 30 presses forover av rullene 30 i det sylindriske legemets 29 rotasjonsretning og pumpes derved fremover. På grunn av at rørets 27' dimen-sjon er kjent og det sylindriske legemets 29 rotasjonshast-ighet er regulerbar, kan mengden pumpet væske i ledningen 27 reguleres meget nøyaktig, og strømningen kan holdes meget konstant. For å være i stand til å stoppe pumpen 21 og blandeprosessen dersom strømningen i ledningen 27 av-brytes er det anordnet en strømningskontrollanordning 23 i eller i nærheten av sluttpunktet av ledningen 27. Sekundærvæsken 28, som tilføres slik som beskrevet ovenfor, tilsettes til primærvæsken ved hjelp av et spesielt anordnet innløpskammer 25, som er vist i detalj i fig. 2. Innløpskammeret 25, som er forbundet med ledningen 26 for primærvæske, er utstyrt med en tilkoplingsflens 32, som befinner seg i den posisjon hvor ledningen 26 i den viste utførelsesform gjør en bue og har i buen av ledningen en væskestrømledende labyrint 31 for å lede strømmen av primærvæske mot innløpskammeret 25. Innløpskammeret 25 er utstyrt med en tilkoplingsflens 33 som er tilpasset led-ningsflensen 32 og som er utstyrt med pakninger 34 som er tett forbundet med hverandre. Innløpskammeret 25 er også utstyrt med hulrom 35 som kan holdes sterile ved hjelp av et steriliseringsmiddel, f.eks. damp eller en steriliserende væske, som tilføres gjennom ledningen 10. Den passerende damp eller væske steriliserer hulrommene 35 og alle gjenstandene som er tilstede eller kan være tilstede i hulrommene 35. Dessuten har innløpskammeret 25 ett eller flere hulrom 14 som er innrettet til å oppta injeksjons-nåler eller sprøytelignende kanyler som omfatter en hypo-dermisk nål 12, og en forbindelse 36 til ledningen 27.

Som vist i fig. 2 kan innløpskammeret 25 være utstyrt med atskillelige hulrom 14 for arrangementer av hypoder-miske nåler, som opptil forbindelsen 36 er avtettet mot innløpskammeret 25 ved hjelp av en pakningsring 37 av O-ring type.

Kanylen 12 er således forskyvbar i kammeret 14 ved å flytte forbindelsen 36 sammen med pakningsringen 37. Den del av innløpskammeret 25 som er forbundet med primærvæske-ledningen 26 har en pakningsvegg 38 fremstilt av gummi eller gummilignende materiale, som lettvint kan gjennom-trenges av kanylen 12 som etter tilbaketrekking av kanylen

12 inn i hulrommet 14, fester seg på en selvtettende måte rundt hullet som er utformet av kanylen 14 i pakningsveggen 38. Således kan kanylen 12 når den er anbrakt i hulrommet 14 steriliseres og gjøres til å bibeholde sin sterilitet for passering gjennom pakningsveggen 38 inn i ledningen 26 for tilførsel, i en nøyaktig forutbestemt dose, sekundærvæske 28 til den strømmende primærvæske. Kanylen 12 kan også trekkes tilbake inn i hulrommet 14 uten avbrytelse av steriliteten. Som vist er forbindelsen 36 til kanylen 12, 13 utformet med en flens 39. Etter innføring av kanylen 12, 13 i ledningen 26 kan kanylen 12, 13 låses i den innførte stilling ved hjelp av en stoppflens 40 som skyves over flensen 39, hvorved stillingen til kanylen 12 og den til-hørende forbindelse 36 er fiksert. For å oppnå en god blanding av primærvæske og sekundærvæske eller sekundærvæsker er ledningen 26' for de blandete væsker utstyrt med et blandekammer 24 som har flater som avbøyer væskestrømmen for under turbulent strømning å oppnå en homogen blanding av de sammenførte væsker. Fig. 3 viser et eksempel på den ovenfor beskrevne pose 19 for sekundærvæske, og det er innlysende at posen er utstyrt med to forbindelser 27, 3, hvor forbindelsen 3 utgjør fylleledningen og røret 27 som beskrevet ovenfor utgjør tømmeledningen for sekundærvæske. Selvfølgelig må ikke beholderen for sekundærvæsken 19 nødvendigvis være en plastpose, men kan være en mer dimen-sjonsstabil beholder fremstilt av plast eller metall, og det er ikke nødvendig for oppfinnelsen at den tilførte sekundærvæske eller for den del, primærvæsken, er en steril væs ke.

Det skal tilføyes at i de tilfeller hvor det skal til-føres atskillelige sekundærvæsker er ikke bare innløps-kammeret utstyrt med atskillelige kamre og kanyler for sekundærvæske 28. I tillegg krever hver sekundærvæske 28 sin egen lagringsbeholder 19, sin egen pumpe 21 og sin egen regulator 28 med mindre sekundærvæsken ikke er av en slik natur at de i lagringsbeholderen kan de blandes til en felles "sekundærvæskeblanding". Ett innløpskammer med et antall kanyleposisjoner kan være praktisk å anvende med henblikk på å gjøre det mulig å stoppe prosessen uten å skifte fra en sekundærvæskebeholder 19 til en annen når den første beholder er tom. En slik "flygende skifting" av sekundærvæskebeholderen 19 er mulig å utføre dersom inn-løpskammeret 25 er utstyrt med atskillige kanylehulrom på den måte som er beskrevet ovenfor.

Det har vist seg at anordningen ifølge oppfinnelsen resulterer i et permanent og meget nøyaktig blandingsforhold også under lang, kontinuerlig drift, selv om volum-forholdet når væsken blandes er ekstremt ujevnt.

Som nevnt er det også mulig å blande, under uavbrutt aseptiske betingelser, sterile væsker, og det er også lettvint under blandeoperasjonen, dersom dette er ønskelig, å justere blandeforholdet med meget stor nøyaktighet.

Claims (15)

1. Doseringsanordning for blanding, i en kontinuerlig prosess, en strømmende primærvæske med én eller flere tilsatte sekundærvæsker (28) i et vesentlig mindre kvantum på 0,05-1%, for oppnåelse av en strømmende væskeblanding med et permanent, konstant blandingsforhold av de blandete væsker, karakterisert ved et strøm-ningsrør (26) hvorigjennom primaervæsken bringes til å strømme, et blandekammer (24) som er anordnet i strøm-ningsrøret eller koplet i serie med dette, én eller flere pumper (21) for kontinuerlig tilførsel av sekundærvæsken (28) fra en lagringsbeholder (19) for sekundærvæske til én eller flere trange dyser (12) som kan stikkes inn i strøm-ningsrøret idet dysen (12) består av ett eller flere nållignende rør som kan stikkes inn i strømningsrøret (26) gjennom et gjennomtrengbart, fleksibelt veggparti som er tettende anordnet i et perforert veggparti som er anordnet i strømningsrøret.

2. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at dysene (12) for tilførsel av sekundærvæske (28) i sin innførte stilling befinner seg parallelle med strømningsbanen for primaervæsken og fortrinnsvis er anbrakt sentralt i denne.

3. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at dysene (12) for tilførsel av sekundærvæske (28) består av injeksjons-nållignende innretninger som har et fortrinnsvis skrått avskåret spissparti og som har innløpsåpninger utstyrt med tilkoplingsinnretninger for kopling av de injeksjonsnål-lignende dyser (12) til rør eller ledninger (27) for til-førsel av sekundærvæske (28).

4. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lagringsbeholderen eller lagringsbeholderne (19), som inneholder sekundærvæske (28), består av fortrinnsvis steriliserte poser eller ikke-fjærende beholdere fremstilt av et fleksibelt plast-materiale eller metall, og at innholdet i beholderne (9) fortrinnsvis består av en steril væske.

5. Doseringsanordning i samsvar med krav 4, karakterisert ved at hver av lagringsbeholderne (19) har to forbindelseskanaler (27, 3) i form av rør eller ledninger som står i forbindelse med beholder-ens indre og hvorav den ene er en tilførselskanal (3) og den andre er en væsketømmekanal (27), idet hver av for-bindelseskanalene er innrettet til å muliggjøre separat lukking og åpning.

6. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at pumpen eller pumpene (21) for tilførsel av sekundærvæske (28) fortrinnsvis består av peristaltiske pumper med uendelig variabel justering av pumpekapasiteten.

7. Doseringsanordning i samsvar med krav 1 og 6, karakterisert ved en strømningsmåler (22) for måling av strømmen av strømmende primærvæske i strøm-ningsrøret (26), og en regulator (20) som, styrt av strøm-ningsmåleren (22), regulerer rotasjonshastigheten og derved strømningen fra den eller de peristaltiske pumper (21) på slik måte at én av eller sekundærvæskene (28) blir blandet med den strømmende primærvæske på en kontrollerbar måte og i et kontrollerbart kvantum.

8. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at ett eller flere sterile filtre er anordnet i forbindelseskanalen eller for-bindelseskanalene (27) mellom beholderen for sekundærvæske (19) og dysen (12) for tilførsel av sekundærvæske til primærvæsken.

9. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at blandekammeret (24) har et antall avbøyningsdeler som er anbrakt i strømnings-røret (26) og som er innrettet til å avbøye retningen for strømning for delmengder av primærvæsken og de tilførte sekundærvæsker med det formål å frembringe en turbulent strømning og for å oppnå en homogen blanding av de tilførte væsker.

10. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karkterisert ved at det fleksible og gjennomtrengbare veggparti i strømningsrøret har et hulrom hvorigjennom en steriliserende væske kan strømme, idet den steriliserende væske, i det minste under innføring av de nållignende dyser, er innrettet til å omgi eller strømme rundt deler av de nållignende dyser som kan føres inn gjennom veggpartiet.

11. Doseringsanordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved at den nållignende dyses (12) innføringsparti (25) har et hulrom (14), som er fylt med steriliserende væske eller som kan bli passert av denne og som har en utløpsvegg (38) fremstilt av et gjennomtrengbart, fleksibelt materiale, fortrinnsvis gummi eller et gummilignende materiale, idet den nållignende dyse (12) før gjennomtregning av hulrommets (14) utløpsvegg (38) er omgitt av eller ble spylt med den sterile væske, og at dysen (12) i dysens lengderetning bringes til å gjennom-trenge utløpsveggen (38) for inntregning med dens steriliserende nålparti i strømningsrøret (26).

12. Doseringsanordning i samsvar med krav 1, karkterisert ved en forbindelsesinnretning (25) for tilførsel av sekundærvæske (28), omfattende en holder som kan forbindes med strømningsrøret (26) og som er beregnet for de nållignende dyser (12, 13), idet holderen har minst to styrehylser (22) som er innrettet til å under-støtte og styre dysene (12, 13) i lengderetningen, idet hver av de nållignende dyser (12, 13) er glidbart festet i hylsene ( 2) som er tettende anordnst mot hulrommet ( 35) r at hylsenes (2) indre eller hulrom i deres forlengelse lengde-veis hver munner ut ved en fleksibel og gjennomtrengbar vegg (38), som fortrinnsvis er fremstilt av et gummilignende materiale og som atskiller hulrommene (35) fra det indre av strømningsrøret (26), idet de nållignende dyser (12, 13) kan betjenes individuelt i sine hylser (2) på en slik måte at de uavhengig av hverandre kan beveges i dysenes (12, 13) lengderetning og bringes til å trenge gjennom den fleksible skillevegg (38) for å anbringe spissen (12) av den nållignende dyse i strømningsrøret (26) for tilførsel av sekundærvæske (e) (28) til primærvæsken.

13. Fremgangsmåte for blanding av to eller flere væsker, hvor én eller flere sekundærvæsker (28) pumpes fra en lagringsbeholder (19) inn i en strømmende primærvæske og blandes med denne for oppnåelse av en homogen væskeblanding, karakterisert ved at sekundærvæsken eller sekundærvæskene (28) pumpes fra lagringsbeholderen (19) ved hjelp av en strømningspumpe (21) og at sekundærvæskene (28) tilføres til primærvæsken ved at en nållignede dyse (12, 13) innføres gjennom et fleksibelt, gummi lignende veggparti (38) av strømnings-røret (26) som primærvæsken føres gjennom, fortrinnsvis med konstant strømningshastighet.

14. Fremgangsmåte i samsvar med krav 13, karakterisert ved at primærvæsken består av matvarer eller medisinske produkter, og at sekundærvæsken eller sekundærvæskene (28) f.eks. består av enzym, smaksstoffer, fargestoffer, vitaminer, bakterier eller medisinske produkter .

15. Fremgangsmåte i samsvar med krav 14, karakterisert ved at primærvæsken kan pasteuriseres eller steriliseres.