RU1793244C - Дозатор жидкости - Google Patents

Abstract

Использование: дозирование питательных растворов при проточном культивировании микроорганизмов. Сущность изобретени : расходна  емкость 18 под- клкзчёна к Входу эластичного шланга 3 перистальтического насоса 2 и выходу эластичного шланга 13. Калибровочна  камера 1 нижней частью с помощью входного патрубка 4 через обратный клапан16 подключена к выходу клапана. В выходном патрубке 8 установлен предохранительный клапан 9. В крыщке 11 камеры 1 размещена вертикальна  трубка 10, котора  сообщена с входом -шланга 13, Трубопровод подачи сжатого газа на входе управл емого клапана 5 сообщён с верхней частью камеры 1. Излишки жидкости отсасываютс  до уровн  нижнего торца трубки 10 шлангом 13 насоса 2. Доза вытесн етс  сжатым газом при неработающем насосе 2 и при перекрытии управл емым клапаном 5. 1 ил. (/) G

Description

Изобретение относитс  к технике объемного дозировани  жидких сред и может быть использовано в микробиологической промышленности дл  дозировани  питательных и титрующих растворов при проточном культивировании различных-микроорганиз- мов, а также в фармацевтической, пищевой и химической промышленности; может быть с успехом применено в исследовательской практике в указанных област х.

Дискретно-непрерывный принцип дозировани  жидких питательных сред, .например , в микробиологических процессах, заключающийс  в импульсной подаче заранее откалиброванных объемов доз с необходимой частотой, определ емой ийтёнсйвнбстцю происход щих биохимических и физиологических процессов, весьма удобен с точки зрени  автоматизации уНрав- лени  им; так как дискретные управл ющие сигналы от современных вЬ1Ч1лслите ьных средств легко трансформировать в частоту импульсов, шагов. В этих случа х очень важна высока  точность каждой калиброваннрй дозы. ;;. ; .. ;,.. ;. ..;

Известно устройство дл  объемного до зйровани , Б котором движущийс  калибро- ванный сосуд черпает дозу из: основной массы исходной дозируемой жидкости и самотеком подает ее к адресату. : :; -:,.-

Его главный недостаток: вi низкой тЬчнО: сти дозировани  (особенно малых доз), так как при циклических Движени х калйбрбйан-: н ого сосуда в жидкость и ш нее Ироис 6дйТ весьма грубый перелив, расдлёски.ёаниё час- ти жидкости, достаточно большое и трудно учитываемое количество жидкости остаетс  на стенках дозирующего сосуда. : ,г

Известен механизм дозировани , содержащий неподвижный дозирующий сосуд с погружным калибровочным стержнем и св занные с Полостью сосуда меха, расширение которых обеспечивает предварительное заполнение этого сосуда, а сжатие - принудйтельноё вытеснение отмеренной дозы к потребителю, а излишков жидкости - обратно в исходную емкость.

Основные недостатки его заключаютс  в том, что, во-первых, с уменьшением калибруемой дозы в нем возрастает погрешность дозировани , так как введение стержн  внутрь сосуда увеличивает поверхность соприкосновени  с дозируемой жидкостью, что увеличивает вли ние на дозу пристеночной остаточной пленки жидкости при вытеснений дозы К адресату, а во-вторых, управление указанными тактами предусматривает промежуточные непроизводительные операции между всасыванием жидкости и ее транспортированием к адре

й

10.

15

25

30

; 20 ;:.

:; 3.5 ;

40

45

50

55

сату, что значительно снижает быстродействие такого устройства, значительно затрудн ет автоматизацию управлени  им.

Известен дозатор жидкости, содержащий мерную емкость с калиброванной дозирующей трубкой и шестиходовой плоский золотник, последовательно переключающий различные такты каждого цикла дозировани .

Недостатки этого дозатора в том, что, во-пёрв ых, он требует поддержани  посто нного напора (избыточного давлени ) в исходной жидкости перед ним, что усложн ет общую, схему дозировани , а во-вторых, сложность конструкторского и технологического воплощени  шестиходового плоского золотника никогда не может гарантировать его герметичности переключаемых каналов, неконтролируемые утечки жидкости через них привод т к значительным погрешно- Ст м подаваемых доз, быстродействие его за счёт многотактности работы низкое. . Известен автоматический дозатор жидкости с калиброванным объемом в виде поршневого двусторонн ёго гидроцилиндра и гшевмопривода управлени  золотниками, переключающими вход и выход дозируемой жидкости. Этот дозатор способен работать только при Наличии существенного избыточного давлени  в подводимой к нему жид- КОСТИ. v :; v;- ...-,.; -.;.;,,..,/.;: J.;..,,.

Рснов н6й недостаток его в наличии нескольких подвижных уплотнйтельных элементов (поршней, золотников, сальников), что неизбежна приводит к их срабатыванию , снижению надёжнбсти и, главное, к /увеличению погрешности подаваемых доз за счёт утечек жидкости через подвижные уплотнйтёльныё соединени , тем более что последние посто нно наход тс  под избыточным давлением ;- -: :.

Кроме того, требование поддержани  .избыточного Давлени  в жидкости перед дозатором усложн ет схему дозировани , вызывает неудобства в эксплуатации, например при пополнении сосудов с исходной жидкостью. -. . : s

Наиболее близким .к предлагаемому ;ймг1ульсйому Дозатору по технической бущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дозировани  жидкости, содержащее вертикальную калибровочную камеру, св занный с ней двухканальный перистальтический на.сос с эластичными шлангами и шаговым приводом, управл емые запорные клапана и блок управлени , в котором предусмотрена автоматическа  коррекци  производительности перистальтического насоса по расходу жидкости из калибровочной камеры.

Основной его недостаток в том, что он не может обеспечить необходимую и гарантированную точность каждой единичной (разовой) дозы питательной жидкости,1 котора  весьма необходима при малых скорост х роста микроорганизмов или подтитровкё культуральной жидкости, так ,как вс  сх$,ма управлени  и исполнени  в этом дозаторе основана на прохождений через него многих дес тков управл ющих Шагов.ых импульсов, чтобы пропустить че1 рез насос вёсь отмеренный заранее объем кидкорти от верхнего до Нижнего датчика уровн  и, таким образом, сравнить его с заданной в блоке управлени  величиной. Лишь только после этого ввод т коррекцию в скорость вращени  перистальтического насоса на последующее дозирбвание. Таким образом, указанный дозатор может контролировать (и соответственно кор- (эёктиров ать) лишь усреднённую скорость дозировани  заранее отмеренного в калиб- зовочной камере объема, вариации же ско- Уости потока жидкости в промежутке нёподконтрольны (а они дл  шланговых насосов весьма характерны). .

Недостатком этого дозатора  вл етс  акже режим работы его при закрытых положени х нормально открытых клапанов |при расходовании насосом жидкости из калибровочного сосуда), В этом режиме насос продолжает нагнетать жидкость в эластич- йый шланг второго канала при закрытом ыходе из него. Это со временем приводит нарушению его герметичности и сказыва- тс  н.а ухудшении точности контрол  за озированием, к ошибкам в его коррекции.. , Кроме того, каждый из таких дозаторов должен иметь весьма прецизионные датчи- i и уровн  и электронное устройство контрб- i   скорости дозировани , коррекции ее, что } сложн ет конструкцию устройства, особенно при наличии нескольких каналов до- ;ировани  различных питательных сред и титрантов к ферментеру. . / ,. ;,

Достигаемый технический результат с беспечиваетс  тем, что в дозатор жидко- сти, содержащий расходную емкость, подключенную к входу эластичного шланга Первого канала перистальтического насоса Л к выходу эластичного шланга его второго канала, сообщенного с калибровочной камерой , снабженной входным патрубком, размещенным в ее нижней части, и выходным патрубком, и нормально открытый управл емый клапан, введены обратный и Предохранительный клапаны, крышка с вертикальной трубкой и уплотнением и трубопровод дл  подачи сжатого газа, в котором установлен нормально открытый

управл емый клапан, входом подключенный к -верхней части калибровочной камеры; котора Ггер мет ичнЬ закрыта крышкой, а вертикальна  трубка опущена в калибро- 5 вбчную емкость через уплотнение в крышке и наруж ным ko HUOM сообщена с входом эластичного шланга второго канала пёристаль- t и ч ее к о г о н а С о с а, вы хG Д эластичного utfrsft га ri ер во го ка 1 aTfS1 kofарЪго пбд кМто ч eft

0 через обратный клапан к входному патрубку .причём внутреннее сечение эластичного шланга второго канала больше внутреннего сечени  эластичного шла:нт а первого канала , а гт рб дохранйТёльнШ клапан установ5 лен в выходном патрубке.

Введение перечисленных выше но вых элементов позвол ет в первую Ъ ёрёдь -Обеспечить с высокой точностью отмеривание и дозирование каждой единичной (раз0 овой) дозы на один управл ющий импульс, поддерживать в Калибровочной камере ctapTOByra готовность к Импульсной подаче этой отмеренной дозы посто нно осв ежзе- Мой дбзйруёмбй жидкости.

5Кроме того, стало вОзмрж ным Значительно упростить схему и конструкцию управлени  дозйрованйе м,:искл ю1Л1в эл ё тронное - устройство периодического контрол  за дозой и коррекции ее, исключив два электро0 управл емых клапана из трёх, заменив шаговый привод насоса с его сложной системой импульсного питани  на об ычный ма- лобборотный электродвигатель сетевого питани  (например, РД-09), а все управле5 ние работой дозатора свести к подаче на него простых электрических импульсов сетевого питани , количеству кдт6рШ соот- ветствуёт количество totjftbTx rip б бьему единичных доз, суМтйё зТ а чит ёЯьнЪ

0 упрощает конструкцию всего дозатора.

На чертеже представлена принципиальна  схема предложенного йтйиу/ТьснЬ г б дбзатбра жидкости ; ---- - .

Дозатор содержит вертикальную ка5 либровочную камеру 1, двухканальный перистальтический насос 2 с эластичными шлангами, выход ка нала 3 которого сообщён с патрубком 4 в нижне.й части камеры 1, нормально открытый управл емый кла0 пан 5, трубопровод б аэрации адресата до- зйрбвани , блок 7 управл ющих импульсов. В нижней части камеры 1 имеетс  выходной патрубок 8, внутри которого установлен предохранительный клапан 9

5 (например, Ниппельного типа), а в верхней ее части установлена вертикально перемещаема  трубка 10, герметизированна  в крышке 11 подвижным уплотнением 12, нижний открытый конец которой расположен на поверхности жидкости в камере 1, а

верхний сообщен с входом канала 13 перистальтического насоса 2, образу  устройство принудительного отсоса из камеры 1. При этом внутреннее сечение эластичного шланга в канале 13 насоса 2 больше, чем в его канале 3. ....;

Вход нормально открытого клапана 5, установленного в проходной трубопровод 6 аэрации, дополнительно сообщен трубопроводом 14с патрубком 15 в верхней крышке 11 камеры, который сообщает его с верхней внутренней полоетыр этой камеры.

Стенки камеры 1 выполнены йЭ прозрачного материала дл  удобства визуального наблюдени  за процессом дозировани  и возможности отмеривани 

ДОЗЫ, v :-;:%4.:;;;-;/; v . V ; ;Л. ; л . .,

Управл ющие цеИи св зывают блок 7 импульсов с приводом пёрисгальтического насоса 2 и клапаном 5. Привод насоса 2 представл ет собой обычный малооборотный электродвигатель сетевого питаний.

В трубопроводе, св зывающем канал 3 с патрубком 4 камеры 1, устанрвле н обратный клапан 16.; V ,:

Кроме того, на схеме показаны адресат 17 дозировани  (например, фёрмёнтер), источник 18 дозируемой Жидкости (например , ёмкость с жидкой питательной средой), биофильтр 19 св зи ее с атмосферой , биофильтр 20 и ручной, регулирующий расход воздуха кран 21 на входе в трубопровод ;-:/ : v.,h: v/ ..- - ; .-/ .. -..

.Вход канала 3 и выход канала 13 насоса 2 должны подключатьс  соответствующими трубопроводами к источнику 18 (емкости со средой), а выходы из патрубка 8 и трубопровода 6 - к адресату 17 дозировани  (фермёнT ipy ). У.-;,. ( , :-: V.-:;/; ;:-л Исходные услови  дл  работы дозатора

следующие. .;.-.-..-:;:-;/тЛ.:/ -.;-:; ;: -.Vл

В источнике 18 дозируемой жидкости (емкости) жидкость всегда находитс  при атмосферном давлении, так как верхн   полость этой емкости св зана через биофильтр 19 с окружающей атмосферой.

Воздух от внешнего источника его давлени  непрерывно поступает в трубопровод 6 аэрации адресата (например, ферментера) через кран 21, регулирующий его расход, и биофильтр 20. Давление в трубопроводе 6 при открытом клапане 5 за счет его падени  в регулирующем кране 21 незначител ьнр превышает атмосферное (только на величину сопротивлени  трубопровода и столба жидкости в ферментере 17).

В этих услови х дозатор работает следующим образом..

Жидкость из источника (емкости) 18 всасываетс  работающим перистальтическим

насосом 2 и по его каналу 3 нагнетаетс  через обратный клапан 16 и патрубок 4 в камеру 1, наполн   ее внутреннюю полость. Одновременно канал 13 насоса 2 через

трубку 10 отсасывает из камеры 1 первоначально воздух, наход щийс  над жидкостью и подпитываемый из трубопровода 6 аэрации (клапан 5 открыт), а затем все излишки подн вшегос  Столба жидкости таким образом ,что в камере всегда остаетс  герметически точный объем жидкости. Излишки жидкости по трубке 10, каналу 13 насоса 2 возвращаютс  в емкость 18. При этом за счет того, что внутреннее сечение эластичного шланга в канале 13 больше, чем в канале 3, уровень жидкости в камере 1 никогда Не поднимаетс  выше нижнего конца трубки 10. Разница в объемных расходах жидкости по каналам 3 и 13 компенсируетс 

подсосом воздуха из трубопровода 6 аэрации через патрубок 15 в верхнюю часть камеры 1. В этом режиме с блока 7 на привод насоса 2 поступает напр жение питани , а на нормально Открытый клапан 5 электропита ние не поступает; ,: v V; : При поступлении на блок 7 команды на выдачу дозы к адресату с него следует им- пульс электропитани  на клапан 5 и так же импульснр на это же врем  прекращаетс 

электропитание привода насоса 2. В этом;- случае насос 2 останавливаетс , его ролики герметично перекрывают оба шланга в каналах 3 и 13, а клапан 5 закрываетс .

В резул ьтате резко возросшее давление

перед клапаном 5 передаетс  через патрубок 15 в верхнюю часть камеры 1 и быстро вытесн ет отмеренную дозу жидкости через предохранительный клапан 9 и патрубок 8 к адресату 17 (ферментеру).. ,

Давление срабатывани  (открывани ) клапана 9 подобрано таким, что при давлении в трубопроводе 6 с открытым клапаном 5 (следовательно, и в камере 1) предохранительный клапан 9 герметично закрыт, а при

давлении с закрытым клапаном 5 он открываетс  и легко пропускает вытесн емую

ЖИДКОСТЬ. . л: -/.. 4 - -.,- . , ...

Обратный клапан 16 предотвращает передачу импульса давлени  жидкости из камеры 1 в эластичный шланг канала 3, так как в противном случае его импульсна  деформаци  в момент вытеснени  из камеры дозы могла бы повли ть на ее величину, т.е. увеличилась бы погрешность дозировани .

Быстро вытеснив из камеры 1 дозу жидкости , воздух из трубопровода 6 в обход закрытого клапана 5 через камеру 1 и патрубок 8 поступает внутрь адресата 17 дозировани  (ферментера), т.е. аэраци  адресата не нарушаетс , в то же врем  воздух хорошо

продувает внутреннюю полость камеры 1, клапана 9, патрубка 8 и трубопровода, предотвраща  задержку в них капель до- зир уемой жидкости, что в итоге также обеспечивает повышение точности дозировани .

Длительность команды подачи дозы оче нь мала (например, при объеме дозы 0,5 мл достаточно не более 0,3-0,5 с). После ее прекращени  блок 7 снимает импульс элект- роНитани  с клапана 5 и одновременно прекращает импульс остановки питани  привода насоса 2. В результате клапан 5 открываетс , давление воздуха в камере 1 снижаетс , предохранительный клапан 9 закрываетс , насос 2 по каналу 3 вновь начинает заполн ть жидкостью камеру 1, а его канал 13 поддерживать в ней заданную дозу. И так до следующей команды на подачу дозы к адресату.

Вертикальное перемещение в герметичном уплотнении 12 трубки 10 позвол ет установить выше или ниже уровень отсоса излишков дозируемой жидкости, т.е. уста- нав ливать необходимую величину единичной (разовой) дозы.

Через прозрачную стенку камеры 1 легко можно обеспечить отсчет величины устанавливаемой дозы, а также визуально наблюдать за процессом дозировани , контролировать нормальную работу дозатора. Обща  производительность дозатора

определ етс  устанавливаемой величиной единичной дозы и частотой следовани  командных импульсов. В тех случа х, когда ожидаемое в технологическом процессе произведение этих двух величин начинает

превышать производительность перистальтического насоса, следует либо увеличить число его оборотов (изменить редукцию привода), либо заменить его эластичные шланги, увеличив их диаметр (при этом соблюсти указанную выше разницу их внутренних сечений).

Между кратковременными управл ющими импульсами процесс посто нного перекачивани  перистальтическим насосом дозируемой жидкости из нижней части ее исходной емкости в калибровочную камеру и обратно, но уже в верхнюю часть этой емкости позвол ет посто нно обновл ть

жидкость в калибровочной камере и перемешивать ее в этой емкости хранени ,

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и   Дозатор жидкости, содерхощий рас- ход ную емкость, подключённую к входу эластичного шланга первого канала перистальтического насоса и к выходу эла- шланга его второго канала, сообщенного с калибровочной камерой, снабженной входным патрубком, разме- щейным в ее нижней части, и выходным пафубком, и нормально открытый управл - емьлй клапан, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности-дозировани  и упрощени  конструкции, в него введены обратный и предохранительный клапаны, крышка с вертикальной трубкой и уплотне- ние м и трубопровод дл  подачи сжатого raj

за, в котором установлен нормально открытый управл емый клапан, входом подключенный к верхней части калибровочной камеры, котора  герметично закрыта крышкой , а вертикальна  трубка опущена в калибровочную емкость через уплотнение в крышке и наружным концом сообщена с входом эластичного шланга второго канала перистальтического насоса, выход эластичного шланга первого канала которого подключен через обратный клапан к входному патрубку, причем внутреннее сечение эластичного шланга второго канала больше внутреннего сечени  эластичного шланга первого канала, а предохранительный клапан установлен в выходном патрубке.

; . Ч; ;;Y; -°- : .. .v.Vi( - .,,;.;..,.,;;...