RU2021659C1

RU2021659C1 - Device for continuous checked dosage of substances

Info

Publication number: RU2021659C1
Authority: RU
Inventors: А.Г. Балабушевич; В.Ф. Сероштан; В.И. Шевьев; Н.В. Балабушевич
Original assignee: Совместное предприятие "Свенас"
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device has a body with a hole made in its upper part. The lower part of the body accommodates a membrane made of two layers of polyethylene film, 10-30 mc thick, which covers a porous base layer, 20-1000 mc thick. The size of the pores on the porous carrier surface does not exceed 0.1 cm. EFFECT: enhanced dosing process. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к дозаторам, функционирующим без внешних источников энергии за счет термодинамической неравновесности системы устройство - внешняя среда, а конкретно к осмотическим дозаторам, обеспечивающим непрерывное дозирование веществ. Изобретение может найти применение в медицине, сельском хозяйстве, рыборазводных хозяйствах, а также в тех отраслях техники, в которых необходимо контролируемое дозирование веществ, осуществляемое непрерывно во времени. The invention relates to dispensers that operate without external energy sources due to the thermodynamic nonequilibrium of the device-environment system, and in particular, to osmotic dispensers that provide continuous dosing of substances. The invention can find application in medicine, agriculture, fish farms, as well as in those branches of technology in which a controlled dosing of substances is carried out continuously in time.

Известные преимущества данного типа устройств для дозирования веществ: дозирование в течение длительного времени, от нескольких часов до нескольких лет; дозирование в широком диапазоне концентраций, особо в малых количествах; функционирования без внешних источников энергии; управление дозированием за счет положительной и отрицательной обратной связи, - указывают на предпочтительное использование таких устройств в медицине, где необходимо дозирование биологически активных веществ в организм животных и человека в строго заданном терапевтическом коридоре, а также в сельском хозяйстве, когда дозирование удобрений в количествах, сравнимых (или равных) потреблению, позволяют говорить об экологической чистоте системы питания растений. Known advantages of this type of device for dispensing substances: dosing for a long time, from several hours to several years; dosing in a wide range of concentrations, especially in small quantities; functioning without external energy sources; dosing control due to positive and negative feedback, indicate the preferred use of such devices in medicine, where dosing of biologically active substances into animals and humans is necessary in a strictly defined therapeutic corridor, as well as in agriculture, when dosing fertilizers in amounts comparable (or equal to) consumption, allow us to talk about the ecological purity of the plant nutrition system.

Основным элементом, контролирующим дозирование веществ с осмотических устройствах, является мембрана. Влага через мембрану поступает вовнутрь устройства, где происходит растворение дозируемых веществ, и под действием возникающего гидростатического давления через заранее организованное отверстие, раствор вещества истекает из устройства в среду функционирования. Так как структура мембраны при е=const и T=const может позволить пройти вовнутрь строго определенному количеству воды (в виде жидкости или паров), то и количество раствора, истекающего из устройства, будет постоянным. Чем более длительное время мембрана будет сохранять способность быть полупроницаемой (раствор из устройства через мембрану наружу не выводится, в отличие от диффузионных мембран и устройств) без потери производительности, тем дольше будет работать устройство с сохранением первоначальных кинетических характеристик. Скорость дозирования раствора будет постоянна, а это, в свою очередь, определяется постоянным контактом мембраны с дозирующим веществом (c = const). Все приведенные выше рассуждения относятся к осмотическим мембранам, эффективный коэффициент проницаемости которых (К_эф) может колебаться в широких пределах 1х10^-2; 1х10¹⁰(мл˙см/см²˙ч). Однако при создании осмотических дозаторов кроме К_эфтребуется учесть еще целый ряд параметров: доступность - для массового использования устройства материал мембраны не должен быть дефицитным; технологичность - свойства материала мембраны, которые включают возможность сварки, склейки, формовки и т.д., совместимость с другими материалами; механические свойства - целая группа характеристик, включающих в себя прочность на разрыв, растяжение, деформацию и т.д.; химические свойства - к этим параметрам прежде всего следует отнести химическую инертность по отношению к дозируемым веществам, к воде, к среде функционирования, стабильность химической структуры, а следовательно, сохранение свойств на все время функционирования устройства.The main element that controls the dosing of substances with osmotic devices is the membrane. Moisture through the membrane enters the device, where the dosed substances are dissolved, and under the influence of the hydrostatic pressure arising through a pre-arranged hole, the substance solution flows out of the device into the operating environment. Since the structure of the membrane at e = const and T = const can allow a certain amount of water (in the form of liquid or vapor) to pass inside, the amount of solution flowing out of the device will be constant. The longer the membrane will retain the ability to be semi-permeable (solution from the device through the membrane is not removed to the outside, unlike diffusion membranes and devices) without loss of performance, the longer the device will work while maintaining the initial kinetic characteristics. The dosing rate of the solution will be constant, and this, in turn, is determined by the constant contact of the membrane with the dosing substance (c = const). All of the above considerations apply to osmotic membranes, the effective permeability coefficient of which (K _eff ) can vary widely 1x10 ^-2 ; 1x10 ¹⁰ (ml˙cm / cm ² ˙h). However, when creating osmotic dispensers, in addition to K _eff , a whole series of parameters must be taken into account: accessibility - for the mass use of the device, the membrane material should not be scarce; manufacturability - the properties of the membrane material, which include the possibility of welding, gluing, molding, etc., compatibility with other materials; mechanical properties - a whole group of characteristics, including tensile strength, tensile strength, deformation, etc .; chemical properties - these parameters include, first of all, chemical inertness with respect to dosed substances, water, functioning environment, stability of the chemical structure, and therefore, preservation of properties for the entire duration of the device’s functioning.

Наиболее полно будет удовлетворять этим требованиям мембрана из полиолефинов, а скорее всего - полиэтилен. The membrane of polyolefins, and most likely polyethylene, will most fully satisfy these requirements.

Однако К_эф для полиэтилена лежит в интервале 10^-8-10^-10мл/см/см²˙ч, т. е. величины крайне малые, что препятствует использованию полиэтилена в качестве осмотической мембраны. Известный прием повышения производительности мембраны сводится к увеличению площади массопереноса. По имеющимся данным осмотические мембраны имеют К_эф в интервале 0,3-6х10^-5 мл˙см/см²˙ ч. Следовательно, при одинаковой толщине площади, мембрана из полиэтилена должна быть в 10⁴-10⁵ раз больше, чем из эфиров целлюлозы, а это уже вносит малопреодолимые конструкторские сложности.However, the K _eff for polyethylene lies in the range of 10 ^-8 -10 ^-10 ml / cm / cm ² ˙ h, i.e., the values are extremely small, which prevents the use of polyethylene as an osmotic membrane. A well-known technique for increasing membrane performance is to increase the mass transfer area. According to reports, osmotic membranes have a K _ef in the range of 0.3-6x10 ^-5 ml˙cm / cm ² ˙ h. Therefore, for the same area thickness, a polyethylene membrane should be 10 ⁴ -10 ⁵ times more than that of ethers cellulose, and this already makes insurmountable design difficulties.

Известна обработка материала мембраны ионизирующим излучением [1], что приводит к организации в мембране группы дефектов, резко повышающих ее производительность. При этом мембрана теряет свойство полупроницаемости и селективности, что приводит к изменению механизма работы устройства. Вместе с тем обработка мембраны ионизирующим излучением приводит к ухудшению физико-механических свойств полимера и сокращению срока его службы. Known processing of the membrane material by ionizing radiation [1], which leads to the organization in the membrane of a group of defects that dramatically increase its productivity. In this case, the membrane loses the property of semi-permeability and selectivity, which leads to a change in the mechanism of operation of the device. However, treating the membrane with ionizing radiation leads to a deterioration in the physicomechanical properties of the polymer and a reduction in its service life.

Другой прием, который повышает проницаемость мембраны - это уменьшение ее толщины. Однако и этот способ имеет свои ограничения. При толщине менее 10 мк мембрана имеет значительное количество механических дефектов, препятствующих ее использованию в качестве осмотической. При толщине свыше 30 мк массоперенос через мембрану идет очень медленно и требуется резко увеличивать ее площадь. Следовательно, рабочим интервалом толщины для полиэтиленовой мембраны (с К_эф сравнимым с другими материалами), можно считать 10-30 мк, предпочтительно 15 мк. Однако при этих толщинах мембрана легко деформируется даже при незначительных механических воздействиях, что требует использования пористых носителей: керамика, пористый металл, бумага, ткань и т.п.Another technique that increases the permeability of the membrane is a decrease in its thickness. However, this method has its limitations. With a thickness of less than 10 microns, the membrane has a significant number of mechanical defects that impede its use as an osmotic. With a thickness of more than 30 microns, mass transfer through the membrane is very slow and it is necessary to sharply increase its area. Therefore, the working thickness range for a polyethylene membrane (with K _eff comparable with other materials) can be considered 10-30 microns, preferably 15 microns. However, at these thicknesses, the membrane is easily deformed even with minor mechanical stresses, which requires the use of porous carriers: ceramics, porous metal, paper, fabric, etc.

Известно использование бумаги с полиэтиленовым слоем. В этом случае упаковка предохраняет содержимое от попадания влаги и последующей потери качества. Скорость диффузии воды через бумагу и полимер, кроме всего прочего, определяется и осмотическим давлением упакованного вещества. В случае пищевых концентратов, осмотическое давление которых невелико (правда в смеси присутствуют соли с высоким осмотическим давлением - хлорид натрия, нитрит натрия и т.д.), поступлению влаги извне препятствуют, во-первых, сорбционные свойства бумаги, а, во-вторых, кластерообразование воды внутри полимера, что резко снижает скорость диффузии воды внутри [2]. Это явление нарастает при повышении относительной влажности и сохраняется при 100% влажности и даже при погружении в воду. It is known to use paper with a plastic layer. In this case, the packaging protects the contents from moisture and subsequent loss of quality. The rate of diffusion of water through paper and polymer, among other things, is determined by the osmotic pressure of the packaged substance. In the case of food concentrates, the osmotic pressure of which is low (although salts with high osmotic pressure — sodium chloride, sodium nitrite, etc.) are present in the mixture, the sorption properties of the paper prevent the flow of moisture from the outside, and, secondly, cluster formation of water inside the polymer, which dramatically reduces the rate of diffusion of water inside [2]. This phenomenon increases with increasing relative humidity and persists at 100% humidity and even when immersed in water.

В слоистых структурах (к ним можно отнести и систему полиэтилен-бумага), скорость изменения свойств адгезионной системы в каждом конкретном случае определяется начальными и граничными условиями сорбции агрессивного компонента (воды) из внешней среды, его коэффициентом диффузии, геометрическими характеристиками элементов сэндвичевой системы. Скорость диффузии будет определяться и концентрацией веществ, способствующих диффузии, и их природой по обе стороны сэндвичевой системы. In layered structures (the polyethylene-paper system can also be attributed to them), the rate of change in the properties of the adhesive system in each case is determined by the initial and boundary conditions for the sorption of the aggressive component (water) from the environment, its diffusion coefficient, and the geometric characteristics of the elements of the sandwich system. The diffusion rate will be determined by the concentration of substances that contribute to diffusion, and their nature on both sides of the sandwich system.

При упаковке лекарственных препаратов в систему полиэтилен-бумага в одних случаях, например, глюконат кальция, имеющий малое осмотическое давление, при погружении в воду не растворяется внутри упаковки в течение 20-25 суток (в зависимости от температуры), хотя неупакованная таблетка разваливается в воде уже через 7-9 мин. На воздухе при влажности менее 100% препарат в упаковке сохраняется длительное время. В другом случае, при упаковке глюкозы - вещества, имеющего очень высокое осмотическое давление, также длительное время гарантировано сохранение даже во влажном воздухе; погружение в упакованном виде в воду на 8-10 ч приводит к растворению активного вещества, разрушению (разрыву) упаковки и неконтролируемому выделению глюкозы наружу. В обоих случаях система полиэтилен - бумага за счет кластерообразования гарантированно предохраняет упакованное вещество от попадания воды вовнутрь. Коэффициент диффузии при этом невелик. При погружении в воду за счет более высокого сродства глюкозы к воде происходит разрушение адгезионного слоя на границе бумага-полиэтилен, деформация полимера и разрушение упаковки. В обоих случаях нельзя говорить об использовании системы полимер - бумага в качестве осмотической мембраны, так как не соблюдается основной признак - контролируемое поступление растворителя к растворяемому веществу - мембраны запираются. When packaging drugs in a polyethylene-paper system, in some cases, for example, calcium gluconate, which has a low osmotic pressure, does not dissolve within 20-25 days when immersed in water (depending on temperature), although an unpacked tablet falls apart in water after 7-9 minutes In air at a humidity of less than 100%, the drug in the package remains for a long time. In another case, when packing glucose - a substance having a very high osmotic pressure, it is also guaranteed for a long time to be stored even in humid air; immersion in packaged form in water for 8-10 hours leads to the dissolution of the active substance, destruction (rupture) of the package and uncontrolled release of glucose out. In both cases, the polyethylene-paper system, due to cluster formation, guaranteed to protect the packaged substance from the ingress of water inside. The diffusion coefficient is small. When immersed in water due to the higher affinity of glucose to water, the adhesive layer at the paper-polyethylene interface breaks down, the polymer deforms and the packaging breaks. In both cases, one cannot talk about using the polymer - paper system as an osmotic membrane, since the main feature is not observed - the controlled flow of solvent to the soluble substance - the membranes are locked.

Другой эксперимент, подтвердивший этот вывод, заключается в следующем. В упаковках с полиэтиленом на бумаге, с глюкозой и глюконатом кальция, были сделаны отверстия диаметром 150 мк, а затем упаковки поместили в почву, где контролировали выделение активного вещества при влажности 20-85%. Было отмечено, следующее: при влажности 20-85% глюконат кальция не выделялся в течение всего времени эксперимента (30 суток). Глюкоза не выделялась из системы при влажности 20-70% , а при влажности почвы свыше 70% выделялась в течение 6 ч, но не с контролируемой скоростью. Another experiment that confirms this conclusion is as follows. In packages with polyethylene on paper, with glucose and calcium gluconate, holes were made with a diameter of 150 microns, and then the packages were placed in the soil, where the release of the active substance was controlled at a moisture content of 20-85%. The following was noted: at a moisture content of 20-85%, calcium gluconate was not released during the entire experiment (30 days). Glucose was not released from the system at a moisture content of 20-70%, and at a soil moisture content of over 70% it was released within 6 hours, but not at a controlled speed.

Наиболее близким к заявленному техническим решением является устройство, обеспечивающее режим программированного выделения удобрений, выполнено в виде емкости, одна из стенок которой представляет собой мембрану, выполненную из гидрофобного полимера, например, полиэтилена, с гидрофильными включениями. Поступление воды внутрь емкости происходит через гидрофильные включения. Для получения удовлетворительной скорости выделения веществ необходимо определенное соотношение гидрофильных включений к весу гидрофобного материала. Для осуществления равномерного обмена между наружной и внутренней частью упаковки необходимо, чтобы гидрофильные добавки распределялись равномерно по всей ширине. Это усложняет технологию производства мембраны и при несоблюдении всех требований при производстве известной мембраны, равномерный режим обмена между наружной и внутренней частью упаковки осуществляться не будет, стабильность работы снизится. Closest to the claimed technical solution is a device that provides a programmed mode of fertilizer allocation, made in the form of a container, one of the walls of which is a membrane made of a hydrophobic polymer, for example, polyethylene, with hydrophilic inclusions. Water entering the tank occurs through hydrophilic inclusions. To obtain a satisfactory rate of release of substances, a certain ratio of hydrophilic inclusions to the weight of hydrophobic material is necessary. For a uniform exchange between the outer and inner part of the package, it is necessary that the hydrophilic additives are distributed evenly over the entire width. This complicates the production technology of the membrane, and if all the requirements for the production of the known membrane are not met, a uniform exchange regime between the outer and inner part of the package will not be realized, and the stability will decrease.

Цель изобретения - надежное контролируемое дозирование веществ, упрощение технологии изготовления, повышение стабильности работы и возможность управления коэффициентом диффузии за счет использования полиэтиленовой мембраны на пористом носителе в сочетании с дозируемым веществом. The purpose of the invention is reliable controlled dosing of substances, simplification of manufacturing technology, increased stability and the ability to control the diffusion coefficient through the use of a polyethylene membrane on a porous carrier in combination with a dosed substance.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве мембрана выполнена из полиэтилена толщиной 10-30 мк, на пористом носителе - бумага, картон, керамика, пористый металл и т.п., толщиной 20-100 мк и размер пор на поверхности пористого носителя не превышает 0,1 см. This goal is achieved by the fact that in the device the membrane is made of polyethylene with a thickness of 10-30 microns, on a porous carrier - paper, cardboard, ceramic, porous metal, etc., with a thickness of 20-100 microns and the pore size on the surface of the porous carrier does not exceed 0.1 cm

Для контролируемой подачи воды вовнутрь устройства загружают отдельные соли или смеси солей, которые имеют осмотическое давление в интервале от 80 до 350 атм, т.е. величины, достаточные для поступления воды в устройство, преодоления кластерообразования и обеспечения контролируемого выделения раствора в среду функционирования. В качестве отдельных солей используют, например, KNO₃ и их смеси. Кроме того, для загрузки используют кристалины с соотношением активных компонентов N:P₂O₅:K₂O:MgO=10:5:20:6; 10:5:20:2,5; 10: 5: 20: 0; 20:16:10:0; 18:18:21:0; 18:8:21,5:2. Смеси солей и кристалины при этом могут содержать до 0,12% по весу микроэлементов (Zn, Fe, B, Mn, Mo и др. в виде солей). Таким образом, только сочетание полиэтиленовой мембраны на пористом носителе с загрузкой соответствующими солями обеспечивает контролируемое дозирование активных веществ. Анализ показывает, что полиэтиленовая мембрана на пористом носителе в сочетании с солями, имеющими осмотическое давлении в интервале 80-350 атм, обеспечивают контролируемое дозирование активных веществ.For a controlled water supply, separate salts or mixtures of salts that have an osmotic pressure in the range from 80 to 350 atm, are loaded inside the device. values sufficient for water to enter the device, overcome cluster formation and provide controlled release of the solution into the operating environment. As individual salts, for example, KNO ₃ and mixtures thereof are used. In addition, crystallins with a ratio of active components N: P ₂ O ₅ : K ₂ O: MgO = 10: 5: 20: 6 are used for loading; 10: 5: 20: 2.5; 10: 5: 20: 0; 20: 16: 10: 0; 18: 18: 21: 0; 18: 8: 21.5: 2. Mixtures of salts and crystallins may contain up to 0.12% by weight of trace elements (Zn, Fe, B, Mn, Mo, etc. in the form of salts). Thus, only a combination of a polyethylene membrane on a porous carrier with loading with appropriate salts provides a controlled dosage of active substances. The analysis shows that a polyethylene membrane on a porous carrier in combination with salts having an osmotic pressure in the range of 80-350 atm provide a controlled dosage of active substances.

На фиг. 1 показано устройство с мембраной из полиэтилена на бумаге и снаряженного KNO₃, поперечное сечение; на фиг.2 - устройство с мембраной из полиэтилена на пористой керамике и снаряженного кристалином N:P₂O₅:K₂O₅: MgO=10:5:20:6, поперечное сечение; на фиг.3 - устройство с мембраной из полиэтилена на бумаге, снаряженного кристалином N:P₂O₅:K₂O=20:16:10, поперечное сечение; на фиг.4 - устройство с мембраной из полиэтилена на пористом металле и снаряженного смесью солей Са(NO₃)₂:NH₄NO₃; K₂HPO₄, поперечное сечение.In FIG. 1 shows a device with a membrane made of polyethylene on paper and equipped with KNO ₃ , cross section; figure 2 - device with a membrane of polyethylene on porous ceramics and loaded with crystalline N: P ₂ O ₅ : K ₂ O ₅ : MgO = 10: 5: 20: 6, cross section; figure 3 - device with a membrane of polyethylene on paper, loaded with crystalline N: P ₂ O ₅ : K ₂ O = 20: 16: 10, cross section; figure 4 - a device with a membrane of polyethylene on a porous metal and equipped with a mixture of salts of Ca (NO ₃ ) ₂ : NH ₄ NO ₃ ; K ₂ HPO ₄ , cross section.

Ниже описаны варианты выполнения и примеры использования устройства. Embodiments and examples of device use are described below.

В а р и а н т 1 (фиг.1). Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из полиэтилена. В верхней части корпуса 1 выполнено отверстие 2, связывающее внутренний объем с атмосферой. В нижней части корпуса 1 выполнено выводное отверстие 3, через которое истекает раствор дозируемого вещества (KNO₃). В нижней части корпуса 1 выполнены также перфорационные отверстия 4, которые изнутри закрыты полиэтиленовым слоем 5 мембраны. Внутри корпуса 1 мембрана обращена к активному веществу пористым слоем 6 в виде бумажного слоя. Мембрана приварена полиэтиленовым слоем 5 к корпусу 1. Слой полиэтилена выполнен толщиной 10 мк, а бумажный слой толщиной 20 мк.In a r and a t 1 (figure 1). The device consists of a housing 1 made of polyethylene. An opening 2 is made in the upper part of the housing 1, connecting the internal volume with the atmosphere. In the lower part of the housing 1, an outlet 3 is made, through which a solution of the dosed substance (KNO ₃ ) flows. Perforations 4 are also made in the lower part of the housing 1, which are internally covered by a polyethylene layer 5 of the membrane. Inside the housing 1, the membrane faces the active substance with a porous layer 6 in the form of a paper layer. The membrane is welded with a polyethylene layer 5 to the housing 1. The polyethylene layer is 10 microns thick and the paper layer is 20 microns thick.

Устройство работает следующим образом. После помещения устройства в среду функционирования (вода, почва, влажный субстрат) через мембрану влага из среды функционирования поступает к дозируемому веществу 7, растворяет его и за счет гидростатического давления, возникающего внутри корпуса 1, через выводное отверстие 3 насыщенный раствор активного вещества 7 поступает в среду функционирования со скоростью 1,5 мг/см²˙ч.The device operates as follows. After placing the device in a functioning environment (water, soil, a moist substrate) through the membrane, moisture from the operating environment enters the dosed substance 7, dissolves it and due to the hydrostatic pressure arising inside the housing 1, through the outlet 3 saturated solution of the active substance 7 enters functioning environment at a speed of 1.5 mg / cm ² ˙h.

В а р и а н т 2 (фиг.2). В корпусе 1 устройства выполнено отверстие 2, связывающее внутренний объем устройства с атмосферой. В нижней части корпуса 1 выполнено выводное отверстие 3, через которое в среду функционирования выводится насыщенный раствор дозируемого вещества (кристалин N:P₂O₅:K₂O: MgO= 10:5:20:6). В нижней части корпуса 1 посредством герметизирующего приспособления 8 установлена мембрана из двух слоев: из полиэтиленового слоя 5 толщиной 15 мк и пористого слоя 6 в виде керамики толщиной 1000 мк. Устройство работает аналогично примеру 1 после погружения в среду функционирования.In a r and a n t 2 (figure 2). In the housing 1 of the device, an opening 2 is made connecting the internal volume of the device with the atmosphere. In the lower part of the housing 1, an outlet 3 is made, through which a saturated solution of the dosed substance is discharged into the operating environment (crystalline N: P ₂ O ₅ : K ₂ O: MgO = 10: 5: 20: 6). A membrane of two layers is installed in the lower part of the housing 1 by means of a sealing device 8: from a polyethylene layer 5 with a thickness of 15 microns and a porous layer 6 in the form of ceramics with a thickness of 1000 microns. The device operates analogously to example 1 after immersion in a functioning environment.

В а р и а н т 3 (фиг.3). Корпус 1 представляет собой склеенную из полиэтилена на бумаге емкость, причем наружный слой 5 корпуса 1 представляет собой полиэтиленовую пленку толщину 15 мк, а внутренний слой 6 - бумагу толщиной 40 мк. В корпусе 1 выполнено отверстие 2 для связи внутреннего объема с атмосферой. Выводное отверстие 3 предназначено для выведения раствора дозируемого вещества 7. В зависимости от положения устройства в среде функционирования отверстия 2 и 3 могут менять назначение. In a r and a n t 3 (figure 3). The housing 1 is a container glued from polyethylene on paper, the outer layer 5 of the housing 1 is a polyethylene film with a thickness of 15 microns, and the inner layer 6 is a paper with a thickness of 40 microns. In the housing 1, a hole 2 is made for communication of the internal volume with the atmosphere. The outlet 3 is designed to remove the solution of the dosed substance 7. Depending on the position of the device in the operating environment, openings 2 and 3 can change the purpose.

В а р и а н т 4 (фиг.4). Корпус 1 устройства в нижней части за счет герметизирующего приспособления 8 отделен от трубопровода 9 мембраной, которая к трубопроводу 9 обращена своей частью из пористого слоя (металла) толщиной 800 мк, а внутрь корпуса 1 частью из полиэтиленового слоя 5 (пленки) толщиной 30 мк. Внутрь корпуса 1 загружают смесь солей 7, раствор которой выводится через отверстие 3 и через трубку 10 поступает в трубопровод 9. Устройство работает аналогично примеру 1. In and r and and t 4 (figure 4). The housing 1 of the device in the lower part due to the sealing device 8 is separated from the pipeline 9 by a membrane, which faces the pipeline 9 with a part of a porous layer (metal) 800 microns thick, and inside the housing 1 with a part of a polyethylene layer 5 (film) 30 microns thick. Inside the housing 1, a mixture of salts 7 is loaded, the solution of which is discharged through the opening 3 and through the tube 10 enters the pipeline 9. The device operates similarly to example 1.

Приведенные варианты устройства показаны для нескольких примеров его использования и не ограничивают другие возможные варианты устройств. В качестве пористой подложки могут быть использованы металл, керамика, бумага, картон, полимеры. Количество открытых пор не менее 10-100%. При количестве открытых пор менее 10% создается очень высокое диффузионное сопротивление потока, которое сравнимо с диффузионным сопротивлением мембраны. Пористый носитель может быть получен любым известным способом: введением порообразователя, вымыванием, спеканием и т.д.(см.таблицу)
Размер пор на поверхности пористого носителя не должен превышать 0,1 см, так как при больших порах и малых (10-15 мк) толщинах мембраны, имеют место провисание мембраны и образование микродефектов, что приводит к неконтролируемому истечению раствора.The given device variants are shown for several examples of its use and do not limit other possible device variants. As the porous substrate can be used metal, ceramic, paper, cardboard, polymers. The number of open pores is not less than 10-100%. When the number of open pores is less than 10%, a very high diffusion resistance of the flow is created, which is comparable to the diffusion resistance of the membrane. The porous carrier can be obtained in any known manner: by introducing a blowing agent, washing out, sintering, etc. (see table)
The pore size on the surface of the porous support should not exceed 0.1 cm, since with large pores and small (10-15 microns) membrane thicknesses, sagging membranes and the formation of microdefects occur, which leads to uncontrolled outflow of the solution.

В качестве пористого носителя могут быть пористый никель, пористая нержавеющая сталь, пористая латунь, мипласт, поропласты и т.п. материалы. As the porous support, there may be porous nickel, porous stainless steel, porous brass, Miplast, porous plastics, and the like. materials.

Выбор носителя определяется условиями эксплуатации устройства: пограничные значения толщины мембраны: при толщине менее 10 мк при существующих технологиях мембраны дефекты и микродефекты на ее поверхности не позволяют обеспечить контролируемую подачу активных веществ; при толщине выше 80 мк резко уменьшается скорость диффузии растворителя к активному веществу, а следовательно, и скорость дозирования. Так, например: при дозировании смеси Ca(NO₃)₂+NH₄NO₃+K₂HPO₄из устройства с мембраной 30 мк на нержавеющей стали (пористой) скорость дозирования составляет 0,7 мг/см²˙ч, а при толщине 35 мк эта же смесь дозируется со скоростью 0,0015 мг/см²˙ч, а эта величина уже слишком малая для дозирования удобрений.The choice of carrier is determined by the operating conditions of the device: boundary values of the membrane thickness: with a thickness of less than 10 microns with existing membrane technologies, defects and microdefects on its surface do not allow a controlled supply of active substances; at a thickness above 80 microns, the diffusion rate of the solvent to the active substance sharply decreases, and therefore the dosing rate. So, for example: when dosing a mixture of Ca (NO ₃ ) ₂ + NH ₄ NO ₃ + K ₂ HPO ₄ from a device with a 30 micron membrane on stainless steel (porous), the dosing rate is 0.7 mg / cm ² ˙ h, and at 35 microns thick, the same mixture is dosed at a rate of 0.0015 mg / cm ² ˙h, and this value is already too small for dosing fertilizers.

Таким образом, сочетание полиэтиленовой мембраны на пористом носителе с дозируемым веществом, имеющим осмотическое давление 80-350 атм, обеспечивает необходимый коэффициент диффузии, контролируемое поступление воды к веществу и, соответственно, длительное непрерывное дозирование вещества в среду функционирования. Применение полиэтиленовой мембраны на пористом носителе в значительной степени расширит диапазон применения осмотических устройств, так как полиэтилен весьма инертен, химически стоек, легко формируется, сваривается и перерабатывается. Полиэтилен является наиболее распространенным полимером. Использование таких сендвичевых систем значительно снизит себестоимость изделий и упростит технологию их изготовления. Широкий спектр скоростей дозирования, который можно еще расширить за счет увеличения площади мембраны, позволит использовать осмотические дозаторы как в воде, так и в различных почвах и субстратах. Пористый носитель не только будет играть роль фильтра и диффузионного сопротивления потоку воды к мембране или к активному веществу, но и предохранит мембрану от повреждения. Thus, the combination of a polyethylene membrane on a porous carrier with a metered substance having an osmotic pressure of 80-350 atm provides the necessary diffusion coefficient, a controlled flow of water to the substance, and, accordingly, a long continuous dosing of the substance into the operating environment. The use of a polyethylene membrane on a porous carrier will significantly expand the range of application of osmotic devices, since polyethylene is very inert, chemically resistant, easily formed, welded and processed. Polyethylene is the most common polymer. The use of such sandwich systems will significantly reduce the cost of products and simplify the technology for their manufacture. A wide range of dosing rates, which can be further expanded by increasing the membrane area, will allow the use of osmotic dosers both in water and in various soils and substrates. The porous carrier will not only play the role of a filter and diffusion resistance to the flow of water to the membrane or to the active substance, but it will also protect the membrane from damage.

Claims

DEVICE FOR CONTROLLED CONTINUOUS DOSING OF SUBSTANCES, containing a container, one of the walls of which is formed by a membrane of a polyethylene film and a hydrophilic element, characterized in that the hydrophilic element is made in the form of a porous substrate with a thickness of 20 - 1000 microns, the membrane is made with a thickness of 10 - 30 microns, while the pore size on the surface of the porous support does not exceed 0.1 cm.