RU2638656C2 - Устройство и установка для разделения компонентов биологических жидкостей и способы их работы - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к устройствам и способу разделения компонентов биологических жидкостей и может быть использовано в биотехнологии, для препаративных целей в промышленности, в лабораторной или исследовательской практике, в частности для отделения осадка при центрифугировании с непрерывной подачей биологической жидкости для разделения. Согласно первому варианту устройство для разделения компонентов биологических жидкостей включает корпус с крышкой, патрубки ввода и вывода жидкости. Устройство также содержит делительную камеру, образованную двумя усеченными конусами, расположенными основаниями друг к другу симметрично относительно центральной оси устройства, по меньшей мере два вертикальных патрубка, закрепленных на держателе вне делительной камеры параллельно центральной оси устройства, нижние концы которых находятся внутри делительной камеры и соединены т-образными переходами с по меньшей мере двумя горизонтальными патрубками, расположенными перпендикулярно центральной оси устройства, так, что не касаются стенок делительной камеры. Наружные концы вертикальных патрубков соединены с магистралями для подачи биологической и отмывающей жидкости, снабженными запорными клапанами. На концах одних из горизонтальных патрубков под углом 90° расположены впускные инжекторы для подачи биологической жидкости в виде аэрозоля, а на концах других - под углом 90° и в противоположном направлении к инжекторам, расположены выпускные сопла для струйной подачи отмывающей жидкости. Штуцер для вывода жидкости в дне делительной камеры через конический участок соединен с центральным штуцером, расположенным во внутреннем пространстве накопителя, не касаясь его стенок. Накопитель установлен на неподвижном внешнем держателе и имеет в нижней части конический скос, переходящий в тройник с магистралями вывода жидкости, отделенной от осадка, и отмывающей жидкости с осадком, снабженными запорными клапанами. Штуцер соединен с держателем внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, а также с приводом вращения. Согласно другому варианту устройство для разделения компонентов биологических жидкостей содержит по меньшей мере три вертикальных патрубка, закрепленных на держателе внутри корпуса над делительной камерой параллельно центральной оси устройства, при этом наружный верхний конец одного из вертикальных патрубков, расположенного по центру устройства, соединен с магистралями для вывода жидкости, отделенной от осадка, и отмывающей жидкости с осадком, снабженными запорными клапанами. Устройство содержит втулку в дне делительной камеры с коническим участком, входящую в муфту, установленную внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, соединенную с приводом двигателя. В установке для разделения компонентов биологических жидкостей в магистрали для подачи жидкостей и в магистрали для вывода жидкостей встроены по меньшей мере два устройства по одному из указанных вариантов. Согласно способу работы устройств для разделения компонентов биологических жидкостей биологическую жидкость для разделения подают внутрь устройства со скоростью 5

20 мл/м, вращение устройства осуществляют со скоростью 400 об/м, разделение ведут при температуре внутри устройства в интервале -1°

+36°С до заполнения устройства осадком в количестве 45

47 г, прекращают подачу биологической жидкости, затем подают жидкость для отмывки осадка в течение 50

70 с. При этом цикл повторяют многократно. Согласно способу работы установки для разделения компонентов биологических жидкостей одновременно работают два устройства по одному из указанных вариантов, при этом одно из двух устройств работает в режиме разделения, а другое - в режиме отмывания осадка, а затем режимы автоматически переключают. Техническим результатом группы изобретений является обеспечение качества разделяемых компонентов, повышение надежности, непрерывности и долговечности заявленных устройств и установок. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Устройство предназначено для использования в биотехнологии, для препаративных целей в промышленности, в лабораторной или исследовательской практике, в частности, в целях отделения осадка при центрифугировании с непрерывной подачей биологической жидкости для разделения. При этом конечный продукт может быть как осадком, так и центрифугатом.

Известен ротор фильтрующей центрифуги, содержащий цилиндрический барабан с установленным внутри него цилиндрическим фильтрующим элементом. Вращающееся механическое уплотнение расположено вокруг подающей трубы изолирует текучую среду от партии клеточной культуры. Техническим результатом изобретения является снижение риска утечки технологической жидкости. Недостатком устройства является низкая производительность, обусловленная увеличением толщины осадка на фильтрующем элемента из-за возрастания концентрации взвешенных веществ в суспензии по мере выделения из нее фильтрата [1].

Известно устройство [2], в котором с целью повышения эффективности разделения на валу ротора вмонтирован диск, связанный жестко с патрубком, на котором укреплена с возможностью осевого перемещения коническая тарелка, установленная с образованием кольцевой камеры между внутренними поверхностями тарелки и кратерообразного углубления ротора и кольцевого зазора между боковой поверхностью кратерообразного углубления и кромкой тарелки. Благодаря этому, в предлагаемом устройстве регулируют толщину пленки суспензии на разделительной поверхности ротора, добиваясь максимального выделения частиц с поверхности пленки и тем самым повышая эффективность.

Известно устройство для разделения суспензии [3], включающее корпус, емкость для суспензии, ротор и приемники продуктов разделения и слива, снабженное приспособлением для адгезионного съема частиц, установленным в последнем по ходу движения материала приемнике продуктов разделения. Недостатком известного устройства является низкая эффективность разделения из-за потерь ценного компонента в сливе.

Известно устройство [4], содержащее центрифугу, имеющую кожух с кольцеобразными перегородками для отвода фракций, инородных включений, ротор, выполненный в виде тела вращения с рядом порогов с подъемом в направлении движения жидкости. Однако конструктивные особенности устройства усложняют процесс отделения и сохранности осадка или биологического материала.

Известно устройство [5] для регенерации фильтрующих сит в роторах центрифуг с ножевой выгрузкой осадка. Однако устройство не приспособлено для фракционирования биологических материалов, особенно осадка, который может разрушаться при применении пластинчатого скребка.

Известна центрифуга [6] для разделения крови, в котором защитная чаша установлена с зазором в верхней части относительно корпуса и имеет на внутренней поверхности кольцевой выступ, при этом крышка размещена на выступе при помощи амортизирующих упоров, а держатель неподвижной части затвора укреплен на крышке.

Известен устройство для отделения крови от сгустков [7], который представляет делительную камеру с герметично вмонтированным узлом ввода, имеющим тройник с магистралями, по одной из которых в разделяющее пространство корпуса камеры подается кровь со сгустками для разделения, а по второй отделяется кровь без сгустков, остающиеся в камере. Узел ввода представлен двухходовым штуцером, имеющим тефлоновые уплотнители и два канала для подачи и вывода жидкости. Однако в устройстве отсутствует возможность избирательного отделения и выведения осадка (сгустков). Устройство не работает в непрерывном режиме и предназначено для обработки крови только от одного пациента, после чего требует замены. Однократно обрабатываемый объем крови имеет ограничение - не более 500 мл., Непрерывная работа устройства ограничена не более 1 часа. Струйная подача крови приводит к ее разбрызгиванию и соударению со стенками камеры.

Известна сверхцентрифуга для разделения суспензий [8], которая включает трубчатый ротор, установленный на металлическом валу и имеющий верхнюю и нижнюю крышки, укрепленные на верхней и нижней частях вала. Конструкция центрифуги обеспечивает скорость вращения ротора, превышающую 30000 об/мин, что обеспечивает увеличение фактора и степени разделения суспензий. Однако высокая скорость вращения способствует образованию чрезвычайно плотного осадка, что существенно снижает возможность его отмывания, неприменимо для работы с рыхлым биологическим преципитатом, требует замены ротора после его наполнения.

Известна коническая тарелка к сепаратору [9], принятая за прототип, служащая для тонкодисперсного отделения частиц. Это достигается благодаря использованию в качестве фильтрующей перегородки, например полупроницаемой мембраны. Аэрозоль или суспензия подается через патрубок и распределяется в межтарелочном пространстве, где под действием центробежных сил происходит ее разделение на фракции. Тяжелая фракция выводится через щели на периферию ротора. Легкая фракция направляется в каналы, где установлена фильтрующая перегородка. Тонкодисперсные частицы оседают на поверхности перегородки с ее нижней стороны и под действием центробежных сил сбрасываются на периферию ротора, а отфильтрованная дисперсионная фракция отводится из ротора через патрубок.

Однако необходимость использования в сепараторе полупроницаемых мембран с отсекающим эффектом приводит к задержке крупнополимерных растворимых комплексов вместе с нерастворимым осадком, существенно снижает эффективность процесса разделения и качество конечного продукта; применение мембран приводит к усложнению конструкции устройства. Кроме того, устройства применимо только для одноразового использования, так как после полного заполнения межтарелочного пространства не предполагается регенерации. Подача аэрозоля производится в поперечном направлении, что снижает сохранность осадка при столкновении со стенкой делительной камеры.

Задачей изобретения является создание устройства и установки для непрерывного отделения осадка от жидкости в проточном режиме без узлов трения, обеспечивающего сохранение качества разделяемых компонентов, при одновременном повышении надежности, непрерывности и долговечности их работы.

Указанная задача достигается тем, что устройство для разделения компонентов биологических жидкостей по одному варианту, предназначенного для нисходящего отвода жидкости или осадка, содержит внутри корпуса с крышкой делительную камеру, образованную двумя усеченными конусами расположенными основаниями друг к другу симметрично относительно центральной оси устройства, по меньшей мере, два вертикальных патрубка, закрепленных на держателе вне делительной камеры параллельно центральной оси устройства, нижние концы которых находятся внутри делительной камеры и соединены т-образными переходами с, по меньшей мере, двумя горизонтальными патрубками, расположенными перпендикулярно центральной оси устройства, так, что не касаются стенок делительной камеры, наружные концы вертикальных патрубков соединены с магистралями для подачи биологической и отмывающей жидкости, снабженными запорными клапанами, на концах одного из горизонтальных патрубков под углом 90° расположены впускные инжекторы для подачи биологической жидкости в виде аэрозоля, а на концах другого - под углом 90° в противоположном направлении к инжекторам, расположены впускные сопла для струйной подачи отмывающей жидкости, штуцер для вывода жидкости в дне делительной камеры через конический участок соединен с центральным штуцером, расположенным во внутреннем пространстве накопителя не касаясь его стенок, накопитель установлен на неподвижном внешнем держателе и имеет в нижней части конический скос, переходящий в тройник, соединенный с магистралями вывода жидкости, отделенной от осадка, и отмывающей жидкости с осадком, снабженными запорными клапанами, штуцер соединен с держателем внутри подшипника, расположенного в основании корпуса и соединенного с приводом вращения. При этом наружная поверхность штуцера и внутренняя поверхность ложемента держателя снабжена резьбой, а привод вращения, выполнен в виде шестеренки, соединенной с приводом двигателя.

Устройство для разделения компонентов биологических жидкостей по второму варианту, предназначенного для восходящего отвода жидкости или осадка, содержит внутри корпуса с крышкой содержит делительную камеру, образованную двумя усеченными конусами расположенными основаниями друг к другу симметрично относительно центральной оси устройства, по меньшей мере, три вертикальных патрубка, закрепленных на держателе внутри корпуса над делительной камерой параллельно центральной оси устройства, верхние концы двух вертикальных патрубков, расположены внутри корпуса над делительной камерой и соединены с магистралями для подачи биологической и отмывающей жидкости, снабженными запорными клапанами, а нижние концы двух вертикальных патрубков соединены т-образными переходами с, по меньшей мере, двумя горизонтальными патрубками, расположенными перпендикулярно центральной оси устройства, так, что не касаются стенок делительной камеры, на концах одного из горизонтальных патрубков под углом 90° расположены впускные инжекторы для подачи биологической жидкости в виде аэрозоля, а на концах другого - под углом 90° в противоположном направлении к инжекторам, расположены впускные сопла для струйной подачи отмывающей жидкости, наружный верхний конец одного из вертикальных патрубков, расположенного по центру устройства, соединен с магистралями для вывода жидкости, отделенной от осадка, и отмывающей жидкости с осадком, снабженными запорными клапанами, втулку в дне делительной камеры с коническим участком, входящую в муфту, установленную внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, и соединенную приводом двигателя. При этом наружная поверхность втулки и внутренняя поверхность муфты снабжены резьбой.

Установка для разделения компонентов биологических жидкостей в магистрали для подачи жидкостей и в магистрали для вывода жидкостей встроены, содержит, по меньшей мере, два устройства по варианту 1 или по варианту 2.

Способ работы устройства для разделения компонентов биологических жидкостей по варианту 1 или по варианту 2 включает подачу биологической жидкости для разделения внутрь устройства со скоростью 5-20 мл/м, вращение устройства со скоростью 400 об/м, разделение при температуре внутри устройства от -1°-+36°С до заполнения устройства осадком в количестве 45-50 г, затем прекращают подачу биологической жидкости и подают жидкость для отмывки осадка в течение 50-70 с, цикл повторяют многократно.

Кроме того, способ работы установки для разделения компонентов биологических жидкостей, заключается в одновременной работе двух устройств по варианту 1 или по варианту 2, при этом одно работает в режиме разделения, а другое - в режиме отмывания осадка, а затем режимы работы двух устройств автоматически переключают.

Таким образом, способ работы устройств независимо от варианта конструкции, заключается в попеременных режимах работы, а именно: первоначальном непрерывном режиме отделении и жидкости от осадка и ее непрерывном выведении, а затем кратковременном режиме отмывания накопившегося осадка и его выведения из устройства для последующего повторного цикла.

Благодаря тому, что в устройстве по варианту 1 штуцер в дне делительной камеры установлен внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, в устройстве по варианту 2 втулку устанавливают внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, а горизонтальные патрубки в устройстве по варианту 1,2 не касаются стенок делительной камеры, исключает какой-либо контакт между вращающимися и неподвижными элементами устройства. Отсутствие узлов трения создает наиболее эффективный непрерывный режим работы устройств и не ограничивает время их использования.

Благодаря тому, что в устройстве по варианту 1, 2 на конце одного из горизонтальных патрубков под углом 90° расположен впускной инжектор для подачи биологической жидкости в виде аэрозоля, а на конце другого - под углом 90° в противоположном направлении впускное сопло для струйной подачи отмывающей жидкости, это позволяет создавать сверхтонкий слой напыления. Кроме того, это способствует максимально щадящему режиму подачи жидкости для разделения, высокой скорости разделения при минимально возможной скорости вращения корпуса делительной камеры, а эффект вымывания осадка встречной струей жидкости против направления движения корпуса делительной камеры с осадком, обеспечивает максимально возможный, щадящий режим отмывания осадка и, естественно, сохранность материала осадка. Эти же конструктивные особенности позволяют обеспечить проточный, непрерывный и ускоренный процесс регенерации устройства за счет быстрого вымывания осадка и быстрой подготовки к повторному циклу.

Простота конструкции корпуса делительной и внешней камер существенно упрощает обслуживание и повышает безопасность устройства, что дает возможность расширить применение устройства в биотехнологических производствах (Фиг. 5)

Благодаря тому, что устройство имеет простую конструкцию и выполнено из пластмассы, это позволяет использовать его для одноразового применения, наладить его массовый выпуск и, соответственно, удешевить изделие.

Благодаря тому, что установка для разделения компонентов биологических жидкостей содержит в магистрали для подачи жидкости и в магистрали для вывода жидкости, по меньшей мере, две два устройства по варианту 1 или по варианту 2, то это позволяет вести технологический процесс разделения компонентов биологических жидкостей непрерывно.

Ниже предполагаемое изобретение объяснено более подробно посредством описания предпочтительных вариантов осуществления, которые являются примерами осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1, 2 изображены устройства в соответствии с первым и вторым вариантом осуществления предполагаемого изобретения. На фиг. 3, 4 изображены узлы ввода этих устройств. На фиг. 5 изображена схема расположения узлов ввода устройств и направлений движения аэрозоля и раствора для отмывки осадка. На фиг. 6 изображена схема работы устройства по варианту 1 с нисходящим выводом жидкости и осадка, а на фиг. 6а по варианту 2 с восходящим выводом жидкости и осадка, на фиг. 7 изображена динамика выхода осадка из делительной камеры при его отмывке, а на фиг. 7а - кривая изменения содержания частиц в жидкости для разделения на выходе из устройства в зависимости от скорости ее подачи.

На фигурах под цифрой 1 обозначен корпус с крышкой 2 и основанием 3, 4 - делительная камера с верхним 5, 6 и нижним 7, 8 отверстиями, 9 - узел ввода на внешнем держателе 10, 11 с вертикальными 12-16 и горизонтальными патрубками 17-20 с инжекторами 21, 22 и соплами 23, 24 на концах. Магистрали 25, 26 ввода жидкости для разделения с запорными клапанами 27, 28, магистрали 29, 30 для ввода отмывающего раствора с запорными клапанами 31, 32, магистрали 33, 34 для вывода жидкости с запорными клапанами 35, 39, магистрали 36, 38 для вывода жидкости с осадком с запорными клапанами 37, 40, штуцер 41 с коническим участком 42, погружной центральный штуцер 43, накопитель 44 с коническим скосом 45, наружный внешний держатель 46, тройники 47, 48, втулка 49, муфта 50, шестеренка 51, подшипник 52.

Ниже предполагаемое изобретение будет описано со ссылкой на различные варианты осуществления, которые раскрыты на Фиг. 1-7. Необходимо отметить, что во всех вариантах осуществления, элементы, выполняющие одинаковые или подобные функции, обозначены подобными ссылочными номерами.

Устройство по варианту 1 предусматривает нисходящий вывод разделенных компонентов.

Устройство имеет камеру 1 с крышкой 2 и основанием 3, в которой установлена делительная камера 4, имеющая форму в виде двух усеченных конусов соединенных основаниями друг к другу. Делительная камера 4 через нижнее отверстие 7 соединена с узлом вывода, состоящим из штуцера 41, конуса 42 и погружного центрального штуцера 43, который размещен в накопителе 44 не касаясь его стенок. Накопитель 44 неподвижно размещен в наружном держателе и имеет на дне конический участок 45, переходящий в тройник 47, связанный, в свою очередь, с магистралью 33 для вывода жидкости после отделения осадка и магистралью 38 для вывода отмывающей жидкости с осадком. На магистралях 33, 38 установлены запорные клапаны 35, 37.

Узел вывода через подшипник 46, закрепленный в основании камеры 3, и имеет возможность вращения вокруг центральной оси устройства. Для соединения и передачи вращающего момента от внешнего механизма привода внешняя поверхность штуцера 41 и внутренняя поверхность держателя внутри подшипника 46 снабжены резьбой типа ПЭТ.

Устройство снабжено узлом ввода 9, закрепленным неподвижно на внутреннем держателе 10 с, по меньшей мере, двумя вертикальными патрубками 12, 13, верхние концы которых находятся над корпусом 1 устройства, а нижние концы - внутри корпуса делительной камеры 4. При этом верхний конец патрубка 12 соединен с магистралью 29 запорным клапаном 31, а верхний конец патрубка 13 соединен с магистралью 25 запорным й клапаном 27. Кроме того, нижние концы патрубков 12, 13 соединены в центре с горизонтальными патрубками 17, 18 через т-образные переходы. Патрубок 17 содержит на противоположных концах установленные под углом 90°, по меньшей мере, два выпускных инжектора 21 для подачи жидкой смеси в виде аэрозоля, расположенных по направлению вращения корпуса делительной камеры 4, а патрубок 18 - по меньшей мере, два выпускных сопла 23 для струйной подачи отмывающей жидкости на стенки корпуса 1, установленных под углом 90° в противоположном направлении к инжекторам 21, расположенных против направления вращения корпуса делительной камеры 4.

Вращение делительной камеры 4 осуществляется через узел привода вращения, выполненный в виде шестеренки 51, которая соединена через шток с двигателем.

Устройство по варианту 2 предусматривает восходящий вывод разделенных компонентов.

Устройство снабжено узлом ввода, закрепленным на внутреннем держателе 11 с, по меньшей мере, тремя расположенными параллельно центральной оси устройства вертикальными патрубками 14-16.

Верхний конец патрубка 16 для вывода разделенных компонентов расположен над корпусом 1 устройства и соединен тройником 48 с магистралями 34, 36 с запорными клапанами 39, 40.

Верхние концы патрубков 14, 15 находятся внутри корпуса 1 над делительной камерой 4, а нижние концы патрубков 14-16 - внутри корпуса делительной камеры 4. При этом верхний конец патрубка 14 соединен с магистралью 30 с запорным клапаном 32, а верхний конец патрубка 15 соединен с магистралью 26 с запорным клапаном 28. Кроме того, нижние концы патрубков 14, 15 соединены в центре через т-образные переходы с горизонтальными патрубками 19, 20. На концах патрубка 19, установлены под углом 90° по меньшей мере, два выпускных инжектора 22 для подачи жидкой смеси в виде аэрозоля, расположенные по направлению вращения корпуса делительной камеры 4, а на патрубке 20 установлены под углом 90° противоположном направлении к инжекторам 22, по меньшей мере, два впускных сопла 24 для струйной подачи отмывающей жидкости на стенки корпуса, установленные против направления вращения корпуса делительной камеры 4.

Делительная камера 4 через дно 8 соединена с втулкой 49, имеющей внешнюю резьбу и конический конец, служащий для фиксации соосно центральной оси устройства. При этом наружная поверхность втулки 49 и внутренняя поверхность муфты 50 снабжены резьбой, посредством которой соединены между собой. Муфта 50, установлена в подшипнике 52, и соединена с двигателем. Привод двигателя располагают в осевом направлении корпуса 1 за его пределами.

Предполагаемое устройство работает следующим образом.

В соответствие с первым вариантом делительная камера 4 через штуцер 41 ввинчивается в держатель внутри подшипника 46, при этом шестеренка 51 входит в соединение с приводом двигателя. После закрепления узла ввода на внутреннем держателе 10, соединения патрубков 12, 13 с магистралями 25, 29, закрытия крышки 2, включают двигатель. В первом режиме работы устройства запорные клапаны 31, 37 магистралей 29, 38 закрыты. Напротив, запорные клапаны 27, 35 магистралей 25, 33 - открыты.

Жидкость по магистрали 25, патрубкам 13-17 и инжекторам 21 подается во внутреннее пространство делительной камеры 4 в виде аэрозоля в направлении вращения устройства. Взвесь, состоящая из жидкости и твердых частиц, напыляется сверхтонким слоем на стенки вращающегося корпуса делительной камеры 4, частицы осаждаются в виде пленки, а жидкость через нижнее отверстие 7, штуцер 41, конический участок 42, погружной центральный штуцер 43 стекает вниз и попадает в накопитель 44. Далее через конический участок 45 она поступает в тройник 47, где постоянно отсасывается внешним отсосом, проходя через магистраль 33 при открытом запорном клапане 35 и далее во вне (фиг. 6).

В том случае, когда количество накопленного осадка превышает рабочий объем корпуса делительной камеры 4, устройство заменяется на новое, либо переключается в режим отмывки. Во втором цикле работы устройства отмывка проводится по следующей схеме. Запорные клапаны 31, 37 магистралей 29, 38 открывают, а запорные клапаны 27, 35 магистралей 25, 33 - закрывают.

Отмывающий раствор по магистрали 29 при открытом запорном клапане 31, проходит по патрубкам 12, 18, соплам 23 и в виде струи попадает во внутреннее пространство делительной камеры 4 в направлении против ее вращения. Осадок на стенках делительной камеры 4 размывается и вместе с жидкостью через отверстие 7, штуцер 41, конический участок 42 стекает вниз, а далее по центральному штуцеру 43 попадает в накопитель 44. Далее через конический участок 45 она поступает в тройник 47, где постоянно отсасывается внешним отсосом, проходя через магистраль 38 при открытом запорном клапане 37 и далее во внешний накопитель.

После этого первый и второй режимы работы устройства повторяют. Смену режимов работы устройства повторяют многократно.

В случае необходимости обеспечения непрерывного режима разделения компонентов биологических жидкостей (без прерывания на смену режимов), такой режим может быть обеспечен путем одновременной работы двух устройств, когда одно работает в режиме отделения осадка от жидкости, а другое - в режиме отмывки, затем режимы в них переключатся. При этом технологический процесс является непрерывным и может продолжаться неограниченное время. Для обеспечения такого режима работы между магистралями для ввода жидкости и вывода жидкости с осадком устанавливают по два устройства по варианту 1.

В соответствие со вторым вариантом устройства втулка 49 ввинчивается в ложемент муфты 50, насаженной на привод двигателя, который приводит их во вращение. После закрепления узла ввода 9 во внутреннем держателе 11, соединения патрубков 14, 15, 16 с магистралями 26, 30, 34, 36, и закрытия крышки 2, включают двигатель. Работа устройства в первом и втором вариантах по первому и второму режимам аналогична.

Отличием в работе устройства по второму варианту является то, что жидкость для разделения по магистрали 26, патрубкам 15, 19 и инжекторами 22 подается во внутреннее пространство делительной камеры 4 под давлением. После напыления на стенки делительной камеры 4 осадка в виде пленки, жидкость из нижней части делительной камеры 4 через патрубок 16 отсасывают в тройник 48, а оттуда в магистрали 34 при открытом запорном клапане 39 и далее во внешний накопитель. Причем по первому циклу работы устройства жидкость удаляется по магистрали 34 при открытом запорном клапане 39, а по второму циклу (отмывка) - смесь удаляется по магистрали 36 при открытом запорном клапане 40 (Фиг. 6а).

Первый и второй режимы работы устройства повторяют многократно. В случае необходимости постоянной работы устройства (без прерывания на смену режимов) может быть обеспечена путем одновременной работы двух устройств, когда одно работает в режиме отделения осадка от жидкости, а другое - в режиме отмывки, затем режимы в них переключатся. При этом технологический процесс является непрерывным и может продолжаться неограниченное время. Для обеспечения такого режима работы между магистралями для ввода жидкости и вывода жидкости с осадком устанавливают по два устройства по варианту 2.

Конкретные примеры работы устройств

Пример 1. В этом примере рассматривается непрерывный проточный режим отделения жидкости без осадка. Устройство по первому варианту, предусматривает нисходящий сброс разделенных компонентов жидкости. В этом случае, запорный клапан 27 магистрали 25 и запорный клапан 35 магистрали 33 открыты, а запорный клапан 31 магистрали 29 и запорный клапан 37 магистрали 38 закрыты.

Жидкость из магистрали 33 отсасывается при включенном внешнем отсосе, который предварительно присоединен к этой магистрали.

Пример 2. В этом примере рассматривается непрерывный проточный режим отделения осадка. Устройство по первому варианту, предусматривает нисходящий вывод разделенных компонентов жидкости. В этом случае, запорный клапан 27 магистрали 25 и запорный клапан 35 магистрали 33 закрыты, а запорный клапан 31 магистрали 29 и запорный клапан 37 магистрали 38 открыты.

Жидкость с отмытым осадком отсасывается из магистрали 38 при включенном внешнем отсосе, который предварительно присоединен к этой магистрали.

Пример 3. В этом примере рассматривается непрерывный проточный режим отделения жидкости без осадка. Устройство по второму варианту, предусматривает восходящий отбор разделенных компонентов жидкости. В этом случае, запорный клапан 28 магистрали 26 и запорный клапан 39 магистрали 34 открыты, а запорный клапан 32 магистрали 30 и запорный клапан 40 магистрали 36 закрыты.

Отбор жидкости осуществляется по магистрали 34 после включения внешнего отсоса, который предварительно присоединен к магистрали 34.

Пример 4. В этом примере рассматривается непрерывный проточный режим отделения осадка из корпуса делительной камеры. Устройство по второму варианту, предусматривающему восходящий отбор разделенных компонентов жидкости. В этом случае, запорные клапаны 28, 39 магистралей 26, 34 закрыты, а запорные клапаны 32, 40 магистралей 30, 36 открыты. Отбор жидкости осуществляется по магистрали 36 после включения внешнего отсоса, который предварительно присоединен к магистрали 36.

Параметры работы устройства определяли в результате проведения технических испытаний.

На первоначальном этапе (А) технических испытаний осуществляли определение предельно допустимого рабочего объема делительной камеры. Для этого использовали мочу доноров.

Общий объем делительной камеры 4 и введенного узла ввода 9 составил 87,4 мл при внутреннем диаметре делительной камеры - 72,5 мм.

Предварительно проводили осадочную реакцию с 2% сульфосалициловой кислотой для образования белкового преципитата. Количество осадка в объединенной порции мочи в пересчете на сухой вес составило 1,2 г/л. Для взвешивания оставшегося сухого остатка применяли цифровые весы GF-400 (фирмы A&D Corp. Китай). В коллоидном состоянии вес осадка составил 42 г.

Исследования проводили при температуре окружающей среды при испытаниях - 21°С.

Камеру приводили во вращение со скоростью 400 об/м. Осуществляли подачу биологической жидкости со скоростью 20 мл/м, а жидкость для отмывания осадка подавали со скоростью 20 мл/м. Количество пропущенной (обработанной) биологической жидкости составило 5,3 л.

Время непрерывной работы устройства составило 265 м, за это время обработано 5300 мл мочи. Предельное количество осадка для полного заполнения допустимого рабочего объема делительной камеры составило 47,7 г.

Вывод: при внутреннем объеме делительной камеры 73 мм, и общем объеме диаметре делительной камеры 87,4 мл предельно допустимое количество осадка составило 47,7 г. После достижения этого объема необходима регенерация - удаление осадка из делительной камеры, т.е. переключение на режим отмывания осадка.

На промежуточном этапе (Б) технических испытаний осуществляли определение технических параметров работы устройства для его регенерации - удаления осадка в режиме вращения.

Исследования проводили при температуре окружающей среды при испытаниях - 21°С.

Камеру приводили во вращение со скоростью 400 об/м. Осуществляли подачу жидкости для отмывания осадка подавали со скоростью 100 мл/м.

Количество отмывающего раствора, пропущенного через делительную камеру составило 120 мл. Количество осадка в делительной камере - 47,7 г.

Регистрация прозрачности жидкости на выходе проводилась в проточном режиме на фотооптическом блоке с применением лазерного агрегометра "Criofer-D", фирмы "Lobatse" S.L., Испания.

В результате испытаний установлено, что в первые 12 с концентрация частиц осадка в отмывающей жидкости достигает максимума и сохраняется на постоянном уровне в течение последующих 50 с, после чего прогрессивно снижается и достигает нерегистрируемых величин на 73 с. Основная масса осадка, а именно 99,7% вымывается в интервале 10-58 с.

Вывод: предпочтительное время промывки осадка в течение 60 с.

На конечном этапе (В) технических испытаний осуществляли выбор оптимальной скорости подачи биологической жидкости для разделения.

Исследования проводили при температуре окружающей среды при испытаниях - 21°С. В качестве биологической жидкости использовали леофилизированную взвесь бактериальных клеток (лекарственный препарат "Пропер-Мил", Италия), разведенную в концентрации 2 г на 100 мл 0,9% раствора NaCl.

Камеру приводили во вращение со скоростью 400 об/м. Подачу жидкости для разделения осуществляли со скоростью 20 мл/м.

Отмывающую жидкость подавали со скоростью 5-30 мл/м. Количество отмывающего раствора, пропущенного через делительную камеру составило 100 мл. Количество осадка в делительной камере - 2 г.

Время непрерывной работы устройства составило 3 м. За это время обработано 100 мл жидкости. Регистрацию содержания частиц в жидкости на выходе проводили в проточном режиме на фотооптическом блоке с применением лазерного агрегометра "Criofer - D", фирмы "Lobatse" S.L., Испания.

Отмечено, что в интервале скорости ввода биологической жидкости 5-20 мл/м значения нефелометрического показателя (НФП) на выходе находились в пределах фона. Однако при дальнейшем увеличении скорости ввода свыше 25 мл/м значения НФП начинали нарастать (фиг. 7, 7а).

Вывод: предпочтительно ввод биологической жидкости для разделения (сходной по структуре взвеси) вести со скоростью 20 мл/м.

Таким образом, для осуществления задачи, поставленной в предполагаемом техническом решении, выделение осадка из биологической жидкости производили в делительной камере объемом 85-87 мл при температуре окружающей среды в интервале -1°-+36°С на скорости ее вращения 400 об/м до накопления осадка в делительной камере в объеме 45-47 г, затем подачу биологической жидкости прекращали, подавали отмывающую жидкость со скоростью 100 мл/м в течение 50-70 с, далее цикл повторяли многократно.

Список источников, принятых во внимание

1. Кесслер Б. Система центрифуги одноразового применения. Патент RU №2455078.

2. Карев Г.М., Байдуков В.А., Глаголев Н.И., Батуров В.И. Устройство для разделения суспензии в тонкой пленке. Патент SU №543428.

3. Верхотуров М.В. Устройство для разделения суспензии. Патент SU 1180079.

4. Соколов А.А., Жуков В.П., Фрейдин П.Г., Скитский О.И., Дубовец A.Н. Центрифуга для отделения от суспензии инородных включений в тонкослойном потоке. Патент SU 895517. Опуб. 07.01.82. Бл. №1.

5. Игнатов В.И., Тюрин В.Л., Лотц Ю.А., Перминова З.А. Центрифуга для разделения крови. Патент SU 1150038.

6. Соколов В.И., Атабаев А.Б. Гуль В.Е. Сверхцентрифуга для разделения высокодисперсных суспензий. Патент RU 2150332.

7. Славянский А.А., Филатов С.Л., Купреева В.И., Андреев B.Г. Урядникова С.М. Устройство для удаления осадка из ротора центрифуги. Патент RU 2078621.

8. Новаков В.П., Кузнецов И.Д., Асриев Э.И., Воронин Г.И. Коническая тарелка к сепаратору. Патент SU 538740. Опуб. 20.01.77.

9. Исакссон P. (SE), Торвид П. (SE). Центробежный сепаратор. Патент RU 2436637 (прототип).

Claims (8)

1. Устройство для разделения компонентов биологических жидкостей, включающее корпус с крышкой, патрубки ввода и вывода жидкости, отличающееся тем, что оно содержит делительную камеру, образованную двумя усеченными конусами, расположенными основаниями друг к другу симметрично относительно центральной оси устройства, по меньшей мере два вертикальных патрубка, закрепленных на держателе вне делительной камеры параллельно центральной оси устройства, нижние концы которых находятся внутри делительной камеры и соединены т-образными переходами с по меньшей мере двумя горизонтальными патрубками, расположенными перпендикулярно центральной оси устройства так, что не касаются стенок делительной камеры, наружные концы вертикальных патрубков соединены с магистралями для подачи биологической и отмывающей жидкости, снабженными запорными клапанами, на концах одних из горизонтальных патрубков под углом 90° расположены впускные инжекторы для подачи биологической жидкости в виде аэрозоля, а на концах других - под углом 90° и в противоположном направлении к инжекторам, расположены выпускные сопла для струйной подачи отмывающей жидкости, штуцер для вывода жидкости в дне делительной камеры через конический участок соединен с центральным штуцером, расположенным во внутреннем пространстве накопителя, не касаясь его стенок, накопитель установлен на неподвижном внешнем держателе и имеет в нижней части конический скос, переходящий в тройник с магистралями вывода жидкости, отделенной от осадка, и отмывающей жидкости с осадком, снабженными запорными клапанами, штуцер соединен с держателем внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, а также с приводом вращения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность штуцера и внутренняя поверхность держателя снабжены резьбой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод вращения выполнен в виде шестеренки, соединенной с приводом двигателя.

4. Устройство для разделения компонентов биологических жидкостей, включающее корпус с крышкой, патрубки ввода и вывода жидкости, отличающееся тем, что оно содержит делительную камеру, образованную двумя усеченными конусами, расположенными основаниями друг к другу симметрично относительно центральной оси устройства, по меньшей мере три вертикальных патрубка, закрепленных на держателе внутри корпуса над делительной камерой параллельно центральной оси устройства, верхние концы двух вертикальных патрубков расположены внутри корпуса над делительной камерой и соединены с магистралями для подачи биологической и отмывающей жидкости, снабженными запорными клапанами, а нижние концы двух вертикальных патрубков соединены т-образными переходами с по меньшей мере двумя горизонтальными патрубками, расположенными перпендикулярно центральной оси устройства так, что не касаются стенок делительной камеры, на концах одних из горизонтальных патрубков под углом 90° расположены впускные инжекторы для подачи биологической жидкости в виде аэрозоля, а на концах других - под углом 90° и в противоположном направлении к инжекторам, расположены выпускные сопла для струйной подачи отмывающей жидкости, наружный верхний конец одного из вертикальных патрубков, расположенного по центру устройства, соединен с магистралями для вывода жидкости, отделенной от осадка, и отмывающей жидкости с осадком, снабженными запорными клапанами, втулку в дне делительной камеры с коническим участком, входящую в муфту, установленную внутри подшипника, расположенного в основании корпуса, соединенную с приводом двигателя.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что наружная поверхность втулки и внутренняя поверхность муфты снабжены резьбой.

6. Установка для разделения компонентов биологических жидкостей, отличающаяся тем, что в магистрали для подачи жидкостей и в магистрали для вывода жидкостей встроены по меньшей мере два устройства по п. 1 или 4.

7. Способ работы устройств для разделения компонентов биологических жидкостей по пп. 1, 4, отличающийся тем, что биологическую жидкость для разделения подают внутрь устройства со скоростью 5

20 мл/м, вращение устройства осуществляют со скоростью 400 об/м, разделение ведут при температуре внутри устройства в интервале -1°

+36°С до заполнения устройства осадком в количестве 45

47 г, прекращают подачу биологической жидкости, затем подают жидкость для отмывки осадка в течение 50

70 с, цикл повторяют многократно.

8. Способ работы установки для разделения компонентов биологических жидкостей по п. 6, отличающийся тем, что одновременно работают два устройства по п. 1 или 4, при этом одно из двух устройств работает в режиме разделения, а другое - в режиме отмывания осадка, а затем режимы автоматически переключают.

Images