SE438790B - Apparat och forfarande for alstring och fordelning av en flerfasdispersion i en suspensionsfas - Google Patents

Description

7900350-5 Ett annat förfarande, som beskrives i artikeln "How to Design Liquid Membrane Separations“ av E.L. Cussler och D.F. Evans, Separation and Purification Methods, 3 (2), 399-421 (1974) består i att en tvåfasdispersion av den inre och den yttre fasen bildas i ett kärl med användande av en apparat av typen blandare och att under hopblandning denna tvåfasdíspersion införs i. en annan blandningsapparat innehållande suspensionsmediet för bildande av globuler av dispersionen.

Detta förfarande har låg verkningsgrad, eftersom det kräver två blandarkärl och överförandet av fluider från ett kärl till ett annat. Om man arbetar med en tvåfasdispersion med mycket kort livstid, kan det vara svårt, om inte omöjligt, att överföra tvåfasdispersionen till suspensionsmediet innan dispersionen bryts upp. Det föreligger även ett problem i avseende på omrâdet av globulstorlekar som kan uppnås med detta förfarande. Storleken av den bildade globulen är en funktion av den genomgångsspänning för vilken den utsättes - ju högre genomgångsspänningen desto mindre globulen. Många allmänt använda genomgângsanordningar alstrar ett brett område av genomgångsspänningar. Följaktligen erhålles ett brett omrâde av globulstorlekar. On: man önskar framställa en procentuellt stor andel av små globuler är det mycket sannolikt, eftersom många genomgångsanordningar har detta breda omrâde av genomgångsspänningar att man vid inriktning på bildning av en stor procentandel små globuler utsätter globulerna för en genomgångsspänning som är stor nog att ge upphov till icke önskvärda bristningar.

Ett annat sätt att bilda vätskemembran med enkelt hölje beskrivas i en publikation med titeln "Fluorocarbon Liquid Membrans for Blood 0xygenation“, slutrapport avseende tiden 1971-06-30 till l973-02-28, av William J. Asher, Herbert W.

Wallace, Marc T. Zubrow, Peter Stein och Helen Brooks, bekostad av National Heart and Lung Institute, National Institute of Health, Bethesda, Maryland 20014. Detta förfarande arbetar med två koncentriska injektionsrör för 790035Û~5 bildande av vätskemembran med enkelt hölje. Det inre injektionsröret bildar innerbubblan bestående av innerfas samtidigt som det yttre röret bildar ytterfasen hos vatskemembranet med enkelt hölje.Dessa injektionsrör är så placerade i suspensionsfasen att globulerna suspenderas i suspensionsfasen samtidigt med att de bildas. Detta formuleringsförfarande är icke tilltalande eftersom apparaten erbjuder stora tillverkningstekniska svårigheter. Flödes- hastigheten genom dessa rör är ytterst begränsad, varigenom globuldiametrarna begränsas till omkring 1000 p eller större.

Föreliggande uppfinning syftar till att undanröja den tidigare teknikens svårigheter. Detta åstadkommas med en apparat och medelst ett sätt av det slag som anges i de bifogade patent- kraven. Eftersom endast mycket kort tid förflyter mellan tvåfasdispersionens bildande och globulformningen, kan man bilda vätskemembranglobuler av en dispersion som vid tidigare kända förfaranden för globulformning skulle vara för ostabil.

Apparaten kan dessutom forma vätskemembranglobuler av emulsioner eller vätskemembran med enkelt hölje beroende på den använda formuleringen. Området för globulstorlekarna är mycket mindre än det område som uppträder vid förfarandena enligt tidigare teknik utan att en motsvarande grad av brist- ningar erhålles. Apparaten enligt föreliggande uppfinning formar först dispersionen eller skummet genom att en första fluid passerar genom ett poröst skikt in i en andra fluid.

Denna dispersion eller detta skum förs därefter genom ett poröst flödesfördelningsskikt och genom ett perforerat, icke- poröst skikt. Denna passage av dispersionen från flödesfördelningsskiktet genom det perforerade skiktet och in i en suspensionsfas medför bildandet och i huvudsak jämn fördelning av globuler i suspensionsfasen.

Man känner till skumgeneratorer där en fluid exempelvis leds genom ett poröst skikt in i en icke därmed blandbar fluid för bildande av en dispersion.Fastän sådana apparater har varit 7900350-5 4 kända, har man icke känt till en enda apparat för både bildandet av dispersionen och av den jämna fördelningen av dispersionen i form av globuler med ett förutbestämt storleks- område i suspensionsfasen.

Såsom framhållits tidigare, avser föreliggande uppfinning ett sätt för alstring av en flerfasdispersion och dispersionens fördelning i form av i huvudsak sfäriska globuler i en suspensionsfas eller ett suspensionsmedium. Enligt föreliggande uppfinning dispergeras en första fluid i form av bubbelliknande mikrodroppar i en andra fluid. Den andra fluiden utgör således dispersionens yttre fas, medan den första fluiden är dispersionens inre fas. För bildande av dispersionen måste dessa två fluider vara i huvudsak icke blandbara med varandra. Denna dispersion leds därefter genom en utloppszon, som innefattar ett perforerat, i huvudsak icke- poröst skikt i huvudsak i beröring med ett poröst flödesför- delningsskikt. Dispersionen passerar genom det porösa flödes- fördelningsskiktet först och därefter genom det perforerade, icke-porösa skiktet in i suspensionsfasen, där dispersionen fördelas i form av globuler. För åstadkommande av detta resultat måste suspensionsfasen vara i huvudsak icke blandbar med den andra fluiden, dvs dispersionens yttre fas.

Den första fluiden kan vara en gas eller en vätska. Den andra fasen och suspensionsfasen är företrädesvis vätskor.

Suspensionsfasen kan emellertid vara en gas. I den kända tekniken för uppfinningen har det varit mycket svårt att bilda ett flerfas-vätskemembransystem med en gasformig kontinuerlig suspensionsfas, vilket givetvis skulle möjliggöra verknings- full behandling av gasen med vätskemembran. Tidigare kända förfaranden har icke varit tillfyllest. Apparaten enligt föreliggande uppfinning medger praktisk utformning av vâtske- membransystem med en gas såsom suspensionsfas, vilket således medger en effektiv behandling av gasfas med vätskemembran- 7900350-5 globuler. I denna utföringsform är den första fasen antingen vätska eller gas och den andra membranfasen en vätska.

Det är även möjligt att den första fluiden är en dispersion.

Den andra fluiden måste i detta fall vara oblandbar med ytterfasen hos den dispersion som utgör den första fluiden.

Följaktligen är det möjligt att bilda en dispersion med mer än tvâ faser för fördelning såsom globuler i en suspensionsfas.

En flerfasdispersion av här använt slag definieras såsom en första fluid, mikrodroppar i den andra fluiden, dvs den kontinuerliga fasen. som är distribuerad i form av bubbelliknande Bildandet av en tvåfasdispersion för globulfördelning föredras emellertid, exempelvis vid bildning av ett vätskemembransystem med tre faser.

Fackmannen är medveten om att dessa vätskemembranglobuler kan användas antingen för reglerad frigöring av material från globulens innerfas in i suspensionsfasen eller för avlägsnande och inneslutande av material från suspensionsfasen in i I båda fallen passerar ifrågava- Det globulernas invändiga fas. rande material genom emulsionens yttre eller membranfas. är icke meningen att uppställa en förteckning av speciella användningsmöjligheter för trefas-vätskemembransystem för begränsning av sättet till dessa speciella utföringsformer.

Fackmannen kan formulera andra användningsmöjligheter.

I korthet består föreliggande uppfinning i att bilda en flerfasdispersion genom att en fluid leds genom ett poröst skikt in i en annan fluid och att denna dispersion leds genom ett annat poröst skikt och därefter genom ett i huvudsak icke poröst perforerat skikt, så att dispersionsglobulerna bildas när dispersionen inträder i suspensionsfasen från det perforerade skiktet. Uppfinningens kritiska punkter, bland dem dispersionens genomgång genom det andra porösa skiktet och genom det i huvudsak icke-porösa perforerade skiktet beskrivs närmare nedan. ?90Û350~5 Som redan sagts, är genomgången av en fluid genom ett poröst material i och för dispergering i en annan fluid tidigare känd. Föreliggande uppfinning kan använda varje slags poröst material, så länge det porösa materialet icke kemiskt påverkar den använda fluiden eller dess porstruktur förändras i ogynnsam riktning genom den använda fluiden, och förutsatt att det porösa materialet släpper igenom fluidens samtliga önskade komponenter. Porstorlekarna hos detta skikt är givetvis beroende av praktiska krav men ligger normalt mellan omkring 100 u och 0,1 p, företrädesvis mellan omkring 50 p och 1 p och allra bäst mellan omkring 20 u och 2 u. I föreliggande sammanhang definieras porstorlek såsom storlek av den partikel av vilken 98% avlägsnas från en vattenlösning innehållande partiklarna vid genomgång genom det porösa skiktet, vilket är ett vanligt sätt att definiera porstorleken hos porösa material.

Eftersom det är nödvändigt vid uppfinningens utövande att leda fluider genom porösa material, är det nödvändigt att en positiv tryckskillnad upprätthålles för främjande av fluidernas flöde enligt ovan. Följaktligen är det önskvärt att apparaten enligt uppfinningen är i stånd att innehålla fluider under tryck utan att otillbörlig läckning uppträder. Varje känd teknik som leder till detta resultat kan användas så länge den är förenlig med övriga krav hos föreliggande sätt och apparat.

Föreliggande uppfinning kan arbeta med en enda behållare, som är uppdelad i skilda kamrar genom skikt av ovan beskrivna porösa material.Eftersom det vid vissa ställen är lämpligt att fluiderna flyter genom det porösa skiktet i och för inträde i följande zon, är det önskvärt att läckning utanför från den ena zonen in i den andra begränsas till minsta möjliga värde. Apparaten kan även innehålla en serie av separata behållare som utgör olika zoner, varvid en serie av 7900350-5 flödesförbindelseanordningar förbinder kamrarna i rätt ordningsföljd. Dessa föreslagna utföringsformer av apparaten är endast tänkta som exempel. Fackmannen kan använda varje ekvivalent metod vid utövandet av föreliggande uppfinning.

Såsom framhållits tidigare införs fluiderna och hålls under tryck för åstadkommande av dessas flöde i önskad riktning.

Anordningarna för införande av en fluid under tryck i en önskad zon kan innefatta varje slags inloppskoppling eller ekvivalent apparatur som medger införandet av en fluid under tryck i en kammare med ett minimum av läckning. Det är även möjligt att fluiden sätts under tryck med något i tekniken känt förfarande. Exempelvis kan såsom den första fluiden använd gas införas i den första zonen direkt från den trycktank i vilken gasen är lagrad.

Det bör också observeras att uppehållstiden för dispersionen i den andra zonen bör vara sådan att koalescens icke inträder i större omfattning i dispersionen. Detta kan åstadkommas genom ett antal metoder. Exempelvis kan flödeshastigheten ökas i och för förkortning av dispersionens uppehållstid i den andra zonen. Det är även möjligt att minska volymen i den andra zonen i förhållande till fluidumflödet för att förkorta dispersionens uppehållstid i denna zon. Uppehållstidens längd i den andra zonen är mest kritisk för de mera ostabila disper- sionsformuleringarna.

Såsom tidigare framhållits är det en viktig synpunkt i samband med uppfinningen att flerfasdispersionen passerar genom ett andra poröst material, flödesfördelningsskiktet, innan disper- sionerna passerar genom det i huvudsak icke-porösa, perforerade skiktet före inträdet i suspensionsfasen. Helt oväntat har det visat sig att detta porösa flödesfördelnings- skikt är kritiskt för den jämna fördelningen av dispersionen i form av globuler från det perforerade skiktet in i suspen- sionsfasen» Utan detta porösa flödesfördelningsskikt skulle .........,.,....,.-,«-~.-.....- -q-s 79Û0350~5 dispersionen avgå från perforeringarna med icke jämn hastighet och det kan till och med inträffa att dispersionen över huvudtaget icke avgår från perforeringarna alls. Detta flödesfördelningsskikt är också anledningen till att globulernas storleksbegränsningsområde är snävare än vad som annars skulle vara möjligt. På detta sätt kan upp till 90% av globulerna falla inom ett diameterförhållande av 2:1 mellan störst och minst. För erhållande av dessa resultat måste flödesfördelningsskiktet vara i direkt och övervägande berö- ring med det i huvudsak icke-porösa perforerade skíktet så att dispersionen icke fördelar sig själv utmed gränsytan mellan flödesfördelningsskiktet och det icke-porösa perforerade skik- tet. Med andra ord kan det icke vara någon flödesförbindelse mellan perforeringarna i det icke-porösa skíktet vid gränsytan mellan flödesfördelningsorganet och detiicke-porösa skíktet.

Frånvaron av en flödesförbindelse mellan perforeríngarna vid denna gränsyta medför en jämnare fördelning av flerfasdisper- sionen genom det perforerade skíktet och till följd därav erhålles ovan beskrivna snävare globulstorleksområden. Denna nära kontakt kan uppnås på många olika sätt. Det porösa flödesfördelningsorganet kan vara fastsatt vid det perforerade, icke-porösa skíktet och kan vara i förbindelse med skíktet på alla beröringsytor. Denna förbindelse är icke ett absolut krav och någon förbindelsefilm bör icke uppträda i något fall i områden där vätskan flyter genom det icke-porösa skiktets perforeringar, eftersom detta skulle inhibera flödet genom perforeringarna. Företrädesvis har det porösa flödes- fördelningsskiktet i huvudsak likformig tjocklek så att en jämn fördelning av flerfasdispersionen över det perforerade skíktet erhålles. Om det föreligger en skillnad i tjockleken hos flödesfördelningsorganet som är i förbindelse med perforeringarna i det icke-porösa skíktet kommer eljest flödet att fördelas in i suspensionsfasen på ett tillfredsställande sätt, men flödesfrekvensen hos globulerna från varje perforering kommer att vara beroende på tjockleken av den del av flödesfördelningsskiktet som den är i beröring med. 7900350~5 Eftersom flödeshastigheten genom varje perforering är omvänt proportionell mot tjockleken hos flödesfördelningsorganet i beröring därmed, blir dispersionsflödet från denna perfore- ring långsammare ju tjockare flödesfördelningsorganet är osv.

För erhållande av en jämn flödesfördelning från varje perforering bör således flödesfördelningsorganet ha i huvudsak likformig tjocklek.

För erhållande av dessa resultat måste flödesfördelningsskik- tet framkalla en viss tryckskillnad i förhållande till den tryckskillnad som uppstår vid bildandet av globulerna, då de avgår från perforeringarna i det icke-porösa skiktet. Detta krav kommer att avhandlas närmare i det följande. Flödesför- delningsskiktet är företrädesvis ett poröst material och kan väljas bland ett stort område av substanser beroende på de använda fluiderna och de valda processbetingelserna. På samma sätt som det första porösa skiktet måste vara kemiskt inert gentemot de fluider som det kommer i beröring med, måste flödesfördelningsskiktet ävenledes vara kemiskt inert gentemot de därmed i beröring befintliga fluiderna.

Det i huvudsak icke-porösa perforerade materialskiktet är i huvudsak ogenomträngligt för de i apparaten använda fluiderna, vilket betyder att under användningsbetingelserna i huvudsak hela dispersionen passerar genom perforeringarna och icke genom den icke perforerade zonen. När det i huvudsak icke- porösa materialskiktet innefattar ett skikt av material med en ytteryta och en inneryta, är innerytan den yta som utgör gränsytan gentemot flödesfördelningsskiktet. Ytterytan hos utloppszonen är den yta som är i beröring med suspensions- fasen. Då nämnda skikt av icke-poröst material är perforerat, kan varje perforering anses såsom en genomgång eller kanal, som separat är i förbindelse med flödesfördelningsskiktet och suspensionsfasen genom munstycksöppningar. Således flyter diapersionen genom flödesfördelningsskiktet in i dessa kanaler i det icke-porösa skiktet och inträder i suspensionsfasen i 790Û35Û-5 10 form av dispersionsglobuler genom nämnda munstycksöppningar.

Det icke-porösa skiktet bör ävenledes vara kemiskt inert gentemot de använda fluiderna. Företrädesvis bör det icke- porösa materialskiktet ha i huvudsak likformig tjocklek parallellt med flödesriktningen.

Såsom tidigare framhâllits utgör varje perforering i det icke- porösa skiktet en kanal eller genomgångsväg i flödesförbin- delse med flödesfördelningsskiktet och suspensionsfasen. Varje kanal har en mynningsöppning vid vardera ytan av det icke- porösa perforerade skiktet. Dessa kanaler beskrivas nu närmare.

Kanalerna i det icke-porösa skiktet definieras genom ett antal parametrar. Bland dessa kan nämnas kanalernas vinkel, dessas geometriska form samt den munstycksöppning som kanalen bildar både vid inner- och ytterytorna på det icke-porösa skiktet. Även om det är teoretiskt möjligt att kanalerna bildar en vinkel med gränsytan för flödesfördelningsorganet, bör denna vinkel företrädesvis vara i huvudsak rätvinklig gentemot gränsytan mot flödesfördelningsskiktet. Kanalernas geometriska form kan definieras genom tvärsektionerna vid kanalerna.

Kanalerna. kan ha varje tänkbar form eller gestalt.

Företrädesvis bör kanalerna emellertid ha regelbunden form.

Tvärsektionen hos kanalerna parallellt med flödet kan exempelvis vara rektangulär, trapetsformad, formad med konvexa kurvor i väggarna som förtränger kanalernas väggar i förhållande till munstycksöppningen osv. Den föredragna formen är den konvexa form vid vilken munstycket vid det icke-porösa skiktets inneryta är större än munstycksöppningen vid det icke-porösa skiktets ytteryta. Ett annat sätt att difiniera kanalerna baseras på en beskrivning av tvärsektions-arean vinkelrätt mot flödesriktningen. Teoretiskt kan även här tvärsektionerna ansluta sig till formen till varje tänkbar geometrisk form. De föredragna formerna är cirkulär, rektangulär, triangulär och elliptisk. De mest föredragna 7900350-5 11 formerna är cirkulär och elliptisk. Kanalernas väggar kan vara skrovliga eller släta men företrädesvis bör kanalväggarna vara så släta som möjligt för att erbjuda minsta möjliga motstånd och uppbrytande kraft gentemot dispersionsflödet.

Beroende på de praktiska behoven kan kanalerna ha i huvudsak lika volym och form, men praktikern kan modifiera dessa parametrar efter behov. Företrädesvis är porstorleken hos kanalerna större än den genomsnittliga porstorleken hos flödesfördelningsskiktet för utjämning av trycket utmed kanalen.

Såsom tidigare framhållits bildar kanalerna en munstycksöpp- ning på vardera ytan av det icke-porösa skiktet genom vilket det sträcker sig. Dessa munstycksöppningar kan bilda en skarp kant med dessa ytor eller en mjuk kant. Företrädesvis bildas en skarp kant vid denna skärningspunkt på det icke-porösa skiktets ytteryta.

Som redan omnämnts kan storleken och formen av dessa munstycksöppningar variera i stor utsträckning. Exempelvis kan munstycksöppningarnas form vara cirkulär, elliptisk, rektan- gulär, triangulär etc. Föredragna former är den elliptiska och den cirkulära. Munstycksarean i förhållande till det icke- porösa skiktets hela yttre ytarea, dvs den i beröring med suspensionen befintliga ytan, uppgår till mindre än 20% av denna area, företrädesvis mindre än 5% av hela ytarean och allra bäst mindre än 1%. Vid dessa beräkningar tar man hänsyn till utloppszonens hela yttre ytarea inklusive själva mun- stycksöppningarnas area varvid de enskilda munstycksöppning- arna antas vara i huvudsak belägna på lika inbördes avstånd. Även här kan praktikern välja de för hans behov mest lämpliga villkoren. Munstycköppningarnas diameter i utloppszonen kan ligga mellan omkring 3000 och 10 p, företrädesvis mellan omkring 500 och 50 u och allra lämpligast mellan omkring 400 och 100 p. Det bör även observeras att porerna i flödesfördel- 7900350-5 12 ningsskiktet bör vara mindre än munstycksöppningarna vid det icke-porösa skiktets yta.

Under driften bildar den icke perforerade ytterytan på det perforerade, icke-porösa skiktet en gränsyta mot suspensions- fasen, vilket innebär att den icke perforerade ytan på det perforerade, icke-porösa skiktet fuktas av auspensionsfasen.

En zon där suspensionsfasen fuktar en del av det icke perforerade området, bör förekomma mellan de flesta av perforeringarna.

Det har även visat sig att företrädesvis ytan hos det icke- porösa skiktet i beröring med suspensionsfasen är tillverkat av material som företrädesvis fuktas genom suspensionsfasen.

Som fackmannen vet, bildas en beröringsvinkel av mindre än 90° genom en vätska som företrädesvis fuktar en yta. Om denna yta icke företrädesvis fuktas genom suspensionsfasen, kan den behandlas för att erhålla denna egenskap. Man kan exempelvis behandla ytan med ett protein, exempelvis fibrinogen, vilket kommer att förbättra ytans förmåga att fuktas av en vatten- haltig suspensionsfas. Behandlingen utföres företrädesvis genom att det perforerade, icke-porösa skiktet ensamt nedsänkes i en fibrinogenlösning (0,01 - 0,1 mg/ml fysiologisk saltlösning), varefter fibrinogenens koncentration utspädes med en faktor av omkring 100, innan skiktet avlägsnas från lösningsgränsytan. Genom detta förfarande förhindras uppkomsten av en proteinfilm som överbryggar munstycksöppning- arna vid perforeringarna och som skulle i huvudsak spärra flödet genom perforeringarna. Följande material kan användas när suspensionsfasen icke är vattenhaltig: Polyperfluoreten “teflonfi silikonoljor, kolvätevax och kolväteoljor. De material som med företräde fuktas genom vattenhaltiga lösningar innefattar följande lämpliga polymerer med polära bindningar (nylon). Två material som med företräde fuktas genom icke-vattenhaltiga lösningar är följande: Polyeten och teflon är användbara med lämplig förbehandling. Även här är 7900350-5 13 det icke meningen att dessa listor skall vara uttömmande utan de är endast avsedda som exempel.

Det bör observeras att i en annan utföringsform ett antal steg kan elimineras från föreliggande uppfinning. Detta har samband med att stabila tvåfasdispersioner är tillgängliga i handeln.

Det är följaktligen icke nödvändigt att dispergera den första fluiden i den andra fluiden genom att den leds genom det porösa fluiddispergeringsskiktet. Således skulle införandet av dispersionen direkt i en zon för genomgång genom flödesdisper- geringsskiktet och genom det perforerade icke-porösa skiktet medföra bildandet av globuler i suspensionsfasen.

För erhållande av fördelarna med föreliggande uppfinning i största möjliga utsträckning är det nödvändigt för praktikern att på lämpligt sätt samordna ett antal variabla parametrar med inbördes samband i föreliggande uppfinning. Då dessa parametrar har inbördes samband kan praktikern välja varje godtyckligt antal sammanställningar vid utval av området för dessa variabla parametrar. Nedan framlägges ett föreslaget schema, men fackmannen kan istället använda likvärdiga scheman.

Inledningsvis väljer praktikern följande: Den kemiska samman- sättningen hos suspensionsfasen, den kemiska sammansättningen hos emulsionen, utvecklingsbetingelserna (dvs temperaturen, trycket), den allmänna flödeshastigheten, dvs flödeshastighe- ten från apparaten in i suspensionsfasen, och storleken hos munstycksöppningarna på det icke-porösa skiktets ytteryta.

Sedan dessa parametrar fastställts, är det möjligt att bestämma.kraven i avseende på det porösa flödesfördelnings- skiktet. Den parameter som utnyttjas vid val av flödesförde- larskiktet är skiktets tryckskillnad. För en given fluid under specifika betingelser utgör tryckskillnaden en adekvat definition av ett poröst materialskikt. Tryckskillnaden .AP 7900350=5 14 mäter tryckfallet för en given fluid genom det porösa materia- let. Detta kan uppmätas med användande av en differential- tryckmätare, dvs en tryckmätare som har tryckförmedlingspunk- ter på skiktets båda sidor och som således kan mäta tryckfal- let i en fluidum under tryck som flyter genom ett givet poröst s material. Såsom tidigare påpekats kommer tryckskillnaden att vara olika beroende på genomgångsbetingelserna, dvs fluiden. det porösa materialets strukturegenskaper, det speciella porösa materialets tjocklek osv.

Det har fastslagits att för erhållande av tillfredsställande resultat med föreliggande uppfinning arbetsområdet för tryck- skillnaden för flödesfördelningsskiktet (FDL), APFDL: bör ha följande relation till den statiska tryckskillnaden som hör ihop med en munstycksöppning av genomsnittlig storlek och form bland öppningarna i den utâtvända ytan hos det perforerade icke-porösa skiktetflll? . Detta differentialtryck upp- utlopp mätes eller beräknas för statiska snarare än för flödesbeting- elser. Experimentellt kan ett prov av materialet monteras med ytterytan i beröring med suspensionsfasen och med den andra fluiden ytterst långsamt passerande genom perforeringarna från skiktets andra sida. När den andra 'fluiden tränger sig igenom munstycköppningen i sådan utsträckning att gränsytan mellan den andra fluiden och suspensionsfluiden ligger i huvudsak vinkelrätt mot den icke perforerade ytan på det perforerade skiktet, stoppas flödet och skillnaden i tryck mellan de båda faserna uppmätes. Detta är APutlopp. Vanligtvis är det lämpli- gast att beräkna detta statiska differentialtryck. Ekvationen är A Putlopp fluiden och suspensionsfluiden, C är omkretsen av en typisk munstycksöppning i utloppsytan och A är arean av en typisk munstyck söppning i utloppsytan.

= *Kg där X är gränsytspänningen mellan den andra Sedan parametrarna, såsom emulsionens sammansättning, tryck etc, fastlagts enligt ovan, kan flödesfördelningsskiktet väljas så att det tillgodoser ovan angivna krav för de valda e 7900350-5 15 betingelserna. Man kan välja ett flertal porösa material med hänsyn till porstorlek, tjocklek etc. Praktikern kan välja ett bestämt skikt som passar hans behov, dvs som har en viss por- struktur, viss tjocklek etc, men alla dessa parametrar måste i varje fall väljas så att tryckskillnaden för flödesfördel- ningsskiktet tillgodoser förhållandet med tryckskillnaden hos de yttre munstycksöppningarna i det icke-porösa skiktet enligt ovanstående uppgifter.

Sedan flödesfördelningsskiktet valts, kan det porösa fluid- dispergeringsskiktet väljas med hänsyn till följande kriteria.

Företrädesvis bör den genomsnittliga porstorleken hos fluiddispergeringsskiktet icke vara större än den genomsnitt- liga porstorleken hos flödesfördelarskiktet. Helst är dessa genomsnittliga porstorleksvärden ungefärligen desamma. Det är emellertid möjligt att de genomsnittliga porstorlekarna hos fluiddispergeringsskiktet är större än den genomsnittliga porstorleken hos flödesfördelarskiktet , även så mycket som två gånger eller fyra gånger större, fastän detta icke är den föredragna utföringsformen.

Flödeshastigheten för den första fluiden in i den första zonen och den andra fluiden in i den andra zonen inställes med hänsyn till den önskade dispersionens egenskaper. Om man önskar att dispersionens volymförhållande uppgår till 2:1 mellan den första och den andra fluiden, inställes flödeshastigheterna för den första fluiden vid inträde i den första zonen till två gånger den för den andra fluiden vid inträde i den andra zonen. Liknande inställningar göres för kompositioner med ett annat förhållande mellan bestånds- delarna.

Slutligen bör observeras att även om apparaten och sättet är utvecklade för bildande av flerfasdispersionsglobuler, bland- bara fluider även kan användas i samband med föreliggande upp- finning i och för blandning och fördelning av den därvid 7900350-5 16 erhållna kombinerade fluiden i en tredje fluidv Detta är emellertid icke någon föredragen utföringsform.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka figur 1 visar en utföringsform av föreliggande uppfinning, närmare bestämt i planvy ovanifrån i den övre figuren och i tvärsektionsvy i den undre figuren och figur 2 visar schematiskt en utföringsform av apparaten enligt uppfinningen.

Fig. l visar en särskild utföringsform av uppfinningsföremå- let. Övre delen i fig. 1 är en planvy av denna utföringsform medan den nedre delen visar utföringsformen i tvärsektion från sidan. Denna apparat arbetar på följande sätt. Den första fluiden införes genom inloppsöppningen 9. I den första zonen 10 som bildas genom huset l2 och det porösa fluiddisperge- ringsskiktet l, medan den andra fluiden införes i den andra zonen ll genom inloppsöppningen 6 och den cirkulära flödesför- bindelsen 7 samt inloppsöppningarna 8. Då den första fluiden passerar genom det porösa fluiddispergeringsskiktet l in i den andra zonen, dispergeras den i den andra fluiden i den andra zonen. Denna dispergerade fluid leds därefter genom det porösa flödesfördelningsskiktet 2 och genom det i huvudsak icke- porösa perforerade skiktet 3 (perforeringarna ej visadeL så att díspersionen fördelas i form av små kulor eller globuler i suspensionsfasen, då det icke-porösa perforerade skiktet bildar en gränsyta gentemot en suspensionsfas. Fluiddisper- sionsskiktet är tätt fastsatt vid huset vid stället 4.

Fluidfördelningsorganet och det icke-porösa, perforerade skiktet är fastsatt vid huset vid stället 5.

Fig. 2 är ett schematiskt flödesschema avseende en utförings- form av vätskemembrangeneratorn. Den första fluiden leds från l genom det porösa fluiddispersionsskiktet 8 in i den andra zonen 2 för bildande av bubbelaktiga mikrodroppar 3 av den första fluiden i den andra fluiden 9. Denna flerfasdispersion 79ÜU5bU-b 17 leds därefter genom ett poröst flödesfördelningsorgan4foch genom kanalerna 10 genom ett icke-poröst skikt 5, varigenom globuler 7 av flerfasdispersionen bildas i suspensionsfasen 6.

Figurerna visar en särskild utföringsform av föreliggande upp- finning. De är avsedda att åskådliggöra men icke att begränsa uppfinningen. âšempel Ett experiment utfördes med vätskemembrangeneratorn, där fluiddispersionsskiktet bestod av poröst rostfritt stål, sort H, som marknadsföres av Pall Trinity Micro Corporation, Cortland, N.Y.. Denna sort H kännetecknas av tillverkaren såsom uppvisande en porstorlek av 2 u, i enlighet med ovan angivna kriterium innebärande en borttagning av 98% . Denna sort H tillskrivs dessutom av tillverkaren den egenskapen att fullständigt avlägsna l2 p partiklar vid filtrering av vätskor och filtrering av gaser, borttagningsporstorlekar av 0,4 u och 1,0 u för avlägsnande av 98% resp. fullständigt avlägsnande.

Materialet tillskrivs även en genomsnittlig porstorlek av 5 n.

Detta material av sort H användes i en tjocklek av 0,79 mm och hade en cirkelyta av l cm diameter utsatt för flödet.

Flödesfördelningsskiktet. som var beläget omkring 1,59 mm ovanför det första skiktet bestod av poröst rostfritt stål sort G från samma tillverkare. Denna sort kännetecknas genom 98% avlägsnande av 3 u partiklar vid filtrering av vätskor.

Den utmärker sig enligt tillverkaren även genom absolut avlägsnande av 15 n partiklar från vätskor. vid filtrering av gaser angavs partikelstorlekarna för 98% resp. absolut avlägsnande med 0,7 u resp. 1,8 p. Enligt uppgift har materialet en genomsnittlig porstorlek av 10;L Ett skikt av detta G-material med en tjocklek av 1,59 mm användes. Det var hopsatt med ett icke-poröst perforerat skikt utan övertäck- ning av perforeringarna med hjälp av Eastman 910 cyanakryllim utspätt med trikloreten (Eastman Chemicals, Kingsport, TennJ.Det icke-porösa, perforerade skiktet bestod av 7900356- 5 1? elektroformerad nickel, sort 15 T, som saluförs av Veco Stork International, Charlotte, North Carolina. Materialet hade porer i ytan i beröring med suspensionsfasen med en diameter av 330 p på ett avstånd av 1670 u, varvid genomgångsarean uppgick till 3,5% av den totala arean. Porerna på ytan intill ílödesfördelningsskiktet var större. Ytan på detta perforerade skikt i beröring med suspensionsfasen hade förbehandlats med en fibrinogenlösning enligt ovanstående beskrivning.

Dessa två skikt hade en cirkulär area med en diameter av l cm friliggande för drift på samma sätt som fluiddespersions- skiktet. Den enligt detta exempel använda fasta fluiden var gasformigt syre som strömmade genom apparaten med en flödes- hastighet av 203 ml/min vid rumstemperatur och tillräckligt tryck. Den andra fluiden var ett kolfluor som infördes i den andra zonen med en hastighet av 0,7 ml/min (C4F9)3N, perfluor- tributylamin, Nötblodplasma utgjorde suspensionsfasen i en pelare ovanför vätskemembrangeneratorn.I ett vätskemembran inkapslade syrebubblor av omkring 1000 p diameter med en membrantjocklek av omkring 0,6 p tillverkades som steg upp i pelaren innehållande plasmat som hölls vid rumstemperatur och omgivningstryck. De inkapslade bubblorna förflyttades därefter genom plasmatillflöde till en separat behållare för kollabe- ring.

Claims (3)

1. 79003 50-5 19 PATENTKRAV l. Apparat för alstring av en tvåfasemulsion och för dispergering av tvåfasemulsionen i form av små kulor eller globuler i en suspensionsfas, k ä n n e t e c k n a d av organ (9) för införande av en första fluid under tryck i en första zon (10), vilken innefattar ett poröst fluiddispergerings- skikt (1) som har en porstorlek i ett område som sträcker sig mellan cirka 100 u och 0,1 u, för mottagande av den första fluiden och för dispergering av den första fluiden i en andra zon (ll) genom det porösa fluiddispergeringsskiktet (1), organ (6,7,8) för införande av en andra fluid under tryck i den andra zonen (11) vilken andra zon mottar den andra fluiden och den från den första zonen erhållna dispergerade första fluiden med vilken den andra fluiden är oblandbar, varvid den första fluiden dispergeras i den andra fluiden såsom bubbelliknande mikrodroppar i den andra fluiden genom passage av den första fluiden genom fluiddispergeringsskiktet varigenom en tvåfas- dispersion bildas, en utloppszon som innefattar ett perforerat, i huvudsak icke-poröst skikt (3) med en yttre och en inre yta, varvid varje perforering bildar en genomgångsväg genom det icke-porösa skiktet (3) mellan dess yttre och inre ytor samt bildar munstyoksöppningar vid de inre och yttre ytorna av det icke-porösa skiktet (3), vilka munstycksöpp- ningar har en diameter i ett område som sträcker sig mellan cirka 3000 u och 10 u, vilken utloppszon innefattar ett poröst flödesfördelningsskikt (2), som är i huvudsak i beröring med det icke-porösa skiktets (3) inre yta varvid flödesför- delningsskiktets porer är mindre än diametern av öppningarna vid ytan av det icke~porösa skiktet (3), vilken andra zon (11) är i flödesförbindelse med utloppszonen genom det perforerade i huvudsak icke-porösa skiktet (3), varigenom den i den andra zonen bildade tvåfasdispersionen går in i utloppszonen genom det porösa flödesfördelningsskiktet (2) och lämnat 7900350-5 20 utloppszonen i form av globuler inom ett förutbestämt storleksomrâde genom det perforerade, icke-porösa skiktet (3L varvid ytterytan hos det icke-porösa skiktet bildar en gränsyta gentemot suspensionsfasen, som är oblandbar med den andra fluiden, varvid tryckfallet, vid apparatens begagnande hos flödesfördelningsskiktet är större än eller lika med 0.25 gånger det statiska tryckfallet hos en munstycksöppning med genomsnittlig storlek och form vid den yttre ytan av det icke- porösa skiktet.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den yttre ytan (3) i utloppszonen består av ett material som är benäget att fuktas av suspensionsfasen.

3. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de på det icke-porösa skiktets (3) yttre yta bildade munstycke- öppningarna är i huvudsak cirkulära och har en diameter av mellan cirka 500 p och 50 p, varvid den totala arean av alla dessa munstycksöppningar är mindre än 20% av det icke-porösa skiktets (3) totala yttre ytarea. i 4. Apparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att varje perforering i det icke-porösa skiktet (3) bildar en genom- gångsväg från detta skikts yttre yta till skiktets inre yta, och att varje genomgângsvägs tvärsektion är konvex sedd från enom ån svä ens inre. 9 Q 5. Apparat enligt något av de föregående kraven k ä n n e - t e c k n a d av att porstorleken hos flödesfördelnings- skiktet (2) ligger i ett område som sträcker sig mellan cirka 10 u till 0,5 u och att den genomsnittliga porstorleken i fluiddispergeringsskiktet (1) ligger i ett omrâde mellan cirka 2 u och 0,5 n. 6. Förfarande för alstring av en tvåfasemulsion och för dis- pergering av en flerfasdispersion i form av globuler i en 7900350-5 21 suspensionsfas, k ä n n e t e c k n a t av att en första fluid leds genom ett poröst fluiddispergeringsskikt (1) som som sträcker sig mellan vilken är i så att en har en porstorlek i ett område, cirka 100 n och 0,1 p, in i en andra fluid, huvudsak icke blandbar med den första fluíden, tvåfasdispersion bildas, vilken innehåller mikrodroppar av den första fluiden dispergerad i den andra fluiden, att tvåfasdispersionen leds genom en utloppszon, som innefattar ett perforerat, i huvudsak icke-poröst skikt (3) med en yttre och en inre yta, varvid var och en av perforeringarna bildar en munstyckeöppning vid det icke-porösa skiktets yttre och inre ytor, vilka munstyckeöppningar har en diameter i ett område, som sträcker sig mellan cirka 3000 p och 10 p, att den inre ytan är i huvudsak i kontakt med ett poröst flödesför- delningsskikt (2), vars porer är mindre än diametern för munstyckeöppningarna i det icke-porösa skiktets yta, att den yttre ytan av det icke-porösa skiktet bildar ett gränsskikt med suspensionsfasen, att suspensionsfasen är i huvudsak icke blandbar med den andra fluiáen, varvid tryckfallet hos flödesfördelningsskiktet är större än eller lika med 0,25 gånger det statiska tryckfallet hos en munstycksöppning med genomsnittlig storlek och form på det icke-porösa skiktets yttre yta, varigenom tvåfasdispersionen passerar genom det porösa flödesfördelningsskiktet, därefter genom det perforerade, icke-porösa skiktet och in i suspensionsfasen i form av globuler. 7ß%nüÉÉq%filigt krav 6, k ä n n e t e c k n a t tryckšallet uppgår till 0,25-100 gånger, företrädesvis 1,0-10 gånger det statiska tryckfallet hos en munstycksöppning av typisk form och storlek som är utbildad på det icke-porösa av att skiktets yttre yta. 8. Förfarande enligt krav 6 eller 7, av att utloppszonens ytteryta är benägen att fuktas av k ä n n e t e c k n a t suspensionsfasen. 9. Förfarande enligt något av kraven 6 - 8, t e c k n a t av att suspensionsfasen är en vätska, k ä n n e- 79003 50-5 22 företrädesvis blod. 10. Förfarande enligt något av kraven 6 - 9, k ä n n e- t e c k n a t av att den första fluiden är en gas, företrädesvis syre, och att den andra fluiden är en vätska, företrädesvis en kolfluor-förening.