SU975090A1 - Устройство Л.И.Рабиновича дл сепарации из жидкости частиц с электрическим зар дом посто нного тока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к сепарационной технике, к устройствё1М дл  отделени  взвешенных в жидкости частиц, несущих электрический зар д посто нного знака, только отрицательный или только положительный, и может быть применено в медицине, ветеринарии и медицинской промы1членности дл  исследовани  и переработки крови, ле«чени  некоторых видов гематологических болезней, очистки жидкостей и культуральных сред в пищевой и микробиологической проммоленности, например дл  ускоренного изготовлени  Vсухих виноградных вин.

Известно устройство дл  сепарации из крови человека и животных форменных элементов (лейкоцитов, тромбоцитов , эритроцитов, нейтрофилов и т.д.) на мембранах которых содержитс  отрицательный поверхностный зар д разной величины, включающее электромагнит, между полюсами которого перемещгиот взваленные в жидкой плазме форменные элементы крови 1.

Недостатком дтого устройства  вл етс  большое гидродинамическое сопротивление перемещению э 1ёментов в жидкости при взаимодействии пол  магнита и собственного пол  элемента.

Известно также устройство дл  нагнитной обработки жидкостей, включающее распылительную форсунку и источник магнитного пол . Распыленную жидкость перемещают относительно полюсов магнита и тем саг-влм измен ют ее свойства, например увеличивают качество распыла форсунки 2.

Однако известное устройство не по10 BHiuaeT эффективности сепарации частиц .

i Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности процесса сепарации из жидкостей частиц с электрическим

15 зар дом посто нного знака и расширение области применени  данного устройства .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, включающее распыли 20 ;тельную форсунку и источник магнитного пол , снабжено верхней камерой, изогнутой в вертикальной плоскости по дуге в пределах от 135 до 210°, и соединенной с ней нижней камерой,

25 выполненной в виде вертикальной шахты , дополнительным источником магниТного пол , установленкнм на боковых сторонах шахты, форсунка установлена на входе в изогнутую камеру,

30 а нижней конец вертикальной шахты

снабжен емкост ми отвода сепарируемых частить

Кроме того, верхн   камера устройства выполнена с возрастающей в направлении от распылительной фор:сунки ;к вертикальной шахте высотой поперечного сечени  при неизменной площади поперечного сеченк .

В месте соединени  верхней и нижней камер могут быть установлены патрубки отвода сепарируемых частиц, а емкости отвода сепарируемых частиц выполнены в виде параллельно расположенных бункеров треугольного сечени , причем нижн   часть всех бункеров снабжена дополнительным узлом ввЪда буферной среды.

На фиг, 1 изображена обща  схема устройства; на фиг. 2 - схема сепаратора; на фиг. 3 - разрез А -Ана фиг 2; на фиг. 4 - узел I на фиг. 2 на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 7 - разрез Г-Г на .фиг. 2; на фиг. 8 - форсунка.

Устройство состоит из сепарато ра 1, узлов 2 и 3 ввода жидкости и буферной среды, источника 4 магнитного пол , емкостей 5 отрода сепарируемых частиц и форсунки б, выполненной в виде лотка 7 с отверсти ми 8 в его дне 9. При этом узел 2 ввода жидкости подведен к форсунке 6 над дном 9, а узел 3 - под дном. Корпус сепаратора 1 имеет верхнюю камеру 10 изогнутую в вертикальной плоскости по дуге в пределах -от 135 до 210°, и нижнюю камеру в виде вертикальной шахты 11 с полюсами источника 4 магнитного пол  на боковых сторонах шахты. Камера 10 и шахта 11 выбраны пр моугольного поперечного сечени  со сторонами размеров по мирине d и по высоте b, измен ющимис  по ходу потока от форсунки к вертикаль .ной шахте. Размеры «а уменьшаютс , размеры t возрастают. При этом площадь поперечного сечени  верхней камеры 10 остаетс  посто нной. На входе в верхнюю изогнутую камеру 10 установлена форсунка б, другой конец камеры 10 соединен с шахтой 11. Нижний конец шахты 11 снабжен емкост ми 5 отвода сепарируемых частиц. Отверсти  8 в дне 9 лотка форсунки Сфиг. 8) имеют диаметр, соизмеримый фо средним диаметром сепарируемых астиц. .

I

источника 4 магнит-ного пол  на боковых стороных махты 11, над и под камерой 10 по стороне размером , а расположены полюсы источни ка 12 магнитного пол . В месте соединени  камеры 10 и шахты 11 (разрез В-В на фиг. 2) могут быть расположены четыре или менычее число патрубков 13-16, соединенные при необходимости с отделителем 17 частиц типа фильтра, циклона или отстойника, далее с нагнетателем 18 через теплообменник 19 и увлажнители 20 газов с форсункой б и емкост ми 5. Все емкости 5 имеют форму бункеров треугольного сечени , они установлены параллельно в один р д в нижней части шахты 11, к нижней части всех емкостей 5 через дополнительные узлы 21

Езода буферной среды присоединен

трубопровод 22 от нагнетателей 18. Источником буферной газовой среды Может быть сжатый воздух или специально подобранный газ с заданными

5 свойствами от источника 23. Источник 24 жидкости с сепарируемыми частицами через теплообменник 19 и узел 2 ввода присоединен к форсунке б. От нижней части всех емкостей 5 отход т

0 трубы 25 дл  отвода оставшейс  жидкости через трубопровод 26, например , обратно в источник 24 или дл  отвода .отдельных фракций частиц по трубкам 27.

5 Все части устройства могут иметь требуемую термоизол цию 28, необходимую запорно-регулирующую арматуру 29. Теплообменники 19 фактически могут быть при необходимости устаQ новлены на узлах ввода жидкости и буферной среды дл  изменени  и доведени  температуры до требуемой величины . Форсунка б выполнена быстросъемн .ой, взаимозаме немой, она может

-быть одноразового применени  дл  обеспечени  стерильности. Источники 4 и 12 магнитного пол  выполнены с .1возможностью изменени  знака полюсов, так что направлени  силовых линий могут быть при необходимости изменены на обратные.

Устройство работает следую1цим образом .

От источника 24 (сосуд, доннор .

5 и т.д.) жидкость с частицами самотеком или принудительно нагнетателем 18, при необходимости через . теплообменник 19, ввод т в лоток 7 форсунки б. Одновременно от патрубков 13-16, всех или их части, а также от источника 23 подают нагнетател ми 18, при леобходимости через теплобменники 19 и увлажнитель 20, газообразную буферную среду. До ввода в сепаратор ее раздел ют на два

5 потока, один из которых ввод т в форсунку б через узел 3 ввода, второй поток ввод т по трубопроводу 22 .через .дополнительные узлы 21 в нижнюю часть вертикальной г-ихты 11 и .

0 в емкости 5 отвода сепарируег-шх частиц . Далее жидкость с частицами распыл ют продувкой ее буферной средой. Дл  этого в форсунке б через мельчайшие параллельные отверсти  8 га5 аевые потоки в виде тончайших строго параллельных струек проход т дно 9 лотка 7 и вход т в слой жидкости. Здесь давление газа резко падает, кажда  струйка газа увеличивает сво диаметр, поднимаетс  вверх по слою жидкости, резко турбулизиру сь, зайихр  сь . У поверхности происходит разрушение тонких перемычек по жидкости (а.не JO частицам, обладающим большей прочностью). Вверх поднимае ;с  факел с начальной шириной 10-30 м состо щий из ультратонких капель жидкости, частиц и их смесей. Подби ра  величины диаметра отверстий фор сунки, давление газа, высоту сло  жидкости в лотке 7 добиваютс  того, чтобы основна  масса капель аэрозоль ного факела имела диаметр, равный не болеедвум средним диаметрам се - арируемых частиц. Распыленна  до нужных кондиций жидкость с частицс1ми образует поток который перемещают далее по верхней камере 10, причем высота сечени  потока увеличиваетс , ширина соотве ственно уменьшаетс , площадь попере ного сечени  потока, а следовательн и скорость потока остаютс  посто нн ми. Поток изгибаетс  в вертикальной плоскости в камере 10 примерно на 180 в магнитном поле источника 12. При этом на частицы факела в потоке действует центробежна  сила, сила т жести, сила потока, а также, если частица факела имеет электрический зар д, то при пересечении силовых линий пол  возникает Лоренцев а сила направление которой зависит от направлени  силовых линий пол . Причем поскольку знаки полюсов можно измен ть , к частице можно приложить Лоренцеву силу требуемого направлени . Также поддаетс  регулировке в широких пределах центробежна  сила и сила потока путем изменени  скорости потока за счет изменени  соотнсмиени  потоков газа. Использу  Vкaзaнныe широкие возможности регулировани , добиваютс  того, чтобы в конце верхней 10 сепарируемые частицы иногда вместе с другими , несепарируемыми частицами, но близкими к первым по свойствам, оказались сдвинутыми либо к перефирийным зонам, либо к центргшьным, в то же врем  остальные частицы, существенно отличающиес  от сепарируемых , оказались в противоположных зонах. Таким образом, поток аэрозол  в верхней камере 10 как бы подвергаетс  предварительной грУбой сор тировке на две группы, причем сепарируемые частицы должны находитьс  только в одной из групп. Факел в шахте 11 перемещают свер ху вниз в потоке той же буферной газовой среды, но- направленной противоположно , т.е. снизу вверх и перпендикул рно силовыг лини м магнитного пол  источника 4. Полюса источника можно измен ть по знаку, так что на частицу, (фиг.2) в общем случае нар ду с силой, гравитации действует направленна  вверх дина ическа  сила потока, направленна  по желанию влево или вправо в зависимости от знака полюсов Лоренцева сила и сила инерции, направленна  сверху вниз. Высота сечени  шахты увеличиваетс  при уменьшении ширины сечени . Площадь поцеречногс сечени  может быть посто нной. Скорость восход щего потока выбирают из соотношени  С (1,2-3,5)хС , где С - скорость потока восход щей буферной среды , м/с; С - установивша с  скорость свободного ПЕщени  сепариpyei HX частиц в той же неподвижной буферной среде, м/с. Благодар  тому, что С С-, удаетс  быстро погасить кинетическую энергию сепарируемых частиц, приобретенную в верхней камере 10. Указанный интервал значений (1,2-3,5) достаточен дл  создани  различных эффектов и технологических приемов, диктуем1-ах поставленной задачей. Если, например, сепарируютс  частицы с высокой парусностью , то выбиршот С (1,2 -1,8)х X С, достаточную, чтобы обеспечить очень медленное, очень длительное опускание (парение) этих частиц в шахте, при котором особенно эффективно действуют на частицы Лоренцева силы. В других случа х, например, когда парусностьчастиц очень мала, выбирают С (2,6-3,5)xC;i. Этих скоростей достаточно лишь дл  торможени  частиц и осущес гвлени  м гкой посадки, исключаимдей их удар и повреждение в емкост х 5. Однако при этом все остальные частицы унос т-с  восход щим потоком. Возможны и другие схемы технологических процессов, например, когда при выбранной скорости С факел между камерой 10 и ыахтой 11 раздел етс , в основном, на три отдельных потока. Первый из них с частицами преобладающей высокой парусностью быстро гасит свою кинетическую энергию в восход щем потоке и затем выводитс  через патрубки 13-16 (или их часть) в отдепитель 17. Второй поток факела с частицами преоблсщающей малой парусностью перемещают по шахте 11 сверху пр мо вниз с небольвшм замедлением движени  в.восход щем потоке газовой среды . Однако врем  пребывани  этих

частиц в шахте невелико и магнитное поле не успевает их заметно отклонить Частицы попадают в средние емкости 5, расположенные в центральной зоне нижней части иахты. Потоки газовой среды в емкост х 5 еще более притормаживают части1и 1, предотвраща  их повреждение от удара (м гка  посадка ). Третий поток факела с частицами преобладающей средней величиной парусности как раз и соответствует ранее описанному потоку, ,цл  которого специально подбирались оптимальные скорости С восход щего потока, при котором имеет место медленное пар щее опускание частиц с длительным действием Лоренцевых сил. Третий поток расположен у боковых стенок вертикальной шахты.11 и, благодар  Лоренцевым силам, распредел етс , по емкост м 5, расположенным в крайних зонах шахты согласно величине присущего им электрического зар да. Эти частицы также осуществл ют м гкую посадку в емкост х 5 благодар  восход щим газов1Ф1 потокам. Если буферна  газообразна  среда, предварительно охлаждена в.теплообменнике 19 и увлажнена в увлажнителе 2Л), то благодар  очень мелким размерам частиц третьего потока факела (сепарируег их частиц), очень большой суммарной поверхности контакта с газом и большой длительности этого контакта по времени, происходит быстрое, интенсивное охлаждение частиц, которое может быть использовано, например, дл  их криоконсервировани , а увлажнение может предохранить частицы от их пересыхани  в газовой среде.

Сепарируемые частицы могут быть выведены из сепаратора или из своих емкостей 5 по тр$бкам 25 и 27, или из отделителей 17 в зависимости от примененной технологической схемы процесса. Остальные частицы могут быть возвращены по трубопроводу 26 в источник 24 или выведены из устройства . Термоизол ци  28 позвол ет поддерживать в сепараторе заданную температуру .

Указанные примеры  вл ютс  лишь небольшой частью различных Д1ругих возможных комбинаций и реж.имов. При этом возможна особо тонка  сепараци  частиц с весьма малыми отличи ми друг от друга. Это достигаетс  повто там или многократным последовательны осуществлением описанного спороба на разных режимах. Тот факт, что все частицы имеют посто нный знак зар да , преп тствует их слипанию в факеле ,,,

Таким образом, в предлагаемом устройстве процесс распылени  обеспечивает тонкодисперсный равномерный аэрозольный факел без повреждени 

J клеток. Дл  сепарг1ции заданного сорта частиц к ним можно по желанию приложить не одну, а целый комплекс разнородных сил, вли   на их величину и направление в широких пределах.

5 Все это позвол ет повысить эффективность и избирательную способность процесса сепарации и расширить област применени  устройства. Изменение темШературы газовой буферной среды поз-а

10 вол ет очень быстро охладить частицы например, дл  криоконсервировани  клеток. Противопоток в вертикальной щахте позвол ет избежать или см гчи ь удар частиц о емкости 5 и тем

5 самым избежать их повреждений. Использование в качестве промежуточной буферной среды газа, а не жидкости, облегчает отделение этой среды от час;тиц и их более широкое использование.

Использование нового физического фактора - парусности - в сочетании с г:ереводом жидкости в состо ние аэрозол  позвол ет эффективно сепарировать частицы, мало отличающиес  по величине электрического зар да, мало или совсем не отличающихс  по массе, но существенно отличающиес  по парусности. Парусность позвол ет

30 ускорить или замедлить скорость движени  частиц в магнитном поле и тем усилить или ослабить взаимодействие полей.

Claims (3)

1. Устройство дл  сепарации из жидкости частиц с электрическим задд р дом посто нного знака, включающее распылительную форсунку и источник магнитного пол , отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса сепарации и .расширени  области применени , оно снабжено верхней камерой, изогнутой ; в вертикальной плоскости по дуге в пределах от 135 до 210°, и соединенной с ,ней нижней камерой, выполненной в ви . :де вертикальной шахты, дополнительным источником магнитного пол , установленным на боковых сторонах шахты , форсунка установлена на входе в изогнутую камеру, а нижний конец вертикальной шахты снабжен емкост ми отвода сепарируемых частиц.

.2. Устройство по п. 1, о т л ичаю .щеес  тем, что верхн   камера выполнена с возрастающей в направб« Ленин от распьтительной форсунки к вертикальной шахте высотой поперечного сечени  п|эи неизменной площади поперечного сечени .

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а651 ю щ е е с   ем, что в месте соединени  верхней и нижней камер установлены патрубки отвода сепарируемых частиц, а емкости отвода сепарируемых частиц выполнены в виде параллельно расположённых бункеров треугольного сечени , причем нижн   часть всех бункеров снабжена дополнительным узлом ввода буферной среды.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Козинец Г. И. и др. Клеточный электрофорез - его теоретическое и практическое значение. - Проблемн

гематологии и переливани  крови , 1979, № 2, с. 40 45 .

2.Авторское свидетельство СССР 544616, кл. С 02 F 1/46, 04.12.74 (прототип).

.J

П

Фиъ.

-Б JL- Г Фиг. 8