WO2023186376A1 - Separator - Google Patents

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Publication number
WO2023186376A1
WO2023186376A1 PCT/EP2023/052598 EP2023052598W WO2023186376A1 WO 2023186376 A1 WO2023186376 A1 WO 2023186376A1 EP 2023052598 W EP2023052598 W EP 2023052598W WO 2023186376 A1 WO2023186376 A1 WO 2023186376A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
separator
drum
insert
receptacles
rotor
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/052598
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas SCHULUZ
Kai HELMRICH
Kathrin Quiter
Steffen LAACKMANN
Original Assignee
Gea Westfalia Separator Group Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gea Westfalia Separator Group Gmbh filed Critical Gea Westfalia Separator Group Gmbh
Publication of WO2023186376A1 publication Critical patent/WO2023186376A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls
    • B04B1/08—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls of conical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls

Definitions

  • the invention relates to a separator with a separator insert.
  • Separators in the sense of this document are used to separate a flowable suspension as a starting product in the centrifugal field into phases of different densities. Steam sterilization of the separators used is necessary for a wide variety of applications.
  • a relatively “small” steam-sterilizable separator with a plate pack introduced onto the market by the applicant is the “CSC 6” separator with 6000 m 2 equivalent clarification area.
  • CSC 6 separator with 6000 m 2 equivalent clarification area.
  • This machine is still relatively large.
  • the well-known separators with plate packs that are available on the market are driven by a spindle, which in turn is driven by a motor directly or via a gearbox.
  • the well-known machines are made of stainless steel.
  • a separator for separating a flowable product into different phases which has a rotatable drum with a lower drum part and an upper drum part and a means arranged in the drum for processing a suspension in the centrifugal field of solids or for separating a heavy solid-like phase from a lighter phase in the centrifugal field, one, several or all of the following elements being made of plastic or a plastic composite material: the lower drum part, the upper drum part, the clarifying means.
  • bearing devices are designed as magnetic bearings and one of the magnetic bearing devices is preferably also used as a drive device for rotating the drum, which is kept in suspension during operation. This eliminates the need for mechanical components for rotating and storing the drum, which favors the design as a separator with a separator insert for one-time use, since replacing this separator insert is very easy to handle.
  • the present invention also uses these advantages.
  • the object of the invention is to optimize the replacement of a separator insert of a separator in favor of its subsequent disposal as uncomplicated as possible.
  • the separator insert can be used or designed in particular as a disposable element, so that the separation process can be better controlled.
  • the invention solves this problem by a separator with the features of claim 1.
  • the design of the separator is intended to reduce cross-contamination when processing products
  • a separator insert is used as a pre-assembled, replaceable unit within a separator.
  • the replaceable separator insert should be disposed of in a simple and uncomplicated manner. In particular, separate disposal of the separator insert and any residual liquid contained therein should be made possible.
  • the separator insert can be provided for insertion into stator units on a frame of the separator.
  • the separator insert can include both a rotatably mounted drum and a housing that is stationary during separation operation as a pre-assembled, replaceable unit.
  • the separator insert can be designed as a rotor with a rotatably mounted drum, preferably with an integrated separating means, in particular a separating plate package, for use in a housing of a separator.
  • the inlet and outlet system i.e. the entirety of all inlet and outlet lines, can preferably and advantageously be at least partially or completely part of the separator insert, so that an inlet and outlet that is hermetically sealed from the housing of the separator is guaranteed.
  • the housing remains part of the separator when the separator insert is changed.
  • the disadvantage compared to the first variant is the more complicated seal between rotating and non-rotating parts.
  • the separator insert has at least the following: i. a rotor that can be rotated about an axis of rotation and has a drum and a drum wall. In a preferred embodiment, this can be designed with closed walls in a central area of the drum,
  • the middle area is preferably the area between 20-80% of the axial extent of the drum.
  • the separator having at least one linear drive for linear method has at least one of the two receptacles opposite the separator insert (II, III).
  • Decoupling from the magnetic bearing device when replacing the separator insert may require additional effort. If the separator insert has a corresponding weight, the linear drive supports the decoupling and thus the replacement of the insert.
  • the separator can have other components, including: iii. preferably a release agent arranged in the drum,
  • a stack of separating plates can be used as a separating agent. iv. at least one product inlet line and two product outlet lines out of the separator insert;
  • a separate drainage drain line can advantageously be provided to further reduce cross-contamination. In the context of the present invention, this is preferably not to be assigned to the derivation system. v. wherein the product-contacting areas of the separator insert are partially or completely made of plastic;
  • the use of plastic for the separator insert is optimal in order to subsequently dispose of the separator insert or at least the areas in contact with the product. This is advantageous for the processing of many pharmaceutical products, radiotracer analysis or biotechnology, for example when extracting phytotoxic active ingredients, in which contamination should be kept as low as possible even when changing the separator insert.
  • a replacement procedure may include at least the following steps. a) Providing the separator with a first separator insert (II) mounted on the frame (I) or in the housing
  • this first separator insert is replaced with a second non-contaminated and otherwise preferably identical separator insert.
  • the separator inserts and preferably the separating agents of the separator inserts may vary depending on the separation task. b) introducing a starting product to be separated into the separator; c) removing a first and second product stream separated from the product mixture through the two separate product discharge lines from the separator during a separation operation of the separator;
  • the separation operation is also referred to below as “operation”.
  • the products are separated according to their density in the centrifugal field of the separator. d) stopping the separation operation and draining any residual liquid remaining in the drum;
  • any residual liquid remaining in the drum is drained off, preferably as an emptying operation caused by gravity.
  • the drum can still move to a small extent when the separation operation is stopped, although gravity predominates and dictates the direction of emptying.
  • a separate drainage drain line is used, it is preferably located along a bottom surface of the separator insert in order to ensure that the insert is emptied as completely as possible.
  • step d) takes place with a separator insert in which the housing and rotor are combined in a pre-assembled unit
  • the drainage can be arranged in such a way that both the drum and the housing are emptied of residual liquid via the drainage drain line. More than one drainage drain line can also be provided for this purpose.
  • e) Replacing the emptied contaminated separator insert from the frame or housing of the separator with an unused separator insert.
  • the emptied contaminated separator insert can then be disposed of without the remaining liquid having to be drained off.
  • particularly problematic products e.g. hazardous substances of different hazard classes
  • the starting product for example a suspension
  • a separator with a frame and a separator insert which is interchangeably arranged on the frame
  • the separator insert being used to separate a flowable suspension in a centrifugal field into at least two flowable phases of different densities
  • the separator insert is designed and forms a pre-assembled, replaceable unit for insertion into stator units on the frame of the separator and has at least the following: an im Operation stationary housing, which is designed in the manner of a container which is designed to be closed except for a plurality of openings, a rotor arranged within the housing and rotatable about an axis of rotation with a drum which has one or more openings, preferably one in the drum arranged separating means, at least two rotor units for magnetic bearing devices at two axially spaced locations of the rotor with the drum, with which the rotor with the drum can be kept in suspension, rotatably stored and set in rotation during operation within the housing, furthermore
  • separator that has a disposable module with disposable components “drum” and “housing”, whereas at least the frame and parts of the storage and drive device can be reusable.
  • the corresponding positive locking means can be brought into and out of engagement in order to change the separator insert.
  • the invention enables the production of a separator in which a disposable separator insert can be used, which is preferably designed in such a way that all components that come into contact with the product are made of plastic or other non-magnetic materials that can be disposed of after a single use. This eliminates the need for cleaning after use. The machine and its operation can thus become significantly cheaper. Magnets may be recyclable.
  • the separator insert can be fastened to the frame in a form-fitting and non-rotatable manner.
  • the receptacles and the housing can have corresponding pins and recesses as corresponding positive locking means in order to hold the housing on the receptacles in a rotationally fixed manner. It is particularly easy if receptacles and pins each extend axially.
  • the position of the receptacles, in particular on the console is adjustable in order to be able to change the separator insert.
  • the relative distance between the receptacles can be adjustable, but one or both receptacles can also be designed to be foldable, pivotable, rotatable or displaceable in order to be able to place the separator insert between the receptacles.
  • the relative vertical position can be changed by adjusting the vertical relative distance of the receptacles with the stator units of the storage devices in such a way that the separator insert can be replaced, so that the corresponding positive locking means can be brought into and out of engagement by the adjustment.
  • only one of the two receptacles can be arranged adjustable, in particular height-adjustable, on the frame, in particular on the console, and the other receptacle can be arranged in a stationary manner on the frame, in particular on the console.
  • both receptacles it is possible for both receptacles to be adjustable, in particular height-adjustable, on the frame, in particular on the console.
  • the separator insert can have an additional drainage drain line for draining the residual liquid remaining in the drum in step d). This is in particular provided in addition to the inlet and outlet system of the separator insert. This makes additional diversions and control devices unnecessary, unlike emptying via a bottom inlet.
  • Draining the residual liquid remaining in the drum in step d) may include collecting the residual liquid outside the separator insert in a collection container, preferably a drainage bag.
  • a collection container preferably a drainage bag.
  • the contents of the collecting container can be determined by measuring the weight of the empty container and the filled container, so that a very precise weight determination of the proportion of residual liquid can be made.
  • an exact determination of the remaining amount may be necessary due to various national regulations.
  • the residual liquid remaining in the drum can also be emptied by draining it in step d) via a product feed line.
  • the product feed line is part of the replaceable separator insert, it can be replaced automatically. If a part of the product feed line or a part of the feed system with surfaces in contact with the product is part of the housing, this part can preferably be designed to be replaceable so that it can be disposed of together with the separator insert. However, this may require additional dismantling steps.
  • the product inlet line or a downstream line element connected thereto can have a switching valve between a residual liquid collecting container and a starting product container, the switching valve being actuated during draining in step d).
  • a control unit can carry out both the operating sequence of the method described and the actuation of the changeover valve, as well as possibly other components for operating the separator, for example a hose pump.
  • the separator insert can be designed as an exchangeable, rotatably mounted rotor with an integrated inlet and outlet system within the housing of the separator, with the introduction of the starting product in step b) and the draining of the residual liquid in step d) via the Product inlet line of the inlet system takes place, with a supply element connected to the product inlet line being replaced by a discharge element with the collecting container before the residual liquid is drained in step d).
  • the central closed-walled area of the drum can advantageously extend over 20-80% of the axial extent of the drum.
  • the separator insert has the housing and the rotor
  • at least one product outlet line in particular the product outlet line of a heavy product stream
  • a pump such as a hose pump, in particular a hose pump
  • the pump adjusting the pressure in the product discharge line.
  • the pump for example by reducing the flow volume, can generate a counterpressure to a heavy phase product outlet designed as a gripper within the separator insert.
  • the pump can be switched off during draining in step d) or can work with reduced pressure compared to step c), so that the residual liquid can flow away due to gravity.
  • the product drain line can alternatively also have a control element for pressure reduction, preferably a valve, particularly preferably a check valve, so that emptying via the drainage drain line is ensured. Alternatively or additionally, the remaining liquid can also be pumped out via this drainage drain line with negative pressure.
  • both the residual liquid can advantageously be drained from the drum and from the housing. This applies in particular to the first variant in which the housing and drum are part of the separator insert.
  • the removal of the contaminated first separator insert in step e) for replacement with a new second separator insert can advantageously be carried out by changing the relative position of the receptacles with the stator units of the storage devices.
  • An advantageous and simple method for changing a first separator insert of a separator in step e) against a second separator insert can particularly preferably be carried out with the following steps: a) providing the separator with a first separator insert mounted on the frame, b) adjusting the relative position, in particular the relative distance, the receptacles and loosening the positive connection between the frame and the separator insert and removing the first separator insert from the receptacles; c) providing the second separator insert (before, during or after steps a) and b); d) inserting the other second separator insert into one of the receptacles, so that the corresponding positive locking means at one end of the housing and at one of the receptacles engage with one another; and e) adjusting the relative position, in particular the relative distance, of the receptacles until the corresponding positive locking means on both The ends of the housing of the separator insert and the two receptacles interlock.
  • the discharge of a first and second product stream separated from the product mixture through the two separate product discharge lines from the separator during a separation operation of the separator can advantageously be carried out in such a way that there are no connections between the product feed system and the product discharge system outside the separator insert. This achieves a hermetic, contamination-free drainage of the product inflow and outflow streams.
  • a first and second product stream separated from the product mixture can be discharged from the separator through the two separate product drain lines during a separation operation of the separator in such a way that there are no connections between the product drain system and the drainage drain system outside the separator insert.
  • the drainage drain system preferably comprises the aforementioned drainage drain line, possibly an additional pipe or hose line connected to the drainage drain line outside the separator insert, and the aforementioned collection container.
  • step d) the draining of residual liquid from the separator when the separation operation of the separator is stopped in step d) is preferably carried out in such a way that there are no connections between the product feed system and the drainage drain system outside the separator insert.
  • the product inlet and/or product outlet is therefore also hermetically designed with respect to the drainage system, thereby avoiding cross-contamination.
  • the drainage drain line includes a medium-tight connector formed on the housing with a surface that comes into contact with the product and a pipe or hose line connected thereto, preferably hermetically, for draining the residual liquid into the collecting container.
  • the nozzle protrudes outwards from the housing.
  • said connector protrudes from the adjacent outer wall of the housing.
  • the housing preferably has a product inlet with an inlet line and a first and a second product outlet, the drainage outlet line being arranged as a separate line opposite the product inlet and product outlet.
  • the inlet line can have an inlet connection projecting into the interior of the housing. This creates a height difference between the inlet opening and the opening of the drainage drain, so that it is not necessary to close the product inlet to drain away the residual liquid.
  • the hose or pipe lines can have a sterile coupling at the end.
  • the product feed system can advantageously have a pump, preferably a centrifugal pump, which is preferably replaced after the stop in step d).
  • the product inlet system, the product outlet system and the drainage system can preferably comprise hoses or pipes inserted as exchangeable systems, in particular on or on the product inlet line, the product outlet lines and/or the drainage outlet lines.
  • a flow of the product inlet or a physical measurement value equivalent to the flow for regulating the pump performance can advantageously be determined, in particular by a measurement without medium contact.
  • the pump and the flow meter can be arranged in a riser pipe of the product feed system for optimal measurement recording.
  • a derivation of a heavy phase of the product drainage system can have a pump, preferably a hose pump, which remains as part of the separator after the stop in step d) while the line element connected to the pump is replaced.
  • the derivation of the heavy phase can have a flow meter and/or a pressure sensor for adjusting the pressure in the course of the heavy phase based on the speed of the pump, with at least the flow meter being arranged along a riser.
  • a container in which the light phase is temporarily stored can advantageously be arranged in a derivation of the light phase.
  • an optical sensor for quality control can preferably be arranged behind the container in terms of fluid mechanics.
  • a pump can also be arranged in the derivation of the light phase, preferably fluid-mechanically behind the container.
  • the pump performance can be regulated by measuring the weight of the container, preferably using a load cell.
  • the extent of the residual liquid drained in step d) can also be measured using measurements, among other things, for balancing purposes.
  • a protective gas preferably nitrogen or a noble gas
  • a protective gas can be introduced into the separator insert, in particular through one or more connecting pieces arranged on the housing of the separator insert separately from the product inlets and outlets.
  • step b) air can advantageously be sucked out of the separator insert through the connecting piece(s), e.g. in order to subsequently flood the separator insert with protective gas.
  • step c air can be introduced into the separator insert through the connecting piece(s).
  • stator units and the rotor units are well mechanically ensured. This particularly applies to the precise axial and radial centering of the stator and rotor units, which are located coaxially inside one another.
  • the invention also creates a separator insert for separating a flowable suspension in a centrifugal field into at least two flowable phases of different densities, which forms a pre-assembled, exchangeable unit for insertion into stator units on the frame of the separator and has at least the following: a housing which is stationary during operation and which Type of a container is designed, which is designed to be closed except for one or more openings, a rotor arranged within the housing and rotatable about an axis of rotation with a drum which has one or more openings, a separating means arranged in the drum, at least two rotor units for Magnetic bearing devices at two axially spaced locations on the drum, with which the rotor with the drum can be kept in suspension within the housing during operation, can be rotatably stored and can be set in rotation, the housing having positive locking means in order to secure the housing against an abutment in a rotationally fixed manner hold.
  • This separator insert is particularly suitable for a separator as an interchangeable module, with
  • At least one of the two magnetic bearing devices preferably also represents the rotary drive for the drum, this drive also being suitable for driving the drum with freely adjustable speeds or freely selectable direction of rotation. It can preferably be provided that one or both magnetic bearing devices have a radial and axial bearing effect and keep the rotor in suspension in the container at a distance from it during operation.
  • the rotor and stator units form magnetic bearing devices.
  • the drum can be mounted axially and radially and kept in suspension.
  • Variant is additionally provided for a further opening of the drum as a freer radial outlet is designed for a second of the flowable phases from the drum into the housing from which it can be derived. It can also be advantageously and simply provided that the free outlet is assigned a catch annular chamber of the housing, which has an outlet from the housing.
  • the peeling disk has a discharge pipe which is designed coaxially with the supply pipe and is guided coaxially therewith out of the drum and through the opening in the first axial boundary wall of the housing.
  • a control valve is connected downstream of the first peeling disk and/or the second peeling disk on the flow side - i.e. possibly on the outlet side - which can be controlled by a control device are.
  • a plate pack is arranged in the drum as a separating means and that a peeling disk is arranged in a structurally space-saving and simple manner in the drum below the distributor and below the plate pack, i.e. in an area that is otherwise often used to fasten a drive spindle is needed, which is not required here.
  • This peeling disc is used to drain the first flowable phase from the drum.
  • the rotor units for the magnetic bearing devices are arranged at the two axial ends of the drum and that the inlet pipe and the outlet pipe of the first peeling disk each axially pass through one of these two rotor units.
  • the separator insert is designed as a pre-assembled unit.
  • all elements of this insert that come into contact with the product are made of plastic or another non-magnetic material, whereby it can be replaced as a whole and can be completely disposed of after use. Cleaning and, if necessary, steam sterilization of the separator insert are no longer necessary.
  • the respective bearing device which in addition to a radial bearing also effects an axial bearing of the drum and/or a rotary drive, can have a permanent and/or electromagnetic effect.
  • the inlet pipe or a peeling disk shaft surrounding it is preferably inserted in a sealed manner into the housing or is formed in one piece with it.
  • the drum can be single-conical or double-conical. In addition or alternatively, it can also have one or more cylindrical sections. It can also be composed of several parts, in particular an upper part and a lower part, these parts preferably being connected to one another after the installation of internal components and their assembly (e.g. by gluing or welding). Analogously, the housing can be composed of several parts, in particular an upper part and a lower part, these parts preferably being connected to one another after the installation of internal components - in particular the rotor - and their assembly (e.g. by gluing or welding).
  • the processes can have connectors on the outside of the housing, which are sealed on the outer circumference of the housing, so that hoses or the like can be connected in a simple manner.
  • the hoses can also be pre-assembled on the connectors so that they are completely sealed and, if necessary, germ-free.
  • the connectors can, for example, extend radially, tangentially or obliquely to the radial direction.
  • the entire separator insert can also be provided as a sealed unit into which no contamination can enter.
  • the connectors at the openings of the housing can be sealed and releasably closed.
  • hose sections can be arranged on the connectors, which have openable and closable connectors, with which the separator insert can be connected to other elements of the inlet and outlet system such as bags or tanks or hose or pipe lines.
  • separators are suitable for operation at variable, even relatively high, speeds.
  • it can also be used for one-time processing - for example for centrifugal separation of a product batch of a flowable fermentation broth as a suspension - from eg 1001 to a few thousand, eg 4000 liters - into different phases - and then disposed of.
  • This prefabricated unit consists at least of the rotor with the drum, the separating plates, the inlet distributor and the rotor magnets or rotor units, as well as the housing with the inlets and outlets.
  • the unit can also contain inlet and outlet lines (e.g. hoses) as well as measuring equipment or other components that come into contact with the product, which are intended for single use and are disposed of together with the separator unit after use.
  • the housing only has the openings for inlet pipes and drains and is otherwise designed to be hermetically closed.
  • the inlet pipes and the drains protrude outwards from the housing in the manner of connectors, these connectors being connected in a sealed manner to the housing or being formed in one piece with it.
  • Each of the receptacles can have a separate linear drive for the linear movement of one of the two receptacles relative to the separator insert.
  • only one of the two receptacles can have a linear drive, with the two receptacles being movable at the same time, preferably synchronously.
  • the simultaneous or synchronous movement can particularly preferably be achieved by a gear, for example a toothed gear, which is part of the separator.
  • the frame can have a support plate, which makes it possible to temporarily support the separator insert when it is inserted into the frame.
  • the support plate can have a support device, preferably a support strut, particularly preferably a telescopic rod, in particular a spring-loaded telescopic rod.
  • the support plate in particular has a recess for receiving the separator insert.
  • the recess can enable the separator insert to be fully encompassed or the separator insert to be partially encompassed, for example by two legs. In this context, the recess does not need to be completely closed.
  • At least one of the receptacles, preferably each of the receptacles, can have a through opening through which a hose for product supply and/or discharge is guided, and the receptacle is mounted in a linearly movable manner relative to the hose.
  • the drive for example a motor, is preferably arranged around the through opening.
  • the linear drive can in particular have a driver and a stator, the driver being designed as a carriage and attached to one of the receptacles and the stator being designed as a guide rail and attached to the frame, preferably to a console of the frame.
  • the driver can be reliably attached to one of the recordings.
  • the separator insert can have one or more circumferential stops for resting on the support plate.
  • This can, for example, be a circumferential cuff, which enables a wide surface area to be supported.
  • the recordings can in particular be designed to be movable by the same amount in order to achieve optimal force absorption during disassembly.
  • Figure 1 a schematic, sectional representation of a first changeable
  • Figure 2 a schematic, sectional representation of a second exchangeable separator insert of a separator together with a schematic representation of an inlet and outlet system and a control unit of the separator;
  • Figure 3 a schematic representation of a separator with a reusable frame and an exchangeable separator insert, the latter here in the manner of Figure 1, with hose sections arranged thereon;
  • Figure 4 a perspective view of the replaceable separator insert
  • Fig. 8 is a perspective view of a modification of the separator and the separator insert of Figs. 1-7 as a further exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an installation for carrying out a method for replacing a separator insert
  • Fig. 10 is a perspective view of a separator insert in a modification of the variants of Figs. 1-8 with an integrated drainage drain line;
  • FIG. 11 shows a further embodiment variant with a rotor as a separator insert and a housing as a fixed, non-replaceable component of the separator;
  • FIG. 12 shows a further embodiment variant of a separator insert, which has at least one connecting piece on its housing for supplying or discharging gas and
  • Fig. 13 shows a further embodiment variant of a separator according to the invention with a separator insert.
  • Figure 1 -13 shows several separators with a reusable frame I and with an exchangeable separator insert II for centrifugal separation.
  • the separator insert can be replaced in particular by the embodiment variants of FIGS. 9-12, in which a drainage drain line 120 is provided.
  • the separator insert could in principle also be designed in the manner of FIG. 1 or FIG. 2 and, if necessary, supplemented with a drainage drain line (not shown).
  • the separator insert II is preferably designed as a prefabricated unit.
  • the separator insert II is designed as a disposable separator insert that can be exchanged or changed as a whole and is designed as a pre-assembled unit and is constructed entirely or predominantly from plastic or plastic composite materials.
  • the separator insert (which does not include the elements 4a and 5a) is shown separately as an example in Figures 1 and 2. It can be disposed of after processing a product batch and exchanged for a new separator insert II.
  • the separator insert II of the separator each has a housing 1 and the rotor 2 inserted into the housing 1 and rotatable relative to the housing 1 during operation.
  • the rotor 2 has an axis of rotation D. This can be aligned vertically, which corresponds to the structure of frame I. But it can also be aligned differently in the room if the frame is designed accordingly.
  • the rotor 2 of the separator insert II has a rotatable drum 3.
  • the rotor 2 is rotatably mounted with respective magnetic bearing devices 4, 5 at two locations spaced axially from one another in the direction of the axis of rotation.
  • the rotor 2 or the drum 3 is then rotatably mounted at the two axial ends.
  • the separator insert II has rotor units 4b, 5b of the magnetic bearing devices 4, 5.
  • stator units 4a, 5a of the magnetic bearing devices 4, 5 are arranged on the frame 1-1.
  • the magnetic bearing devices 4, 5 preferably act radially and axially and preferably hold the rotatably mounted rotor 2 in suspension in the housing 1 at a distance from it.
  • the frame I has a console 1-1. This can - but does not have to - be stored on a trolley I-2 with rollers I-3. Receptacles I-4 and I-5 can be formed on the console 1-1, which serve to accommodate and hold the separator insert II during operation.
  • a first axial end of the separator insert II projects from below into or towards the upper receptacle I-4 and a lower end of the separator insert II projects from above into or towards the other receptacle I-5 and the separator insert is there II on the console 1-1 and thus held non-rotatably on the frame I.
  • One or both of the receptacles I-4 and/or I-5 can/can be arranged laterally on the frame I, in particular the console 1-1. According to a variant, it can be further provided that, for example, the lower receptacle I-5 is designed to be stationary on the console I-1. It is then advantageous that the further upper receptacle I-4 is designed to be height-adjustable on the console 1-1.
  • the console 1-1 has such a vertical extent/length that the separator insert is held stationary in a first position of the height-adjustable receptacle I-4 by both height-adjustable receptacles I-4, I-5 and can be changed in the other upper position.
  • the stators 55, 56 are designed as guide rails. Both recordings I-4 and I-5 can also be moved via a single linear drive using the additional linear guide. The movement of both recordings can particularly preferably be synchronized.
  • the drivers 53, 54 can be designed as slides. The drivers 53, 54 are connected to the remaining receptacle I-4 or I-5 via a mechanical interface 51, 52, for example via a flange connection.
  • the relative distance between the receptacles I-4 and I-5 and the stator units 4a, 4b of the bearing devices 4, 5 can be adjusted by means of linear drives in order to be able to change the separator insert II.
  • the upper holder I-4 is first lifted using the linear actuator of the linear drive, which is, for example, a linear motor.
  • the separator insert II rests on a support plate 57.
  • the separator insert II can have a circumferentially running sleeve 59 as a stop element.
  • the support plate 57 preferably has two, in particular symmetrical, legs which partially surround the separator insert II. Alternatively, the support plate 57 can also completely surround the separator insert II.
  • the support plate 57 is supported by a support strut 58 on the console 1-1. This support strut 58 can preferably be designed as a telescopic rod.
  • the separator insert II Due to its weight and the holding force of the lower drive and magnetic bearing device, the separator insert II is not raised and remains on the support plate.
  • the lower holder I-5 is then lowered with the help of the linear motor, with the support plate 57 serving as an abutment for the force to be applied to separate the stator unit of the lower drive and magnetic bearing device from the rotor unit with the permanent magnet.
  • the separator unit II can be removed.
  • a new separator unit II is inserted in the reverse order.
  • the separator unit II is placed on the support plate 57. Suitable positive locking means between the support plate 57 and the separator unit II prevent incorrect positioning of the separator unit.
  • the lower mount I-5 is raised with the linear drive until the stator unit and the permanent magnet of the rotor unit are correctly positioned relative to each other.
  • the upper mount I-4 with the linear drive is then lowered until the stator unit and the permanent magnet of the rotor unit are correctly positioned relative to each other.
  • Respective stator units 4a, 5a of two drive and magnetic bearing devices 4 and 5 can be arranged in the respective receptacles I-4 and I-5.
  • the tax- and power electronics for this can be arranged in or on the frame I, for example in, on or on the console 1-1.
  • Corresponding positive locking means can be formed on the receptacles I-4 and I-5 and on a housing 1 of the separator insert II that does not rotate during operation in order to be able to insert the separator insert II into the stator units 4a, 5a in a rotationally fixed manner.
  • the upper and lower stator units 4a, 5a can each have axes that are aligned with one another.
  • the housing 1 and the receptacles I-4 or I-5 with the stator units 4a, 5a can have projections (e.g. pins or webs) and recesses (e.g. bores) as the corresponding positive locking means in order to make the housing 1 rotationally fixed on the stator units and thus on frame II.
  • the corresponding positive locking means can also be formed directly on the frame II.
  • the position of these corresponding positive locking means also defines the functionally required position of the stator units 4a, 5a and the rotor units 4b, 5b relative to one another. This particularly concerns the precise centering of the coaxially nested units 4a, 5a and 4b, 5b.
  • a holding force (from above and below) can also be exerted on the housing in the axial direction through the receptacles in order to hold it in a non-positive manner if necessary.
  • the receptacles I-4 and I-5 with the stator units 4a, 5a of the frame I each have a plurality of pins 41a projecting in the axial direction, and the respective separator insert II can have corresponding blind holes on the housing 1, for example extending in the axial direction Have recesses 42 and 41b.
  • the receptacle I-4 with the stator unit 4a has pins 41 that project axially or vertically downwards (not visible here) and the separator insert II has corresponding blind hole-like recesses 42 vertically at the top (can be seen here) and the lower receptacle I- 5 with the lower stator unit 5a has pins 41 a which project axially or vertically upwards (can be seen here) and the separator insert II has corresponding blind hole-like recesses axially at the bottom (not visible here).
  • pins 41 a there are four pins 41 a here and recesses 41 b are distributed on the corners of an imaginary polygon, in particular a square, and are formed at the top and bottom of the receptacles I-4, I-5 and the housing 1 of the separator insert II.
  • corresponding positive locking means 41a, 41b and 42 are arranged circumferentially around the separator insert II.
  • the corresponding positive locking means can also be arranged asymmetrically to ensure that the separator insert can only be used in a single orientation.
  • the stator units 4a, 5a can each have openings, in particular through openings 43, in order to accommodate upward and/or downward lines such as hoses 44, 45 which are connected to the separator insert II. These are also shown analogously in FIG. 13.
  • One or both receptacles I-4 and I-5 are designed to be vertically adjustable.
  • One of the two receptacles I-4 or I-5 can therefore also be designed to be fixed on the frame I. It is also conceivable that one of the two receptacles I-4 or I-5 - for example the lower one - is formed on a wall of the frame I and is not adjustable. It is then sufficient to design the frame I in such a way that the respective other receptacles I-4 or I-5 are adjustable, in particular arranged and/or designed to be vertically adjustable in height on the frame I.
  • Fig. 5 shows the frame I before inserting a separator insert II.
  • the two stator units 4a, 5a have been moved so far apart relative to one another that the respective separator insert can be lifted axially between the two receptacles with the stator units 4a, 5a (FIGS. 5, 6), with the separator insert II then in/on the lower receptacle I-5 is placed (FIGS. 6 and 7) so that the corresponding positive locking means - here 41, 42 - engage with one another.
  • the hose 45 at the lower end of the housing 1 has been guided downwards through the through opening 43 of the lower - and thus axially associated - stator unit 5a (FIG. 6).
  • exemplary preferred separator inserts II together with the structure of the drive and storage system of the separator, the control of the separator and the inlet and outlet system of the separator, will be described in more detail below with reference to FIG. 1 and FIG. 2.
  • the invention is not limited to this.
  • the supply and discharge lines can also be implemented differently on the separator insert II.
  • the rotor units 4b, 5b can be designed essentially in the manner of inner rings made of magnets, in particular permanent magnets, and the reusable stator units 4a, 5a can essentially be designed in the manner of outer rings, which are used for axially and radially supporting the rotor 2 (e.g. at the top). or alternatively can be used as a rotary drive (e.g. below).
  • the rotor units 4b and/or 5b as part of the separator drive, also represent a part of the rotating system or rotor.
  • the rotor of the drive is part of the drum of the centrifugal separator.
  • One or both of the magnetic bearing devices 4, 5 is/are therefore preferably also used as a drive device for rotating the rotor 2 with the drum 3 in the housing 1.
  • the respective magnetic bearing device forms a combined magnetic bearing and drive device.
  • the magnetic bearing devices 4, 5 can be designed as axial and/or radial bearings, which support the drum 3 at its ends in an axial and radial manner during operation and keep it floating and rotate during operation.
  • the magnetic bearing devices 4 and 5 can have the same or largely the same basic structure. In particular, only one of the two magnetic bearing devices 4, 5 can also be used as a drive device. Corresponding components of the magnetic bearings 4, 5 are therefore formed on the separator insert II - on its rotor 2 - and other corresponding parts on the frame I. One or both stator units 4a, 5a can also be electrically connected to control and power electronics for controlling the electromagnetic components of the magnetic bearing devices.
  • the respective magnetic bearing device 4, 5 can, for example, work according to a combined electromagnetic and permanent magnetic operating principle.
  • At least the lower axially acting magnetic bearing device 5 serves to keep the rotor 2 axially suspended within the housing 1 by levitation. It can have one or more first permanent magnets, for example on the underside of the rotor, and can also have electromagnets on a receptacle on the frame, which coaxially surround the permanent magnet or magnets.
  • the rotor can be driven electromagnetically. However, a drive using rotating permanent magnets can also be implemented.
  • Such storage and drive devices are used, for example, by the company Levitronix, for example, to drive centrifugal pumps (EP2 273 124 B1). They can also be used within the framework of this document.
  • a first Levitronix motor “Bottom” can be used as a drive, which also magnetically supports the drum radially and axially.
  • a second Levitronix motor - for example of identical construction except for the control during operation - can be provided, which, as the magnetic bearing 4, can support the rotor 2 on the head radially and axially.
  • the rotor speed can be adjusted variably using a control device 37 (see FIGS. 1 or 2) or a separate control device for the magnetic bearings 4, 5.
  • the direction of rotation of the rotor 2 can also be specified and changed in this way.
  • the rotor 2 rotates. It is thus kept axially suspended and radially centered.
  • the rotor 2 with the drum 3 is preferably operated at a speed between 1,000, preferably 5,000 to 10,000, and possibly up to 20,000 revolutions per minute.
  • the centrifugal forces resulting from the rotation lead to the separation of a suspension to be processed into different flowable phases LP, HP of different densities and to their derivation, as described in more detail below.
  • the product batch is processed in continuous operation, which means that the phases separated from the suspension are completely removed from the drum during operation.
  • the housing 1 preferably consists of a plastic or a plastic composite material.
  • the housing 1 can be cylindrical and have a cylindrical outer jacket, at the ends of which two radially extending boundary walls 6, 7 (cover and base) are formed.
  • the drum 3 is used for the centrifugal separation of a flowable suspension S in the centrifugal field into at least two phases LP, HP of different densities, which can be, for example, a lighter liquid phase and a heavy solid phase or a heavy liquid phase.
  • the rotor 2 and its drum 3 have a vertical axis of rotation D.
  • the housing 1 and the rotor 2 could also be aligned differently in space. The following description refers to the vertical orientation shown (Fig. 3). With a different orientation in space, the orientations change according to the new orientation. In addition, one or both outlets - to be discussed later - may be arranged differently.
  • the rotor 2 of the separator with the drum 3 preferably consists entirely or predominantly of a plastic or a plastic composite material.
  • the drum 3 is preferably designed to be cylindrical and/or conical in sections. The same applies to the other elements in the rotor 2 and on the housing 1 (except for elements of the magnetic bearing devices 4, 5).
  • the housing 1 is designed in the manner of a container, which is advantageously designed to be hermetically closed except for a few openings/opening areas (still to be discussed). According to FIGS. 1 and 2, one of the openings is formed in the two axial boundary walls 6, 7, which are here for example at the top and bottom, of the container 1.
  • one of the openings - in the first, here upper axial boundary wall 6 - enables or serves as an inlet 8 for feeding a suspension to be separated in the centrifugal field into at least two phases of different density - LP and HP - through the housing 1 into the drum 3.
  • first phase is a lighter phase LP and the second phase is a denser, heavier phase HP compared to the first phase.
  • a second of the openings - in the second, here lower axial boundary wall 7 - enables or serves as an outlet for the second, heavier phase HP directly from the drum 3 through the housing 1.
  • the drum 3 also has openings which are assigned to the openings of the housing.
  • An inlet pipe 12 for a suspension to be processed extends into an upper opening 12a at one axial end of the drum 3. This penetrates the housing 1, in particular its one - here upper - axial boundary wall 6. On the outer circumference, the inlet pipe 12 is sealed into the housing 1 according to FIG executed. It is preferably also made of plastic. One end of the inlet pipe 12 protrudes outward from the top of the housing 1 and extends through the upper boundary wall 6 into the drum 3, whereby it does not touch the drum 3.
  • the inlet pipe 12 passes through the housing 1 and the one magnetic bearing 4 concentrically to the axis of rotation of the rotor 2, then extends axially further into the rotatable drum 3 within the housing 1 and ends there with its other End - a free ending.
  • the inlet pipe 12 opens into the drum 3 in a distributor 13 which can be rotated with the drum 3.
  • the distributor 13 has a tubular distributor shaft 14 and a distributor base 15.
  • One or more distribution channels 16 are formed in the distributor base 15.
  • a stack of separating plates can be placed on the distributor 13 be placed here from conical separating plates 17.
  • the distributor 13 and the separating plates 17 are preferably also made of plastic.
  • the drum 3 has at least two cylindrical sections 18, 19 of different diameters.
  • One or more conical transition regions can be formed on the drum 3 adjacent to this.
  • the drum 3 can also be designed to be simple or double-conical in its central axial area (not shown here).
  • the drum 3 can have a lower cylindrical section 20 of smaller diameter, on/in which the rotor unit 5b of the lower magnetic bearing is also formed, which merges into a conical area 20a, then here, for example, a cylindrical area 19 of larger diameter, then again a conical portion 18a and then an upper cylindrical portion 18 of smaller diameter on which the rotor unit 4b of the upper magnetic bearing 4 is formed.
  • the separator inserts of FIGS. 1 and 2 differ with regard to the derivation of the lighter phase.
  • Openings (which can be provided circumferentially distributed on the drum 3, with several openings being able to be provided on the drum 3) serve as shown in FIG 1 then the outlet or serves as an outlet 10 for the lighter product phase LP which forms during the centrifugal separation and which has been discharged from the drum 3.
  • the first outlets 21 on the radius ro of the drum 3 are designed in particular as “nozzle-like” openings in the outer jacket of the drum 3. They are also designed as so-called “free” processes from the drum 3.
  • the first outlets 21 serve to derive the lighter phase LP.
  • the outlets can be designed in such a way that the light phase emerges radially or alternatively in this way be shaped so that the light phase emerges tangentially against the direction of rotation of the drum and thus contributes to driving the rotor and reducing the drive energy.
  • This phase emerging from the drum 3 is collected in the housing 1 in an upper catch annular chamber 23 of the housing 1.
  • This catch annular chamber 23 is designed in such a way that the phase collected in it is directed to the drain 10 of the catch annular chamber 23.
  • the drain 10 is located at the lowest point in the catch annular chamber 23.
  • the catch annular chamber 23 is open radially inwards towards the rotating drum 3 and is spaced apart in such a way that liquid sprayed out of the respective outlet 21 during the centrifugal separation is essentially only sprayed into the associated catch annular chamber 23 - which is at the same axial level becomes.
  • a chamber 25 that is not used to derive a phase can optionally be formed below the catch annular chamber 23, a chamber 25 that is not used to derive a phase can optionally be formed.
  • This chamber 25 can optionally have a leakage drain (not shown here). The leakage can drain freely. However, it can also be sucked out by vacuum if the chamber 25 has a vacuum connection for connecting a device generating vacuum.
  • the first annular catch chamber 23 and the chamber 25 can be separated from one another by a first here conical wall 26, which extends conically inwards and upwards starting from the outer jacket of the housing 1 and ends radially in front of the drum 3 at a distance from the inside.
  • the product phase LP is derived from the housing 1 through the drain 10, preferably at the lowest point of the catch annular chamber. Sockets can be provided in the area of the drain 10 on the outside of the housing 1 in order to be able to easily connect lines, hoses and the like.
  • the connectors are preferably also made of plastic.
  • the housing 1 can be composed of several plastic parts, which are connected to one another in a sealed manner, for example by adhesive or welding.
  • the first peeling disk 33 is provided as the (here second) outlet for the heavier phase HP from the drum (through the housing 1), which extends essentially radially and into an axially extending drain pipe 34 as a peeling disk shaft passes over the lower axial boundary wall 7 of the housing 1 penetrates.
  • the peeling disk 33 has an outer diameter ru.
  • ru > ro applies.
  • the inlet openings 33a of the peeling disk 33 are therefore on a larger diameter or radius ru than the outlets 21 for the light phase LP on the radius ro. This makes it possible to use the peeling disk 33 to derive a phase HP that is heavier relative to the lighter phase LP from the drum 3.
  • the peeling disk 33 stands still during operation of the separator and its outer edge is immersed in the heavier phase HP rotating in the drum 3.
  • the phase HP is drained inwards through the channels in the peeling disk 33.
  • the peeling disk 33 thus serves to derive the phase HP in the manner of a centripetal pump.
  • the peeling disk 33 can be arranged in a simple and compact manner in the drum 3 below the distributor 14 and below the plate pack 17.
  • the radius ru corresponds to the immersion depth of the peeling disk 33.
  • the discharge pipe 34 is led out of the drum with one end downwards from the housing 1 and through the lower boundary wall 7, but does not touch the drum 3.
  • the discharge pipe 34 can be formed in one piece with the housing 1 or can be inserted into it in a sealed manner.
  • a hose or the like can be connected to the discharge pipe as a discharge line 35.
  • the discharge pipe passes through the housing 1 and the lower magnetic bearing 5 concentrically to the axis of rotation D of the rotor 2, then extends axially further within the housing 1 into the peeling disk 33.
  • a controllable, in particular electrically controllable, control valve 36 is inserted into the outlet for the heavy phase HP, in particular in the derivation 35 for the heavier phase HP.
  • the volume flow of the heavy phase HP in the discharge line 35 can be throttled by the control valve 36 and the immersion depth of the associated peeling disk can be increased.
  • a control device 37 is preferably provided.
  • the control valve 36 is preferably connected to the control device 37 wirelessly or by wire.
  • the control device 37 can also be designed and provided for controlling the magnetic bearings 4, 5 and the drive.
  • the light phase LP is also discharged via a peeling disk.
  • a peeling disk 22 is provided in the upper area of the drum 3, the inlet openings 22a of which can in turn be on a smaller radius ro than the radius ru of the inlet of the first - lower - peeling disk 33 for the heavier phase.
  • the shaft of this peeling disk 22 can surround the inlet pipe 8 in the manner of an annular channel like an outer drain pipe 24 and instead of the inlet pipe 8 it can be tightly connected to the housing 1 or formed in one piece with it.
  • the drain pipes 24, 34 of the two peeling disks 22, 33 are thus led out of the drum 3 at opposite ends as shown in FIG. They are also led out of the housing 1 at opposite ends. They can be inserted into the housing 1 in a sealed manner. But they can also be made in one piece with this made of plastic.
  • the inlet pipe 12 can be connected to the peeling disk shaft 24 at the upper end thereof. A radial or tangential connecting piece 24a can be led out of the peeling disk shaft 24.
  • a derivation line 40 for deriving the light phase can be connected to this, which can open into a bag or tank, for example. Accordingly, the ends of the tubes 12 and 34 can also be designed as connectors for connecting hoses or the like (Fig. 2, but also Fig. 1).
  • controllable, in particular electrically controllable, control valve 39 is also inserted into the derivation 40 for the light phase LP.
  • control valve 39 Through the control valve 39, the volume flow of the light phase LP can be changed, in particular more or less throttled, and thus the immersion depth of the second peeling disk 22 can be changed.
  • the control valve 39 is also connected to the control device 37 wirelessly or by wire, so that it can be controlled by the control device 37.
  • the respective peeling disc 22, 33 is a cylindrical and essentially radially aligned disc provided with several, for example one to six, channels, which stands still during operation and has channels, so that a type of centripetal pump is formed.
  • the respective peeling disk 22 or 33 dips with its outer edge into the phase LP or HP rotating in the separator.
  • the respective phase LP, HP is diverted inwards through the channels in the peeling disk and the rotation speed of the respective phase LP, HP is converted into pressure.
  • the respective peeling disk 22, 33 replaces a drain pump for the respective phase LP, HP.
  • the peeling disks therefore each work as a centripetal pump. They can be made of plastic.
  • a third peeling disk could also be provided, which could be used to derive a further phase.
  • the respective separator is provided with its reusable components or reusable components. These include the frame I as well as the drive and stator units 4a, 5a of the magnetic bearing devices. This also includes a control unit 37.
  • a separator insert II is then provided and mounted on the frame I. To do this, the stator units 4a and 5a simply have to be moved apart. The separator insert is then inserted in a form-fitting manner and the stator units are moved towards one another. This means that the housing is securely held in a non-rotatable manner.
  • hoses are connected to the nozzles that lead into tanks or bags.
  • the respective separator insert of FIGS. 1 and 2 can therefore preferably also have at least hoses and connectors which can be connected to further lines (not shown here) and containers such as bags, tanks, pumps and the like.
  • a suspension is then fed into the rotating drum (inlet 8) and centrifugally separated into the light phase LP and the heavy phase HP.
  • phase HP flows radially outwards in the drum 3 in the separation space. There the phase HP leaves the drum on a radius ru through the channels of the stationary peeling disk 33.
  • the lighter phase LP flows radially inwards in the drum 3 in the separation space and rises upwards through a channel 38 on a shaft of the distributor. There the phase LP leaves the drum according to FIGS. 1 and 2 on a radius ro.
  • the separation process can be easily influenced using the control valve(s) 36, 39. This results in an optimization of the separation process.
  • the main application of the separator is cell separation in the pharmaceutical industry.
  • the power range is intended for processing of broths from fermenters in the range of 100 l - 4000 l as well as for laboratory applications.
  • separators are used in various areas of industry in which separators are used would also be conceivable: chemistry, pharmaceuticals, dairy technology, renewable raw materials, oil and gas, beverage technology, mineral oil, etc.
  • the separators shown enable the production of a separator insert in which preferably all components that come into contact with the product can be made of plastic or other non-magnetic materials, which can be disposed of after a single use or fed into a recycling process. This eliminates the need for cleaning after use.
  • the separator and its operation can therefore be implemented cost-effectively.
  • Fig. 8 shows a modification of the separator insert II of Figs. 1-7 in a second embodiment variant, with identical features being provided with analog reference numerals.
  • the special feature of this second embodiment variant is that the positive locking means 41 a and the corresponding positive locking means 41 b provided on the frame I are only provided on one side between the frame I and the separator insert II and thereby also provide axial and rotational protection of the separator insert II relative to the frame I is made possible. This reduces, among other things, the complexity of the structure.
  • the feed suspension pump, feed tubing, light phase and heavy phase tubing, and heavy phase receptacle may be interchangeable sterile components used to separate a single batch of product or a limited number of product batches can be used appropriately.
  • the hose line for the drainage fluid, as well the container for the drainage fluid can be replaceable sterile components. All of these components are connected to each other using sterile connectors to enable simple and sterile changing of the components.
  • the product inlet system, the product outlet system and the drainage system of the separator are explained in more detail below with reference to Fig. 9:
  • a single-use centrifugal pump 101 can be used in the inlet.
  • the flow meter 102 which is also arranged in the inlet line between pump 101 and separator insert II, preferably works with a non-contact measuring principle, e.g. ultrasonic transit time difference method. This means it can simply be pushed over the feed line without coming into contact with the product.
  • a non-contact measuring principle e.g. ultrasonic transit time difference method. This means it can simply be pushed over the feed line without coming into contact with the product.
  • the measurement signal from the flow meter is used to regulate the speed of the feed pump.
  • a controller can adjust the speed of the feed pump so that the preselected setpoint for the feed quantity matches the measured actual value.
  • the pump and flow meter are located in the rising inlet line so that the line is always filled with liquid, resulting in a more stable reading from the flow meter 102.
  • a pump 110 and a flow meter 111 are arranged in the drain line for the heavy phase.
  • the pump and flow meter are located in the rising drain line so that the line is always filled with liquid, resulting in a more stable reading from the flow meter 111.
  • the drain pump 110 is preferably designed as a hose pump.
  • the advantage of a peristaltic pump is, among other things, that it only comes into contact with the outside of the drain hose, but is not in direct contact with the product. It can therefore be constantly reused, while the drain hose is a single-use product.
  • Another advantage of the peristaltic pump is that it delivers a defined volume depending on the speed. Unlike the centrifugal pump, it can be used as a throttle, ie it can create a pressure during the heavy phase, the level of which can be regulated by the controller. Accordingly, the pressure sensors required for this can be provided in individual or preferably all hose lines (not shown in the picture).
  • a container 105 is provided in the light phase outlet line and serves as a buffer container. Using a load cell 104, the amount of light phase currently in the buffer container is determined and passed on to the control.
  • the introduction of the light phase from the separator insert II into the container 105 can take place in the upper part of the container 105 (above the resulting liquid level) or in the lower part of the container (below the resulting liquid level).
  • the upper introduction has proven useful for products that tend to foam.
  • the outlet of the container 105 is connected to a descending drain hose, which is guided through an optical sensor 106 and a hose pump 107.
  • the speed of the pump is optimally regulated using the measurement signal from the weighing cell 104 so that the container 105 is never completely full and is never completely empty. In this way, the drain hose is always full, resulting in a stable signal from the optical sensor 106.
  • the signal from the optical sensor 106 is used to assess the quality of the light phase. For example, the amount of remaining trub and suspended matter can be assessed.
  • the pump 107 can be designed as a centrifugal pump or as a hose pump.
  • the volume of the container 105 must be chosen so that the residence time of the light phase in the container is long enough for bubbles to separate from the liquid. With the help of the measured value from the weighing cell 104, the delivery rate of the pump 107 can be adjusted so that a constant filling level is maintained approximately in the middle of the container 105.
  • the descending drain hose line connected to the drainage drain of the separator insert II leads into a container 109, which in turn is suspended from a weighing cell 108. This allows the amount of drainage fluid drained to be determined. Drainage fluid is essentially produced when At the end of batch processing the drum comes to a standstill and runs empty during this process.
  • hose lines in FIG. 9 then each open into a sterile coupling 112. Not shown in FIG. 9 is the frame for holding the separator insert and the drive.
  • the product feed system PZS shown in FIG. 9, the product drain system PAS comprising the product drains of the heavy and light phases and the drainage system PS are separated from one another outside the separator insert and are therefore hermetically sealed.
  • FIG. 10 shows a modification of the first variant of the separator insert II of FIGS. 1-8 for connection to the drainage system of FIG. 9.
  • the separator insert II has a drainage drain line 120. This is arranged in the bottom area 121 of the separator insert and has a liquid drain 122 and 123 from both the drum and the housing. The rest can be structurally identical to previous versions.
  • Fig. 11 shows a second variant of a separator insert III, which is replaceable.
  • This separator insert III has a bottom inlet via the inlet line 61 and the distributor 70 into the plate pack 67.
  • the product inlet line 61 includes an inlet connection 73, which extends from the bottom of the housing 68 into the interior of the rotor 65 and opens into a distribution space 78 of a holding device 77 of the plate pack 67.
  • the holding device 77 can have a longitudinal axis which is parallel to the axis of rotation of the rotor 65.
  • the channel-like distributor 70 extends from the distribution space 78 and allows the supplied starting product to be conveyed radially into a separation zone of the rotor 65.
  • the product flow 62 of the light phase takes place analogously to FIGS. 1-10.
  • the product flow 63 of the heavy phase is carried out through channels in a separating plate 69, here as a closed-walled separating plate at the end of the plate stack, and finally through a gripper 64 into a discharge through the product line of the product flow 63.
  • a separation between the heavy phase and the heavy phase takes place at the separating plate light phase, whereby the heavy phase is directed to the outside around the plate and the light phase is directed and discharged inside the plate.
  • the separator insert III can be designed so that the rotor 65, in particular the drum 66 and the plate pack 67, can be removed from the housing 68. In this variant, too, it is recommended that the rotor, in particular the drum, be emptied of residual liquid before removing the rotor in the context of the present method. In this case, this can be done via the feed line 61.
  • the inlet line can be attached to the housing in an exchangeable and medium-tight manner using seals (not shown), e.g. sealing sleeves.
  • 11 can be modified in many ways, but shows in particular that an exchange of the separator insert, which can also be applied to a separator in which only the rotor with its product inlet and product outlet lines is designed as a replaceable separator unit III.
  • the housing 68 can - not shown - be opened, for example by designing a part of the housing as a lid.
  • at least the upper receptacle should preferably be removed from the lid.
  • the residual liquid is drained via the drainage drain line 120 into a collecting container 74 via a line element 71 connected thereto, in particular a drainage element in the form of a plugged-on or plugged-in hose.
  • the feed line 61 in particular the feed nozzle 72, is connected to a feed element 72, which is connected to a container 75 with the suspension of the starting product.
  • a switching valve (not shown) can be arranged in this line element, which switches between two containers 75, for example to supply a demulsifier to improve the suspension. Alternatively, the valve can be closed and the line elements with the containers can be replaced.
  • Fig. 12 shows a further variant of a separator insert II, which can be provided as part of a method for replacing it.
  • This separator insert II has at least one connecting piece 76 on its housing 1. Through this connecting piece, the separator insert can be filled with an inert gas before the product to be separated enters the separator insert. This prevents the product to be separated from coming into contact with air or oxygen.
  • a second connecting piece 76 can be provided on the housing 1, which is intended to drain gases from the separator insert, so that the separator insert can be flushed with inert gas.
  • the gas can also be sucked out of the otherwise hermetically sealed separator insert in such a way that a negative pressure is created in the separator insert, which not only reduces contact with the remaining oxygen, but also reduces the frictional power of the rotating drum 66, which now rotates in a lower density atmosphere.
  • a compressed gas for example compressed air
  • a compressed gas can also be introduced via one or more of the gas connections 76, which additionally promotes the emptying of the housing via the drainage line.
  • Control valve 36 Control device 37
  • Derivation 40 pins 41a
  • Linear drive 50 mechanical interface 51, 52
  • Liquid drain 122 Liquid drain 123

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Separator umfassend ein Gestell (I) umfassend Aufnahmen (I-4, I-5) zur rotierbaren Lagerung des Separatoreinsatzes (II, III) mit je einer Statoreinrichtung (4a, 4b) als Teilelement einer Magnetlagereinrichtung (4 oder 5), und einen Separatoreinsatz (II, III) als eine vormontierte, wechselbare Einheit zum Einsetzen in Statoreinheiten (4a, 4b) an einem Gestell (I) oder in einem Gehäuse (68) des Separators vorgesehen ist und wobei der Separatoreinsatz (II, III) zumindest Folgendes aufweist: i) einen um eine Drehachse (D) drehbaren Rotor (2, 65) mit einer Trommel (3, 66) und einer Trommelwandung, ii) zumindest zwei Rotoreinheiten (4b, 5b) als Teilelemente der Magnetlagereinrichtungen (4, 5) an zwei axial beabstandeten Stellen des Rotors (2) mit der Trommel, mit welchen der Rotor (2) mit der Trommel (3) im Separationsbetrieb innerhalb des Gehäuses in der Schwebe haltbar, drehbar lagerbar und in Drehung versetzbar ist, wobei der Separator zumindest einen Linearantrieb (50) zum linearen Verfahren zumindest einer der beiden Aufnahmen (I-4 und I-5) gegenüber dem Separatoreinsatz (II, III) aufweist.

Description

Separator
Die Erfindung betrifft einen Separator mit einem Separatoreinsatz.
Separatoren im Sinne dieser Schrift dienen zur Trennung einer fließfähigen Suspension als Ausgangsprodukt im Zentrifugalfeld in Phasen verschiedener Dichte. Bei verschiedensten Anwendungen ist eine Dampfsterilisation der eingesetzten Separatoren erforderlich. Ein relativ „kleiner“ am Markt über die Anmelderin eingeführter dampfsterilisierbarer Separator mit Tellerpaket ist der Separator „CSC 6“ mit 6000 m2 äquivalenter Klärfläche. In manchen Situationen, so im Labor, ist diese Maschine jedoch noch relativ groß. Die bekannten Separatoren mit Tellerpaket, die auf dem Markt verfügbar sind, werden mittels einer Spindel angetrieben, die wiederum direkt oder über ein Getriebe von einem Motor angetrieben wird. Zudem bestehen die bekannten Maschinen aus Edelstahl. Aus diesen Gründen werden aktuell in Laboren sehr häufig Filter statt Zentrifugalseparatoren eingesetzt. Bei einem Separator mit einem Tellerpaket und mit Einwegkomponenten aus Kunststoff (Single-Use-Technolo- gie - Einmalverwendung vorqualifizierter Kunststoffteile) wäre die Dampfsterilisation (SIP - Sterilization In Place) nicht erforderlich. Er könnte sich insbesondere zum Einsatz in der Biotechnologie eignen.
Aus der WO 2014/000829 A1 ist ein Separator zur Trennung eines fließfähigen Produktes in verschiedene Phasen bekannt, der eine drehbare Trommel mit einem Trommelunterteil und einem Trommeloberteil aufweist und ein in der Trommel angeordnetes Mittel zum Verarbeiten einer Suspension im Zentrifugalfeld von Feststoffen bzw. zum Trennen einer schweren feststoffartigen Phase von einer leichteren Phase im Zentrifugalfeld, wobei eines, mehrere oder sämtliche folgender Elemente aus Kunststoff oder einem Kunststoff-Verbundwerkstoff bestehen: das Trommelunterteil, das Trommeloberteil, das Mittel zum Klären. Derart ist es möglich, einen Teil der Trommel oder vorzugsweise sogar die gesamte Trommel - vorzugsweise nebst den Zulauf- und Ablaufsystemen bzw. -bereichen - für eine Einmalverwendung auszulegen, was insbesondere in Hinsicht für die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte wie Fermentationsbrühen oder dgl. von Interesse und Vorteil ist, da nach dem Betrieb zur Verarbeitung einer entsprechenden Produktcharge im während der Verarbeitung der Produktcharge vorzugsweise kontinuierlichen Betrieb keine Reinigung der produktberührenden Teile der Trommel durchgeführt werden muss sondern diese insgesamt ausgetauscht werden kann. Gerade aus hygienischer Sicht ist dieser Separator damit sehr vorteilhaft. Um eine physische Trennung zwischen dieser Einweg-Trommel und dem Antrieb zu erreichen, ist eine berührungsfreie Kupplung zwischen Antrieb und Trommel vorteilhaft. Eine Weiterentwicklung zeigt die gattungsgemäße DE 10 2017 128 027. Hier sind die Lagereinrichtungen als Magnetlager ausgebildet und eine der Magnetlagereinrichtungen wird vorzugsweise auch als Antriebsvorrichtung zum Drehen der Trommel genutzt, die im Betrieb in der Schwebe gehalten wird. Damit entfallen mechanische Komponenten zum Drehen und Lagern der Trommel, was die Ausbildung als Separator mit einem Separatoreinsatz zur einmaligen Verwendung begünstigt, da ein Austausch dieses Separatoreinsatzes sehr einfach zu handhaben ist. Diese Vorteile nutzt auch die vorliegende Erfindung.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, die Auswechslung eines Separatoreinsatzes eines Separators zugunsten seiner anschließenden möglichst unkomplizierten Entsorgung zu optimieren. Der Separatoreinsatz ist dabei insbesondere als Einwegelement nutzbar bzw. ausgebildet, so dass der Trennprozess besser beherrschbar wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Separator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Der Aufbau des Separators soll eine Verminderung von Kreuzkontaminationen bei der Verarbeitung von Produkten ermöglichen
Hierfür wir ein Separatoreinsatz als eine vormontierte, wechselbare Einheit innerhalb eines Separators genutzt. Zugleich soll der wechselbare Separatoreinsatz auf einfache und unkomplizierte Weise entsorgt werden. Insbesondere soll eine getrennte Entsorgung des Separatoreinsatzes und einer darin befindliche Restflüssigkeit ermöglicht werden.
Der Separatoreinsatz kann in einer ersten Variante zum Einsetzen in Statoreinheiten an einem Gestell des Separators vorgesehen sein. In dieser Variante kann der Separatoreinsatz sowohl eine drehbar gelagerte Trommel und ein im Separationsbetrieb stillstehendes Gehäuse als vormontierte wechselbare Einheit umfassen.
Der Separatoreinsatz kann in einer zweiten Variante als Rotor mit einer rotierbar gelagerten Trommel vorzugsweise mit einem integrierten Trennmittel, insbesondere einem Trenntellerpaket, zum Einsatz in ein Gehäuse eines Separators ausgebildet sein. Das Zu- und Ableitungssystem, also die Gesamtheit aller Zu- und Ableitungen, kann dabei bevorzugt und vorteilhaft zumindest teilweise oder vollständig Bestandteil des Separatoreinsatzes sein, so dass ein gegenüber dem Gehäuse des Separators hermetisch-abgedichteter Zu- und Ablauf gewährleistet ist. Im Unterschied zur vorherigen Variante verbleibt das Gehäuse in dieser Varianten beim Wechsel des Separatoreinsatzes ein Teil des Separators. Nachteilig gegenüber der ersten Variante ist die kompliziertere Dichtung zwischen rotierenden und nicht-rotierenden Teilen. Ein Beispiel einer solchen Dichtung und ein entsprechenden axial angeordnetes Zu- und Ableitungssystems ist z.B. in der EP 2 864 053 B1 bekannt. Bei einer Zuleitung von unten können sogenannte Gleitringdichtungen eingesetzt werden, welche einen Austausch des Separatoreinsatzes möglich machen. Eine solche Dichtung ist z.B. aus der WO 2020/120358 A1 bekannt.
In beiden vorgenannten Varianten weist der Separatoreinsatz zumindest Folgendes auf: i. einen um eine Drehachse drehbaren Rotor mit einer Trommel und einer Trommelwandung. Diese kann in bevorzugter Ausführung in einem mittleren Bereich der Trommel geschlossenwandig ausgebildet ist,
Als mittlerer Bereich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der Bereich zwischen 20-80% der axialen Erstreckung der Trommel bezeichnet. ii. zumindest zwei Rotoreinheiten als Teilelemente der Magnetlagereinrichtungen an zwei axial beabstandeten Stellen des Rotors mit der Trommel, mit welchen der Rotor mit der Trommel im Separationsbetrieb innerhalb des Gehäuses in der Schwebe haltbar, drehbar lagerbar und in Drehung versetzbar ist, wobei der Separator zumindest einen Linearantrieb zum linearen Verfahren zumindest einer der beiden Aufnahmen gegenüber dem Separatoreinsatz (II, III) aufweist.
Die Entkopplung von der Magnetlagereinrichtung beim Auswechseln des Separatoreinsatzes kann einen zusätzlichen Kraftaufwand erfordern. Bei entsprechendem Eigengewicht des Separatoreinsatzes unterstützt der Linearantrieb die Entkopplung und damit die Auswechslung des Einsatzes.
Darüber hinaus kann der Separator weitere Bestandteile aufweisen, hierzu gehören u.a.: iii. vorzugsweise ein in der Trommel angeordnetes Trennmittel,
Als Trennmittel kann ein Tellerpaket aus Trenntellern genutzt werden. iv. zumindest eine Produktzulaufleitung und zwei Produktablaufleitungen aus dem Separatoreinsatz heraus;
Vorteilhaft zur weiteren Verminderung von Kreuzkontaminationen kann eine separate Drainageablaufleitung vorgesehen sein. Diese ist im Kontext der vorliegenden Erfindung vorzugsweise nicht dem Ableitungssystem zuzuordnen. v. wobei die produktberührenden Bereiche des Separatoreinsatzes, teilweise oder vollständig aus Kunststoff gefertigt sind;
In seiner Funktion zur Einmalverwendung ist die Verwendung von Kunststoff für den Separatoreinsatz optimal, um den Separatoreinsatz oder zumindest die produktberührenden Bereiche anschließend zu entsorgen. Dies ist für die Verarbeitung von vielerlei Produkten der Pharmazie, der Radiotracer-Analyse oder der Biotechnologie von Vorteil, so z.B. bei der Gewinnung von phytotoxischen Wirkstoffen, in welche die Kontamination auch beim Wechsel des Separatoreinsatzes möglichst gering gehalten werden sollte.
Ein Verfahren zum Auswechseln kann zumindest die folgenden Schritte umfassen. a) Bereitstellen des Separators mit einem am Gestell (I) oder im Gehäuse montierten ersten Separatoreinsatz (II)
Dieser erste Separatoreinsatz wird nach seinem Gebrauch gegen einen zweiten nicht-kontaminierten und ansonsten vorzugsweise identischen Separatoreinsatz ausgetauscht. Es ist allerdings auch möglich, dass je nach Trennaufgabe die Separatoreinsätze und vorzugsweise die Trennmittel der Separatoreinsätze variieren. b) Einleiten eines zu separierenden Ausgangsproduktes in den Separator; c) Ausleiten, eines vom Produktgemisch separierten ersten und zweiten Produktstromes durch die zwei separaten Produktablaufleitungen aus dem Separator während eines Separationsbetriebes des Separators;
Der Separationsbetrieb wird nachfolgend auch verkürzt als „Betrieb“ bezeichnet. Dabei erfolgt eine Trennung der Produkte nach ihrer Dichte im Zentrifugalfeld des Separators. d) Halt des Separationsbetriebes und Ablassen einer in der Trommel verbliebenen Restflüssigkeit;
Bei Halt oder Stopp des Separationsbetriebes erfolgt ein Ablassen einer in der Trommel verbliebenen Restflüssigkeit, vorzugsweise als eine schwerkraftbedingte Entleerung.
Die Trommel kann sich beim Halt des Separationsbetriebes noch im geringen Umfang bewegen, wobei allerdings die Schwerkraft überwiegt und die Entleerungsrichtung vorgibt.
Wird eine separate Drainageablaufleitung eingesetzt, so befindet sich diese vorzugsweise entlang einer Bodenfläche des Separatoreinsatzes, um eine möglichst vollständige Entleerung des Einsatzes zu gewährleisten.
Erfolgt der Schritt d) bei einem Separatoreinsatz, in welchem Gehäuse und Rotor in einer vormontierten Einheit vereint sind, so kann die Drainage derart angeordnet sein, dass sowohl die Trommel als auch das Gehäuse von Restflüssigkeit über die Drainageablaufleitung entleert wird. Es können auch mehr als eine Drainageablaufleitung für diesen Zweck vorgesehen sein. e) Austausch des entleerten kontaminierten Separatoreinsatzes aus dem Gestell oder Gehäuse des Separators gegen einen unbenutzten Separatoreinsatz.
Der entleerte kontaminierte Separatoreinsatz kann sodann entsorgt werden, ohne dass die Restflüssigkeit noch abgelassen werden muss. Bei der Verarbeitung von besonders problematischen Produkten, z.B. Gefahrenstoffe verschiedener Gefahrenklassen, empfiehlt sich eine sofortige kontaminationsdichte Verpackung des Separatoreinsatzes. Ein Ablassen von Restflüssigkeit im demontierten Zustand des Separatoreinsatzes ist unpraktikabel und kann erhöhte Sicherheitsstandards erfordern.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung erfolgt die Verarbeitung des Ausgangsproduktes, z.B. einer Suspension, durch einen Separator mit einem Gestell und einem an dem Gestell wechselbar angeordneten Separatoreinsatz, wobei der Separatoreinsatz zur Trennung einer fließfähigen Suspension in einem Zentrifugalfeld in wenigstens zwei fließfähige Phasen verschiedener Dichte ausgelegt ist und eine vormontierte, wechselbare Einheit zum Einsetzen in Statoreinheiten am Gestell des Separators bildet und zumindest folgendes aufweist: ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse, das nach Art eines Behälters ausgelegt ist, der bis auf eine Mehrzahl an Öffnungen geschlossen ausgelegt ist, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten und um eine Drehachse drehbaren Rotor mit einer Trommel, welche eine oder mehrere Öffnungen aufweist, vorzugsweise ein in der Trommel angeordnetes Trennmittel, zumindest zwei Rotoreinheiten für Magnetlagereinrichtungen an zwei axial beabstandeten Stellen des Rotors mit der Trommel, mit welchen der Rotor mit der Trommel im Betrieb innerhalb des Gehäuses in der Schwebe haltbar, drehbar lagerbar und in Drehung versetzbar ist, wobei ferner an dem Gestell voneinander beabstandete Aufnahmen mit Statoreinheiten der Lagereinrichtungen ausgebildet sind, zwischen welchen das Gehäuse des Separatoreinsatzes drehfest gehalten ist, so dass der Rotor drehbar bleibt, wobei die relative Lage der Aufnahmen mit den Statoreinheiten der Lagereinrichtungen derart veränderbar ist, dass der Separatoreinsatz auswechselbar ist, wobei das Gehäuse und die Aufnahmen korrespondierende Formschlussmittel aufweisen, um das Gehäuse drehfest an den Aufnahmen zu halten.
„Im Betrieb“ bedeutet während einer zentrifugalen Verarbeitung, wenn sich der Rotor dreht.
Es ist somit möglich, einen Separator zu schaffen, der ein Einwegmodul mit Einwegkomponenten „Trommel“ und „Gehäuse“ aufweist, wohingegen zumindest das Gestell sowie Teile der Lager- und Antriebsvorrichtung wiederverwendbar sein können. Durch Verändern der Lage können die korrespondierenden Formschlussmittel in und außer Eingriff gebracht werden, um den Separatoreinsatz zu wechseln.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Separators, bei dem ein Einweg-Se- paratoreinsatz verwendbar ist, der vorzugweise derart ausgebildet ist, dass sämtliche produktberührenden Komponenten aus Kunststoff oder anderen nichtmagnetischen Werkstoffen gefertigt sind, die nach einmaligem Gebrauch entsorgt werden können. Eine Reinigung nach Benutzung entfällt somit. Die Maschine und deren Betrieb können damit deutlich günstiger werden. Magnete können ggf. recycelt werden.
Dabei ist es einfach und sicher, dass an dem Gestell zueinander beabstandete Aufnahmen der Lagereinrichtungen ausgebildet sind, zwischen welche der Separatoreinsatz drehfest wechselbar einsetzbar ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Separatoreinsatz form- und kraftschlüssig drehfest an dem Gestell befestigbar ist. Es können die Aufnahmen und das Gehäuse nach einer besonders einfachen Variante als korrespondierende Formschlussmittel korrespondierende Stifte und Ausnehmungen aufweisen, um das Gehäuse drehfest an den Aufnahmen zu halten. Besonders einfach ist, wenn sich Aufnahmen und Stifte jeweils axial erstrecken.
Es kann dazu weiter vorgesehen sein, dass die Lage der Aufnahmen, insbesondere an der Konsole verstellbar ist, um den Separatoreinsatz wechseln zu können. Hierzu kann der relative Abstand der Aufnahmen verstellbar sein, es kann/können aber auch eine oder beide Aufnahmen klappbar, schwenkbar, drehbar oder verschiebbar ausgeführt werden, um den Separatoreinsatz zwischen die Aufnahmen platzieren zu können. Vorzugsweise ist nach einer Variante die relative vertikale Lage durch Verstellen des vertikalen relativen Abstands der Aufnahmen mit den Statoreinheiten der Lagereinrichtungen derart veränderbar, dass der Separatoreinsatz auswechselbar ist, so dass durch das Verstellen die korrespondierenden Formschlussmittel in und außer Eingriff bringbar sind.
Derart ist das Wechseln des Separatoreinsatzes nach dem Verarbeiten einer Charge jeweils einfach und schnell durchführbar.
Nach einer besonders einfachen ersten Variante kann nur die eine der beiden Aufnahmen verstellbar, insbesondere höhenverstellbar, an dem Gestell, insbesondere an der Konsole, angeordnet sein und die andere Aufnahme ortsfest an dem Gestell, insbesondere an der Konsole, angeordnet sein. Alternativ ist es möglich, dass beide Aufnahmen verstellbar, insbesondere höhenverstellbar, an dem Gestell insbesondere an der Konsole, angeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Separators sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie bereits zuvor erwähnt, kann der Separatoreinsatz eine zusätzliche Drainageablaufleitung zum Ablassen der in der Trommel verbliebenen Restflüssigkeit in Schritt d) aufweisen. Diese ist insbesondere zusätzlich zum Zu- und Ablaufsystem des Separatoreinsatzes vorgesehen. Dies macht zusätzliche Umleitungen und Regelorgane, anders als bei der Entleerung über einen bodenseitigen Zulauf, überflüssig.
Das Ablassen der in der Trommel verbliebenen Restflüssigkeit in Schritt d) kann ein Sammeln der Restflüssigkeit außerhalb des Separatoreinsatzes in einem Sammelbehälter, vorzugsweise einem Drainagebeutel, umfassen. Somit kann die Restflüssigkeit unmittelbar vor dem Auswechseln aus der vorzugsweise hermetischen Umgebung des Separatoreinsatzes in eine ebenfalls hermetische Umgebung eines kontaminationsdichten Sammelbehälters überführt werden. Der Inhalt des Sammelbehälters kann mittels einer Gewichtsmessung des leeren Behälters und des gefüllten Behälters ermittelt werden, so dass eine sehr exakte Gewichtsbestimmung des Anteils an Restflüssigkeit erfolgen kann. Bei Gefahrenstoffen, z.B. Phytotoxinen oder Radionukliden, kann eine exakte Bestimmung der Restmenge aufgrund verschiedener nationaler Regularien notwendig sein.
Das Entleeren der in der Trommel verbliebenen Restflüssigkeit kann, alternativ zu einer Drainageablaufleitung, auch durch das Ablassen in Schritt d) auch über eine Produktzulaufleitung erfolgen. Ist die Produktzulaufleitung Teil des wechselbaren Separatoreinsatzes, so kann diese automatisch mit ausgewechselt werden. Ist ein Teil der Produktzulaufleitung oder ein Teil des Zulaufsystems mit produktberührenden Flächen Teil des Gehäuses, so kann dieser Teil vorzugsweise wechselbar ausgestaltet, so dass dieser gemeinsam mit dem Separatoreinsatz entsorgt werden kann. Dies kann allerdings zusätzliche Schritte der Demontage nach sich ziehen.
Die Produktzulaufleitung oder ein damit verbundenes nachgeordnetes Leitungselement, vorzugsweise ein Schlauch oder Rohr, kann ein Umschaltventil zwischen einem Restflüssigkeits-Sammelbehälter und einem Ausgangsprodukt-Behälter aufweisen, wobei das Umschaltventil beim Ablassen in Schritt d) betätigt wird. Eine Steuereinheit kann sowohl den Betriebsablauf des beschriebenen Verfahrens als auch die Betätigung des Umschaltventils, sowie ggf. weiterer Bauteile zum Betrieb des Separators, z.B. einer Schlauchpumpe, vornehmen.
Der Separatoreinsatz kann in einer Variante der vorliegenden Erfindung als ein austauschbarer rotierbar gelagerter Rotor mit einem integrierten Zu- und Ablaufsystem innerhalb des Gehäuses des Separators ausgebildet sein, wobei das Einleiten des Ausgangsproduktes in Schritt b) und das Ablassen der Restflüssigkeit in Schritt d) über die Produktzulaufleitung des Zulaufsystems erfolgt, wobei vor dem Ablassen der Restflüssigkeit in Schritt d) ein Austausch eines an der Produktzulaufleitung angeschlossenen Zuleitungselements gegen ein Ableitungselement mit dem Sammelbehältnis erfolgt.
Der mittlere geschlossenwandige Bereich der Trommel kann sich vorteilhaft über 20- 80% der axialen Erstreckung der Trommel erstrecken.
Insbesondere bei der ersten Variante, in welcher der Separatoreinsatz das Gehäuse und den Rotor aufweist, ist es von Vorteil, wenn zumindest eine Produktablaufleitung, insbesondere die Produktablaufleitung eines schweren Produktstromes mit einer Pumpe, wie z.B. einer Schlauchpumpe, insbesondere einer Schlauchquetschpumpe, verbunden ist, wobei durch die Pumpe eine Druckeinstellung in der Produktablaufleitung erfolgt. Dadurch kann durch die Pumpe, z.B. durch Reduzierung des Durchflussvolumens, ein Gegendruck zu einem als Greifer ausgebildeten Produktablauf der schweren Phase innerhalb des Separatoreinsatzes erzeugt werden.
Die Pumpe kann während des Ablassens in Schritt d) ausgeschaltet werden oder mit gegenüber Schritt c) vermindertem Druck arbeiten, so dass die Restflüssigkeit schwerkraftbedingt abfließen kann. Die Produktablaufleitung kann alternativ auch ein Regelorgan zur Druckminderung, vorzugsweise ein Ventil, besonders bevorzugt ein Sperrventil, aufweisen, so dass die Entleerung über die Drainaigeablaufleitung sichergestellt ist. Die Restflüssigkeit kann alternativ oder zusätzlich auch über diese Drainaigeablaufleitung mit Unterdrück abgepumpt werden.
Weiterhin kann vorteilhaft in Schritt d) sowohl die Restflüssigkeit aus der Trommel als auch aus dem Gehäuse abgelassen werden. Dies gilt insbesondere für die erste Variante in welchem Gehäuse und Trommel Teil des Separatoreinsatzes sind.
Die Entnahme des kontaminierten ersten Separatoreinsatzes in Schritt e) zum Austausch gegen einen neuen zweiten Separatoreinsatz kann vorteilhaft durch Änderung der relativen Lage der Aufnahmen mit den Statoreinheiten der Lagereinrichtungen erfolgen.
Ein vorteilhaftes und einfaches Verfahren zum Wechseln eines ersten Separatoreinsatzes eines Separators in Schritt e) gegen einen zweiten Separatoreinsatz kann besonders bevorzugt mit folgenden Schritten erfolgen: a) Bereitstellen des Separators mit einem ersten am Gestell montierten ersten Separatoreinsatz, b) Verstellen der relativen Lage, insbesondere des relativen Abstandes, der Aufnahmen und Lösen des Formschlusses zwischen Gestell und Separatoreinsatz und Herausnehmen des ersten Separatoreinsatzes aus den Aufnahmen; c) Bereitstellen des zweiten Separatoreinsatzes (vor, bei oder nach den Schritten a) und b); d) Einsetzen des anderen zweiten Separatoreinsatzes in die eine der Aufnahmen, so dass die korrespondierenden Formschlussmittel an einem Ende des Gehäuses und an einer der Aufnahmen ineinander greifen; und e) Verstellen der relativen Lage, insbesondere des relativen Abstandes, der Aufnahmen, bis die korrespondierenden Formschlussmittel an beiden Enden des Gehäuses des Separatoreinsatzes und an den beiden Aufnahmen drehtest ineinander greifen.
Das Ausleiten eines vom Produktgemisch separierten ersten und zweiten Produktstromes durch die zwei separaten Produktablaufleitungen aus dem Separator während eines Separationsbetriebes des Separators kann vorteilhaft derart erfolgen, dass es außerhalb des Separatoreinsatzes keine Verbindungen zwischen dem Produktzulaufsystem und Produktablaufsystem gibt. Somit wird eine hermetische kontaminationsfreie Ableitung der Produktzu- und ablaufströme erreicht.
Weiterhin kann das Ausleiten eines vom Produktgemisch separierten ersten und zweiten Produktstromes durch die zwei separaten Produktablaufleitungen aus dem Separator während eines Separationsbetriebes des Separators derart erfolgen, dass es außerhalb des Separatoreinsatzes keine Verbindungen zwischen dem Produktablaufsystem und Drainageablaufsystem gibt. Das Drainageablaufsystem umfasst vorzugsweise die vorgenannte Drainageablaufleitung, ggf. eine zusätzliche an der Drainageablaufleitung außerhalb des Separatoreinsatzes angeschlossene Rohr- oder Schlauchleitung und den vorgenannten Sammelbehälter.
Zudem erfolgt das Ablassen von Restflüssigkeit aus dem Separator bei Halt des Separationsbetriebes des Separators in Schritt d) vorzugsweise derart, dass es außerhalb des Separatoreinsatzes keine Verbindungen zwischen dem Produktzulaufsystem und Drainageablaufsystem gibt.
Somit ist der Produktzulauf und/oder der Produktablauf ebenfalls hermetisch gegenüber dem Drainagesystem ausgebildet, wodurch Kreuzkontaminationen vermieden werden.
Die Drainageablaufleitung umfasst einen am Gehäuse mediumsdicht angeformten Stutzen mit einer produktberührenden Oberfläche sowie eine daran, vorzugsweise hermetisch angeschlossene, Rohr- oder Schlauchleitung zur Abführung der Restflüssigkeit in den Sammelbehälter. Der Stutzen steht nach außen aus dem Gehäuse hervor. Vorzugsweise steht der besagte Stutzen gegenüber der benachbarten Außenwand des Gehäuses hervor.
Das Gehäuse weist vorzugsweise einen Produktzulauf mit einer Zulaufleitung sowie einen ersten und einen zweiten Produktablauf auf, wobei die Drainageablaufleitung als separate Leitung gegenüber dem Produktzulauf und Produktablauf angeordnet ist. Die Zulaufleitung kann einen in den Innenraum des Gehäuses ragenden Zulaufstutzen aufweisen. Dadurch wird ein Höhenunterschied zwischen der Zulauföffnung und der Öffnung des Drainageablaufs erreicht, so dass ein Verschließen des Produktzulaufs zum Ableiten der Restflüssigkeit nicht notwendig ist.
Die Schlauch- oder Rohrleitungen kann endständig eine Sterilkupplung aufweisen.
Das Produktzulaufsystem kann vorteilhaft eine Pumpe, vorzugsweise eine Kreiselpumpe, aufweisen, welche vorzugsweise nach dem Halt in Schritt d) ausgetauscht wird.
Das Produktzulaufsystem, das Produktablaufsystem und das Drainagesystem können vorzugsweise als wechselbare Systeme, insbesondere auf oder an die Produktzulaufleitung, die Produktablaufleitungen und/oder die Drainageablaufleitungen gesteckte Schlauch- oder Rohrleitungen umfassen.
Vorteilhaft kann ein Durchfluss des Produktzulaufs oder ein zum Durchfluss äquivalenter physikalischer Messwert zur Regelung der Pumpenleistung, insbesondere durch eine Messung ohne Mediumskontakt, ermittelt werden.
Die Pumpe und der Durchflussmesser kann zur optimalen Messwerterfassung in einer Steigleitung des Produktzulaufsystems angeordnet sein.
Eine Ableitung einer schweren Phase des Produktablaufsystems kann eine Pumpe, vorzugsweise eine Schlauchpumpe aufweisen, welche nach dem Halt in Schritt d) als Teil des Separators verbleibt, während das mit der Pumpe verbundene Leitungselement ausgetauscht wird.
Die Ableitung der schweren Phase kann einen Durchflussmesser und/oder einen Drucksensor zur Einstellung des Drucks im Ablauf der schweren Phase anhand der Drehzahl der Pumpe aufweisen, wobei zumindest der Durchflussmesser entlang einer Steigleitung angeordnet ist.
In einer Ableitung der leichten Phase kann vorteilhaft ein Behälter angeordnet sein, in welchem die leichte Phase zwischengespeichert wird. In der Ableitung der leichten Phase kann vorzugsweise ein optischer Sensor zur Qualitätskontrolle, vorzugsweise strömungsmechanisch hinter dem Behälter, angeordnet sein.
In der Ableitung der leichten Phase kann zudem eine Pumpe, vorzugsweise strömungsmechanisch hinter dem Behälter, angeordnet sein.
Die Pumpenleistung kann durch das messtechnische Erfassen des Gewichts des Behälters, vorzugsweise mittels einer Wägezelle, geregelt werden.
Der Umfang der in Schritt d) abgelassene Restflüssigkeit kann u.a. aus Gründen einer Bilanzierung ebenfalls messtechnisch erfasst werden.
Vorteilhaft kann vor oder während der Schritte b) und c) ein Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff oder ein Edelgas den Separatoreinsatz, insbesondere durch einen oder mehrere am Gehäuse des Separatoreinsatzes separat zu den Produktzu- und abläufen angeordneten Anschlussstutzen eingeleitet werden.
Weiterhin kann vorteilhaft vor Schritt b) Luft durch den oder die Anschlussstutzen aus dem Separatoreinsatz abgesaugt werden, z.B. um anschließend den Separatoreinsatz mit Schutzgas zu fluten.
Schließlich kann zur Beschleunigung und zur Gewährleitung der Vollständigkeit der Entleerung während des Entleerens des Separatoreinsatzes gemäß Schritt c) Luft durch den oder die Anschlussstutzen in den Separatoreinsatz eingeleitet werden.
Nachfolgend sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, welche insbesondere die erste Variante des Separatoreinsatzes eines erfindungsgemäßen Separators betreffen.
Es ist weiter insbesondere konstruktiv vorteilhaft und einfach, wenn eine oder beide Aufnahmen verschieblich an dem Gestell insbesondere an der Konsole, angeordnet ist/sind.
Weiter vorteilhaft ist, wenn beim Einsetzen des Separatoreinsatzes in eine oder beide der Aufnahmen einer oder mehrere axial abgehende Schläuche an dem Separatoreinsatz durch eine jeweilige Durchgangsöffnung der jeweiligen Aufnahme geführt sind. Es ist dabei bevorzugt, da einfach und praktisch, dass die Rotoreinheiten an den beiden axialen Enden der Trommel angeordnet sind, und dass zwei korrespondierende Statoreinheiten am Gestell des Separators ausgebildet sind. Derart werden an beiden axialen Enden der Trommel Magnetlagereinrichtungen gebildet.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass erfindungsgemäß die funktional erforderliche Lage der Statoreinheiten und der Rotoreinheiten zueinander gut mechanisch sichergestellt ist. Dies betrifft besonders die genaue axiale und radiale Zentrierung der jeweils koaxial ineinander liegenden Stator- und Rotoreinheiten.
Die Erfindung schafft auch einen Separatoreinsatz zur Trennung einer fließfähigen Suspension in einem Zentrifugalfeld in wenigstens zwei fließfähige Phasen verschiedener Dichte, der eine vormontierte, wechselbare Einheit zum Einsetzen in Statoreinheiten am Gestell des Separators bildet und zumindest folgendes aufweist: ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse, das nach Art eines Behälters ausgelegt ist, der bis auf eine oder eine Öffnungen geschlossen ausgelegt ist, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten und um eine Drehachse drehbaren Rotor mit einer Trommel, welche eine oder mehrere Öffnungen aufweist, ein in der Trommel angeordnetes Trennmittel, zumindest zwei Rotoreinheiten für Magnetlagereinrichtungen an zwei axial be- abstandeten Stellen der Trommel, mit welchen der Rotor mit der Trommel im Betrieb innerhalb des Gehäuses in der Schwebe haltbar, drehbar lagerbar und in Drehung versetzbar ist, wobei das Gehäuse Formschlussmittel aufweist, um das Gehäuse drehfest an einem Widerlager zu halten. Dieser Separatoreinsatz eignet sich insbesondere für einen Separator als Wechselmodul, wobei das Gestell, insbesondere dessen Aufnahmen, das bzw. die Widerlager bildet.
Nach einer vorteilhaften Variante stellt mindestens eine der beiden Magnetlagereinrichtungen vorzugsweise auch den Drehantrieb für die Trommel dar, wobei dieser Antrieb auch geeignet ist die Trommel mit frei einstellbaren Drehzahlen bzw. frei wählbarer Drehrichtung anzutreiben. Dabei kann vorzugweise vorgesehen sein, dass eine oder beide Magnetlagereinrichtungen radial und axial lagernd wirken und den Rotor im Betrieb im Behälter zu diesem beabstandet in der Schwebe halten.
Im Zusammenspiel bilden die Rotor- und Statoreinheiten Magnetlagereinrichtungen aus. Mit diesen kann die Trommel axial und radial gelagert werden und in der Schwebe gehalten werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften und konstruktiv besonders einfach umsetzbaren
Variante ist ergänzend vorgesehen, dass eine weitere Öffnung der Trommel als freier radialer Auslass für eine zweite der fließfähigen Phasen aus der Trommel in das Gehäuse ausgelegt ist, aus dem sie ableitbar ist. Es kann dazu ferner vorteilhaft und einfach vorgesehen sein, dass dem freien Auslass eine Fang-Ringkammer des Gehäuses zugeordnet ist, die einen Ablauf aus dem Gehäuse aufweist.
Nach einer anderen vorteilhaften und konstruktiv besonders einfach umsetzbaren Variante kann aber auch ergänzend vorgesehen sein, eine weitere Öffnung der Trommel zur Ableitung der weiteren fließfähigen Phasen aus der Trommel als eine Schälscheibe auszubilden. Es kann dann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Schälscheibe ein Ableitungsrohr aufweist, das koaxial zum Zuleitungsrohr ausgebildet ist und koaxial zu diesem aus der Trommel und durch die Öffnung in der ersten axialen Begrenzungswand des Gehäuses geführt ist.
Um den Trennprozess gut zu beherrschen, das heißt steuern oder regeln zu können, kann ferner vorgesehen sein, dass der ersten Schälscheibe und/oder der zweiten Schälscheibe strömungsseitig - also ggf. jeweils ablaufseitig - ein Regelventil nachgeschaltet ist, das oder die von einer Steuereinrichtung ansteuerbar sind.
Es kann weiter bevorzugt vorgesehen sein, dass in der Trommel als Trennmittel ein Tellerpaket angeordnet ist und dass eine Schälscheibe konstruktiv raumsparend und einfach in der Trommel unterhalb des Verteilers und unterhalb des Tellerpakets angeordnet ist, also in einem Bereich, der sonst oft zum Befestigen einer Antriebsspindel benötigt wird, die hier nicht erforderlich ist. Diese Schälscheibe dient zur Ableitung der ersten fließfähigen Phase aus der Trommel.
Es ist bevorzugt - da konstruktiv einfach und sicher - dass die Rotoreinheiten für die Magnetlagereinrichtungen an den beiden axialen Enden der Trommel angeordnet sind und dass das Zulaufrohr und das Ablaufrohr der ersten Schälscheibe jeweils eine dieser beiden Rotoreinheiten axial durchsetzt.
Es ist besonders vorteilhaft und praktisch, dass der Separatoreinsatz als vormontierte Einheit ausgebildet ist. Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass sämtliche produktberührenden Elemente dieses Einsatzes aus Kunststoff oder einem anderen nichtmagnetischen Material bestehen, wobei er als Ganzes wechselbar ist und nach Gebrauch vollständig entsorgt werden kann. Eine Reinigung und ggf. eine Dampfsterilisation des Separatoreinsatzes sind damit nicht mehr erforderlich. Es kann die jeweilige Lagereinrichtung, die neben einer Radiallagerung auch eine Axiallagerung der Trommel und/oder einen Drehantrieb bewirkt, permanent- und/oder elektromagnetisch wirken.
Am Außenumfang ist das Zulaufrohr oder ein dieses umgebender Schälscheibenschaft vorzugsweise abgedichtet in das Gehäuse eingesetzt oder mit diesem einstückig ausgebildet.
Die Trommel kann einfach konisch oder doppeltkonisch ausgebildet sein. Sie kann ergänzend oder alternativ auch einen oder mehrere zylindrische Abschnitte aufweisen. Sie kann zudem aus mehreren Teilen, insbesondere einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt sein, wobei diese Teile vorzugsweise nach dem Einbau innerer Komponenten und ihrem Zusammenbau miteinander verbunden sind (z.B. durch Verkleben oder Verschweißen). Analog kann das Gehäuse aus mehreren Teilen, insbesondere einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt sein, wobei diese Teile vorzugsweise nach dem Einbau innerer Komponenten - insbesondere dem Rotor - und ihrem Zusammenbau miteinander verbunden sind (z.B. durch Verkleben oder Verschweißen).
Die Abläufe können Stutzen an der Außenseite des Gehäuses aufweisen, die am Außenumfang abgedichtet an diesem ausgebildet sind, so dass derart auf einfache Weise Schläuche oder dgl. anschließbar sind. Die Schläuche können auch bereits an den Stutzen vormontiert sein, so dass diese komplett und bei Bedarf keimfrei verschlossen sind. Die Stutzen können sich z.B. radial, tangential oder schräg zur Radialrichtung erstrecken.
Der gesamte Separatoreinsatz kann nach seiner Herstellung insofern auch als abgedichtete Einheit bereitgestellt werden, in welche keine Verunreinigungen eintreten können. Dazu können die Stutzen an den Öffnungen des Gehäuses abgedichtet lösbar verschlossen sein. So können an den Stutzen Schlauchabschnitte angeordnet sein, die öffenbare und verschließbare Konnektoren aufweisen, mit welchen der Separatoreinsatz an weitere Elemente des Zu- und Ablaufsystems wie Beutel oder Tanks oder Schlauch- oder Rohrleitungen anschließbar ist.
Diese Separatoren sind zum Betrieb bei variablen, auch relativ hohen Drehzahlen geeignet. Zudem kann er auch gut für eine Einmalverarbeitung - beispielsweise für eine zentrifugale Trennung einer Produktcharge einer fließfähigen Fermentationsbrühe als Suspension - von z.B. 1001 bis einige Tausend, z.B. 4000 I - in verschiedene Phasen - genutzt werden und danach entsorgt werden. Dabei besteht ein besonderer Vorteil darin, dass alle produktberührenden Komponenten des Separators als vorgefertigte und bereits keimfreie Einheit eingebaut, betrieben und anschließend entsorgt werden können. Diese vorgefertigte Einheit besteht zumindest aus dem Rotor mit der Trommel, den Trenntellern, dem Zulaufverteiler und den Rotormagneten bzw. Rotoreinheiten, sowie dem Gehäuse mit den Zu- und Abläufen. Des Weiteren kann die Einheit zudem Zu- und Ablaufleitungen (bspw. Schläuche) sowie Messequipment oder weitere produktberührte Komponenten enthalten, die zum Einmalgebrauch vorgesehen sind und nach Benutzung zusammen mit der Separatoreinheit entsorgt werden.
Und schließlich kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse ausschließlich die Öffnungen für Zulaufrohre und für Abläufe aufweist und ansonsten hermetisch geschlossen ausgebildet ist. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Zulaufrohre und die Abläufe nach Art von Stutzen aus dem Gehäuse nach außenvor- stehen, wobei diese Stutzen mit dem Gehäuse abgedichtet verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sind.
Jeder der Aufnahmen kann einen separaten Linearantrieb zum linearen Verfahren jeweils einer der beiden Aufnahmen gegenüber dem Separatoreinsatz aufweisen.
Alternativ kann auch nur eine der beiden Aufnahmen einen Linearantrieb aufweist, wobei die beiden Aufnahmen zeitgleich, vorzugsweise synchron, verfahrbar sind. Die zeitgleiche oder synchrone Verfahrbarkeit kann besonders bevorzugt durch ein Getriebe, z.B. ein Zahngetriebe, erreicht werden, welches Teil des Separators ist.
Das Gestell kann ein Tragblech aufweisen, welches es ermöglicht den Separatoreinsatz beim Einsetzen in das Gestell zeitweise abzustützen.
Das Tragblech kann eine Stützvorrichtung, vorzugsweise einen Stützstrebe, besonders bevorzugt eine Teleskopstange, insbesondere eine federgelagerte Teleskopstange, aufweisen.
Das Tragblech weist insbesondere eine Ausnehmung zur Aufnahme des Separatoreinsatzes auf. Die Ausnehmung kann ein vollumfängliches Umgreifen des Separatoreinsatzes oder ein teilweises Umgreifen des Separatoreinsatzes, z.B. durch zwei Schenkel, ermöglichen. In diesem Zusammenhang braucht die Ausnehmung nicht vollständig geschlossen sein. Zumindest eine der Aufnahmen, vorzugsweise jede der Aufnahmen, kann eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche ein Schlauch zur Produktzuleitung und/oder -ableitung geführt ist, und wobei die Aufnahme gegenüber dem Schlauch linear beweglich gelagert sind. Der Antrieb z.B. ein Motor ist vorzugsweise um die Durchgangsöffnung herum angeordnet.
Der Linearantrieb kann insbesondere einen Mitnehmer und einen Stator aufweisen, wobei der Mitnehmer als Schlitten ausgebildet und an einer der Aufnahmen befestigt ist und wobei der Stator als Führungsschiene ausgebildet und an dem Gestell, vorzugsweise an einer Konsole des Gestells, befestigt ist.
Der Mitnehmner kann zuverlässig jeweils an einer der Aufnahmen befestigt sein.
Der Separatoreinsatz kann einen oder mehrere Umfangsanschläge zur Auflage auf dem Tragblech aufweisen. Dies kann beispielsweise eine umfänglich umlaufende Manschette sein, welche eine breitflächige Auflage ermöglicht.
Die Aufnahmen können insbesondere um den gleichen Betrag verfahrbar ausgebildet sein, um eine optimale Kraftaufnahme bei der Demontage zu erreichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei auch weitere vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen diskutiert werden. Es sei betont, dass die nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispiele die Erfindung nicht abschließend beschreiben sollen, sondern dass auch nicht dargestellte Varianten und Äquivalente realisierbar sind und unter die Ansprüche fallen. Es zeigt:
Figur 1 : eine schematische, schnittartige Darstellung eines ersten wechselbaren
Separatoreinsatzes eines Separators nebst einer schematischen Darstellung eines Zu- und Ablaufsystems und einer Steuereinheit des Separators;
Figur 2: eine schematische, schnittartige Darstellung eines zweiten wechselbaren Separatoreinsatzes eines Separators nebst einer schematischen Darstellung eines Zu- und Ablaufsystems und einer Steuereinheit des Separators; Figur 3: eine schematische Darstellung eines Separators mit einem wiederverwendbaren Gestell und einem wechselbaren Separatoreinsatz, letzterer hier nach Art der Fig. 1 , mit daran angeordneten Schlauchabschnitten;
Figur 4: eine perspektivische Ansicht des wechselbaren Separatoreinsatzes aus
Fig. 1 und 3 mit daran angeordneten Schlauchabschnitten;
Fig. 5 - 7 drei aufeinander folgende Schritte bei einem Einsetzen des wechselbaren Separatoreinsatzes aus Fig. 4 in das Gestell der Fig. 3;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung des Separators und des Separatoreinsatzes der Fig. 1 -7 als weiteres Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 schematische Darstellung einer Installation zur Ausführung eines Verfahrens zum Auswechseln eines Separatoreinsatzes;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Separatoreinsatzes in Abwandlung der Varianten der Fig. 1 -8 mit einer integrierten Drainageablaufleitung; und
Fig. 11 eine weitere Ausführungsvariante mit einem Rotor als Separatoreinsatz und einem Gehäuse als fester nicht-wechselbarer Bestandteil des Separators;
Fig. 12 eine weitere Ausführungsvariante eines Separatoreinsatzes, welcher an seinem Gehäuse wenigstens einen Anschlussstutzen zum Zu- oder Ableiten von Gas aufweist und
Fig. 13 eine weitere Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Separators mit Separatoreinsatz.
Figur 1 -13 zeigt mehrere Separatoren mit einem mehrfach verwendbaren Gestell I und mit einem wechselbaren Separatoreinsatz II zur zentrifugalen Trennung. Ein Auswechseln des Separatoreinsatzes kann dabei insbesondere durch die Ausführungsvarianten der Fig. 9-12 realisiert werden, in welchen eine Drainageablaufleitung 120 vorgesehen ist. Der Separatoreinsatz könnte grundsätzlich auch nach Art der der Fig. 1 oder Fig. 2 ausgestaltet sein und ggf. noch um eine nicht-dargestellte Drainageablaufleitung ergänzt werden.
Der Separatoreinsatz II ist vorzugsweise als vorgefertigte Einheit ausgebildet. Insbesondere ist der Separatoreinsatz II als ein als Ganzes tauschbarer bzw. wechselbarer sowie als vormontierte Einheit ausgelegter Einweg-Separatoreinsatz ausgebildet, der ganz oder zum überwiegenden Teil aus Kunststoff- oder Kunststoff-Verbund- werkstoffen aufgebaut ist.
Der Separatoreinsatz (zu dem nicht die Elemente 4a und 5a gehören) ist separat beispielhaft in Figur 1 und 2 dargestellt. Er kann nach der Verarbeitung einer Produktcharge entsorgt und gegen einen neuen Separatoreinsatz II ausgetauscht werden kann.
Nach Fig 1 und 2 weist der Separatoreinsatz II des Separators jeweils ein Gehäuse 1 und den in das Gehäuse 1 eingesetzten, im Betrieb relativ zum Gehäuse 1 drehbaren Rotor 2 auf. Der Rotor 2 weist eine Drehachse D auf. Diese kann vertikal ausgerichtet sein, was dem Aufbau des Gestells I entspricht. Sie kann aber auch anders im Raum ausgerichtet werden, wenn das Gestell auch entsprechend gestaltet ist.
Der Rotor 2 des Separatoreinsatz II weist eine drehbare Trommel 3 auf. Der Rotor 2 ist an zwei axial zueinander in Richtung der Drehachse voneinander beabstandeten Orten mit jeweiligen Magnetlagereinrichtungen 4, 5 drehbar gelagert. Vorzugsweise ist der Rotor 2 bzw. es ist dann damit auch die Trommel 3 an den beiden axialen Enden drehbar gelagert. Der Separatoreinsatz II weist dabei Rotoreinheiten 4b, 5b der Magnetlagervorrichtungen 4, 5 auf. An dem Gestell 1-1 sind hingegen Statoreinheiten 4a, 5a der Magnetlagereinrichtungen 4, 5 angeordnet.
Die Magnetlagereinrichtungen 4, 5 wirken bevorzugt radial und axial und halten den drehbar gelagerten Rotor 2 bevorzugt im Gehäuse 1 zu diesem beabstandet in der Schwebe.
Ein solcher Separator mit einem einfach wechselbaren Separatoreinsatz kann bei der Verarbeitung von Produkten sinnvoll und vorteilhaft sein, bei denen mit sehr hoher Sicherheit auszuschließen ist, dass während der zentrifugalen Verarbeitung Verunreinigungen in das Produkt - eine fließfähige Suspension oder seine Phasen - eingetragen werden oder bei denen eine Reinigung und Desinfektion des Separators sehr aufwendig oder gar nicht möglich wäre. Das Gestell I weist eine Konsole 1-1 auf. Diese kann - muss aber nicht - auf einem Wagen I-2 mit Rollen I-3 gelagert sein. An der Konsole 1-1 können Aufnahmen I-4 und I-5 ausgebildet sein, die zur Aufnahme und zum Halten des Separatoreinsatzes II auch im Betrieb dienen. Vorzugsweise ragt ein erstes axiales Ende des Separatoreinsatzes II von unten in die obere Aufnahme I-4 ein oder an diese heran und ein unteres Ende des Separatoreinsatzes II ragt von oben in die andere Aufnahme I-5 ein oder an diese heran und dabei ist der Separatoreinsatz II an der Konsole 1-1 und damit am Gestell I drehfest gehalten.
Eine oder beide der Aufnahmen I-4 und/oder I-5 kann/können seitlich an dem Gestell I, insbesondere der Konsole 1-1 , angeordnet sein. Es kann dabei nach einer Variante weiter vorgesehen sein, dass z.B. die untere Aufnahme I-5 ortsfest an der Konsole I- 1 ausgebildet ist. Es ist dann vorteilhaft, dass die weitere obere Aufnahme I-4 höhenverstellbar an der Konsole 1-1 ausgebildet ist.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Konsole 1-1 eine solche vertikale Erstre- ckung/Länge aufweist, dass der Separatoreinsatz in einer ersten Position der höhenverstellbaren Aufnahme I-4 von beiden höhenverstellbaren Aufnahmen I-4, I-5 ortsfest gehalten ist und in der anderen oberen Position wechselbar ist.
Es ist derart vorteilhaft vorgesehen, dass die Aufnahmen I-4 und I-5 mit den Statoreinheiten 4a, 5a am Gestell I axial auseinander und wieder aufeinander zu bewegt werden können, um den Separatoreinsatz II zu wechseln, d.h. um den alten Separatoreinsatz II aus dem Gestell I herausnehmen und gegen einen neuen austauschen zu können. Realisierbar ist dies beispielsweise, wie im Detail in Fig. 13 dargestellt, mit einem oder mehreren elektrischen Linearantrieben 50, wobei jeweils der oder die Statoren 55, 56 der Linearantriebe 50 an der Konsole 1-1 befestigt sind und der oder die Mitnehmer 53, 54 des Linearantriebs 50 oder der Linearantriebe 50 mit den jeweiligen Aufnahme I-4 und I-5 verbunden sind. Bei größeren Antriebs- und Magnetlagereinrichtungen sind solche Linearantriebe 50 erforderlich, da die Trennung der Rotoreinheit mit dem Permanentmagnet von der Statoreinheit erhebliche Kraft erfordert.
Die Statoren 55, 56 sind dabei als Führungsschienen ausgebildet. Es können auch beide Aufnahmen I-4 und I-5 über einen einzigen Linearantrieb mit Hilfe der zusätzlichen Linearführung bewegt werden. Dabei kann die Bewegung beider Aufnahmen besonders bevorzugt synchronisiert erfolgen. Die Mitnehmer 53, 54 können als Schlitten ausgebildet sein. Dabei sind die Mitnehmern 53, 54 durch über eine mechanische Schnittstelle 51 , 52, beispielsweise über eine Flanschverbindung, mit der restlichen Aufnahme I-4 oder I-5 verbunden.
Es ist somit vorgesehen, dass der relative Abstand der Aufnahmen I-4 und I-5 mit den Statoreinheiten 4a, 4b der Lagereinrichtungen 4, 5 mittels Linearantrieben verstellbar ist, um den Separatoreinsatz II wechseln zu können.
Zum Entnehmen des Separatoreinsatzes II wird zuerst die obere Aufnahme I-4 mit Hilfe des linearen Aktuators des Linearantriebs, welcher z.B. ein Linearmotor ist, angehoben. Der Separatoreinsatz II ruht dabei auf einem Tragblech 57. Hierfür kann der Separatoreinsatz II eine umfänglich um laufende Manschette 59, als Anschlagselement aufweisen. Das Tragblech 57 weist vorzugsweise zwei, insbesondere symmetrische, Schenkel auf, welche den Separatoreinsatz II teilumfänglich umgreifen. Alternativ kann das Tragblech 57 den Separatoreinsatz II auch vollumfänglich umgreifen. Das Tragblech 57 stützt sich dabei durch eine Stützstrebe 58 an der Konsole 1-1 ab. Diese Stützstrebe 58 kann vorzugsweise als Teleskopstange ausgebildet sein.
Durch sein Gewicht und die Haltekraft der unteren Antriebs- und Magnetlagereinrichtung wird der Separatoreinsatz II nicht mit angehoben und verbleibt auf dem Tragblech, Anschließend wird die untere Aufnahme I-5 mit Hilfe des Linearmotor abgesenkt, wobei das Tragblech 57 als Widerlager für die aufzubringende Kraft dient, um die Statoreinheit der unteren Antriebs- und Magnetlagereinrichtung von der Rotoreinheit mit dem Permanentmagnet zu trennen. Sobald die Aufnahmen I-4 und I-5 auf diese Weise auseinanderbewegt wurden, kann die Separatoreinheit II entnommen werden.
Das Einsetzen einer neuen Separatoreinheit II geschieht in umgekehrter Reihenfolge. Bei auseinanderbewegten Aufnahmen I-4 und I-5 wird die Separatoreinheit II auf dem Tragblech 57 platziert. Geeignete Formschlussmittel zwischen Tragblech 57 und Separatoreinheit II verhindern eine falsche Positionierung der Separatoreinheit. Dann wird die untere Aufnahme I-5 mit dem Linearantrieb angehoben, bis die Statoreinheit und der Permanentmagnet der Rotoreinheit richtig zueinander positioniert sind. Danach wird die obere Aufnahme I-4 mit dem Linearantrieb angesenkt, bis die Statoreinheit und der Permanentmagnet der Rotoreinheit richtig zueinander positioniert sind.
In den jeweiligen Aufnahmen I-4 und I-5 können jeweilige Stator-Einheiten 4a, 5a von zwei Antriebs- und Magnetlagereinrichtungen 4 und 5 angeordnet sein. Die Steuer- und Leistungselektronik hierfür kann im oder am Gestell I, z.B. in, an oder auf der Konsole 1-1 angeordnet sein.
An den Aufnahmen I-4 und I-5 und an einem sich im Betrieb nicht drehenden Gehäuse 1 des Separatoreinsatzes II können korrespondierende Formschlussmittel ausgebildet sein, um den Separatoreinsatz II drehfest in die Statoreinheiten 4a, 5a einsetzen zu können. Die obere und die untere Statoreinheit 4a, 5a können jeweils miteinander fluchtende Achsen aufweisen.
Nach einer besonders einfachen Variante können dazu das Gehäuse 1 und die Aufnahmen I-4 oder I-5 mit den Statoreinheiten 4a, 5a als die korrespondierenden Formschlussmittel Vorsprünge (z.B. Stifte oder Stege) und Ausnehmungen (z.B. Bohrungen) aufweisen, um das Gehäuse 1 drehfest an den Statoreinheiten und damit am Gestell II zu halten. Die korrespondierenden Formschlussmittel können auch direkt am Gestell II ausgebildet sein.
Die Lage dieser korrespondierenden Formschlussmittel definiert auch die funktional erforderliche Lage der Statoreinheiten 4a, 5a und der Rotoreinheiten 4b, 5b zueinander. Dies betrifft besonders die genaue Zentrierung der jeweils koaxial ineinanderliegenden Einheiten 4a, 5a und 4b, 5b. Dabei kann durch die Aufnahmen ggf. auch in axialer Richtung eine Haltekraft (von oben und unten) auf das Gehäuse ausgeübt werden, um dieses ggf. auch kraftschlüssig zu halten.
Nach Fig. 3 bis 7 werden die vorstehenden Maßnahmen beispielhaft wie folgt umgesetzt.
Die Aufnahmen I-4 und I-5 mit den Statoreinheiten 4a, 5a des Gestells I weisen jeweils in axialer Richtung vorkragend mehrere Stifte 41 a auf, und der jeweilige Separatoreinsatz II kann am Gehäuse 1 dazu korrespondierende, sich beispielsweise in axialer Richtung erstreckende Sacklöcher als Ausnehmungen 42 bzw. 41 b aufweisen.
Dabei weist hier die Aufnahme I-4 mit der Statoreinheit 4a axial bzw. hier vertikal nach unten vorkragende Stifte 41 auf (hier nicht zu erkennen) und der Separatoreinsatz II vertikal oben korrespondierende sacklochartige Ausnehmungen 42 (hier zu erkennen) und die untere Aufnahme I-5 mit der untere Statoreinheit 5a weist entsprechend axial bzw. hier vertikal nach oben vorkragende Stifte 41 a auf (hier zu erkennen) und der Separatoreinsatz II axial unten korrespondierende sacklochartige Ausnehmungen (hier nicht zu erkennen). Rein beispielhaft sind hier jeweils vier Stifte 41 a und Ausnehmungen 41 b auf den Ecken eines gedachten Mehrecks, insbesondere Quadrates verteilt angeordnet und zwar oben und unten jeweils an den Aufnahmen I- 4, I-5 und dem Gehäuse 1 des Separatoreinsatz II ausgebildet.
In Fig. 1-7 sind entsprechende Formschlussmittel 41a, 41 b und 42 umfangsverteilt um den Separatoreinsatz II angeordnet. Es ist allerdings auch möglich, dass lediglich ein Formschlussmittel anstelle mehrerer Formschlussmittel vorgesehen ist.
Die korrespondierenden Formschlussmittel können aber auch unsymmetrisch angeordnet sein, um sicherzustellen, dass der Separatoreinsatz nur in einer einzigen Orientierung eingesetzt werden kann.
Die Statoreinheiten 4a, 5a können zu dem jeweils Öffnungen, insbesondere Durchgangsöffnungen 43 aufweisen, um nach oben und/oder unten hin Leitungen wie z.B. Schläuche 44, 45 die an den Separatoreinsatz II angeschlossen sind, aufzunehmen. Diese sind analog auch in Fig. 13 dargestellt.
Eine oder beide Aufnahmen I-4 und I-5 ist/sind vertikal verstellbar ausgebildet. Eine der beiden Aufnahmen I-4 oder I-5 kann insofern auch fix am Gestell I ausgebildet sein. So ist es auch denkbar, dass eine der beiden Aufnahmen I-4 oder I-5 - z.B. die untere - an einer Wand des Gestells I ausgebildet ist und unverstellbar ist. Es genügt dann, das Gestell I so auszubilden, dass die jeweiligen andere Aufnahmen I-4 oder I- 5 verstellbar ist, insbesondere vertikal höhenverstellbar an dem Gestell I angeordnet und/oder ausgebildet ist.
Gut zu erkennen ist dies aus dem Zusammenspiel der Fig. 3 bis 7.
Fig. 5 zeigt das Gestell I vor dem Einsetzen eines Separatoreinsatzes II.
Die beiden Statoreinheiten 4a, 5a sind relativ zueinander so weit auseinander bewegt worden, dass der jeweilige Separatoreinsatz axial zwischen die zwei Aufnahmen mit den Statoreinheiten 4a, 5a gehoben werden kann (Fig. 5, 6), wobei dann der Separatoreinsatz II so in/an die untere Aufnahme I-5 gesetzt wird (Fig. 6 und 7), dass die korrespondierenden Formschlussmittel - hier 41 , 42 - ineinander greifen. Zudem ist der Schlauch 45 am unteren Ende des Gehäuses 1 nach unten hin durch die Durchgangsöffnung 43 der unteren - und somit axial zugehörigen - Statoreinheit 5a geführt worden (Fig. 6). Jetzt wird die obere Aufnahme I-4 abgesenkt, bis auch die korrespondierenden Formschlussmittel der oberen Aufnahme I-4 und des Gehäuses 1 des Separatoreinsatzes I - hier 41 , 42 - sicher ineinander greifen (Fig. 7). Dabei werden obere Schläuche 44 an dem Gehäuse 1 durch die Durchgangsöffnung 43 der oberen Aufnahme I-4 geführt. Jetzt ist der Separatoreinsatz II sicher am Gestell I drehfest gehalten. Daher kann der Schleuder- und Trennvorgang zum Verarbeiten einer Produktcharge im Zentrifugalfeld beginnen. Nach dem Verarbeiten der vorgesehenen Charge wird die obere Separatoreinheit wieder nach oben gehoben, bis die Separatoreinheit aus dem Gestell I herausgehoben und gegen eine neue gewechselt werden kann.
Nachfolgend sei unter Bezug auf Figur 1 und Fig. 2 der weitere Aufbau beispielhafter bevorzugter Separatoreinsätze II nebst dem Aufbau des Antriebs- und Lagersystems des Separators, der Steuerung des Separators und des Zu- und Ablaufsystems des Separators näher beschrieben. Die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Insbesondere die Zu- und Ableitungen können auch anders an dem Separatoreinsatz II realisiert werden.
Zunächst können die Rotoreinheiten 4b, 5b im Wesentlichen nach Art von Innenringen aus Magneten, insbesondere Permanentmagneten, ausgebildet sein und die wiederverwendbaren Statoreinheiten 4a, 5a, können im Wesentlichen nach Art von Außenringen, die zur axialen und radialen Lagerung des Rotors 2 (z.B. oben) oder alternativ auch zum Drehantrieb (z.B. unten) genutzt werden.
Somit stellen die Rotoreinheiten 4b und/oder 5b als Teil des Separatorantriebs auch einen Teil des rotierenden Systems bzw. Rotors dar. Anders ausgedrückt ist somit der Rotor des Antriebs ein Teil der Trommel des Zentrifugalseparators.
Eine oder beide der Magnetlagereinrichtungen 4, 5 wird/werden somit vorzugsweise ergänzend auch als Antriebsvorrichtung zum Drehen des Rotors 2 mit der Trommel 3 im Gehäuse 1 genutzt. In diesem Fall bildet die jeweilige Magnetlagereinrichtung eine kombinierte Magnetlager- und Antriebseinrichtung aus. Die Magnetlagereinrichtungen 4, 5 können als Axial- und/oder Radiallager ausgebildet sein, welche die Trommel 3 an ihren Enden während des Betriebes insgesamt zusammenwirkend axial und radial lagern und insgesamt im Betrieb schwebend halten und drehen.
Die Magnetlagereinrichtungen 4 und 5 können vom grundsätzlichen Aufbau her gleich oder weitgehend gleich ausgebildet sein. Dabei kann insbesondere nur die eine der beiden Magnetlagereinrichtungen 4, 5 ergänzend auch als Antriebsvorrichtung Verwendung finden. Es sind somit jeweils korrespondierende Bauteile der Magnetlager 4, 5 am Separatoreinsatz II - an dessen Rotor 2 - und andere korrespondierende Teile am Gestell I ausgebildet. Eine oder beide Statoreinheiten 4a, 5a können dabei auch mit einer Steuer- und Leistungselektronik zum Ansteuern der elektromagnetischen Komponenten der Magnetlagereinrichtungen elektrisch verbunden sein.
Die jeweilige Magnetlagereinrichtung 4, 5 kann z.B. nach einem kombinierten elektro- und permanentmagnetischen Wirkprinzip arbeiten.
Vorzugsweise dient zumindest die untere axial wirkende Magnetlagereinrichtung 5 dazu, den Rotor 2 innerhalb des Gehäuses 1 axial durch Levitation in der Schwebe zu halten. Sie kann einen oder mehrere erste Permanentmagnete beispielsweise an der Unterseite des Rotors aufweisen und weiterhin an einer Aufnahme am Gestell Elektromagnete aufweisen, welche den oder die Permanentmagneten koaxial umgeben. Der Antrieb des Rotors kann elektromagnetisch erreicht werden. Es ist aber auch ein Antrieb über rotierende Permanentmagneten realisierbar.
Derartige Lager- und Antriebsvorrichtungen werden beispielsweise von der Firma Le- vitronix z.B. für den Antrieb von Zentrifugalpumpen verwendet (EP2 273 124 B1 ). Sie können auch im Rahmen dieser Schrift eingesetzt werden. Als Antrieb kann beispielsweise ein erster Levitronix-Motor „Unten“ eingesetzt werden, der zugleich die Trommel magnetisch radial und axial lagert. Zudem kann ein zweiter - beispielsweise bis auf die Steuerung im Betrieb baugleicher - Levitronix-Motor vorgesehen sein, welcher als das Magnetlager 4 den Rotor 2 am Kopf radial und axial lagern kann.
Die Rotordrehzahl kann mit Hilfe einer Steuereinrichtung 37 (siehe Fig. 1 oder 2) oder einer dazu separaten Steuereinrichtung der Magnetlager 4, 5 variabel eingestellt werden. Ebenso kann die Drehrichtung des Rotors 2 derart vorgegeben und verändert werden.
Im Betrieb dreht sich der Rotor 2. Dabei wird er somit axial in der Schwebe gehalten und radial zentriert. Vorzugsweise wird der Rotor 2 mit der Trommel 3 mit einer Drehzahl zwischen 1.000, vorzugsweise 5.000 bis 10.000, ggf. auch bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Die aufgrund der Rotation entstehenden Zentrifugalkräfte führen zur bereits weiter oben beschriebenen Trennung einer zu verarbeitenden Suspension in verschiedene fließfähige Phasen LP, HP unterschiedlicher Dichte und zu deren Ableitung, wie weiter unten näher beschrieben. Dabei erfolgt die Verarbeitung der Produktcharge im kontinuierlichen Betrieb, was bedeutet, dass die aus der Suspension getrennten Phasen während des Betriebs vollständig wieder aus der Trommel abgeleitet werden. Damit ist es sehr gut möglich, für einen Separator einen Separatoreinsatz nebst Gehäuse zu schaffen, der insgesamt für eine Einmalverwendung auslegt werden kann, was wiederum insbesondere in Hinsicht für die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte wie Fermentationsbrühen oder dgl. von Interesse und Vorteil ist, da nach dem Betrieb zur Verarbeitung einer entsprechenden Produktcharge im während der Verarbeitung der Produktcharge vorzugsweise kontinuierlichen Betrieb keine Reinigung der Trommel durchgeführt werden muss, da der gesamte Separatoreinsatz austauschbar ist. Ggf. können einzelne Elemente wie Magnete geeignet recycelt werden (siehe auch die DE 10 2017 128 027 A1 ).
Das Gehäuse 1 besteht bevorzugt aus einem Kunststoff- oder aus einem Kunststoff- Verbundwerkstoff. Das Gehäuse 1 kann zylindrisch ausgebildet sein und einen zylindrischen Außenmantel aufweisen, an dessen Enden zwei sich radial erstreckende Begrenzungswände 6, 7 (Deckel und Boden) ausgebildet sind.
Die Trommel 3 dient zur zentrifugalen Trennung einer fließfähigen Suspension S im Zentrifugalfeld in zumindest zwei Phasen LP, HP verschiedener Dichte, die beispielsweise eine leichtere Flüssigkeitsphase und eine schwere Feststoffphase oder eine schwere Flüssigkeitsphase sein können.
Der Rotor 2 und seine Trommel 3 weisen in bevorzugter Ausgestaltung eine vertikale Drehachse D auf. Das Gehäuse 1 und der Rotor 2 könnten aber auch anders im Raum ausgerichtet werden. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die dargestellte vertikale Ausrichtung (Fig. 3). Bei anderer Orientierung im Raum verändern sich die Ausrichtungen entsprechend der neuen Ausrichtung mit. Zudem werden ggf. einer oder beide Auslässe - noch zu erörtern - anders angeordnet.
Der Rotor 2 des Separators mit der Trommel 3 besteht vorzugsweise ganz oder überwiegend aus einem Kunststoff- oder aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff.
Die Trommel 3 wird bevorzugt jedenfalls abschnittsweise zylindrisch und/oder konisch ausgebildet. Analoges gilt für die weiteren Elemente in dem Rotor 2 und am Gehäuse 1 (bis auf Elemente der Magnetlagereinrichtungen 4, 5).
Das Gehäuse 1 ist nach Art eines Behälters ausgelegt, der vorteilhaft bis auf einige (noch zu erörternde) Öffnungen/Öffnungsbereiche hermetisch geschlossen ausgebildet ist. Nach Fig. 1 und 2 ist in den beiden axialen Begrenzungswänden 6, 7, die hier beispielhaft oben und unten liegen, des Behälters 1 jeweils eine der Öffnungen ausgebildet.
Die eine der Öffnungen - in der ersten, hier oberen axialen Begrenzungswand 6 - ermöglicht bzw. dient nach Fig. 1 und 2 als Zulauf 8 zum Zuleiten einer im Zentrifugalfeld in wenigstens zwei Phasen unterschiedlicher Dichte - LP und HP - zu trennende Suspension durch das Gehäuse 1 bis in die Trommel 3.
Hier ist die erste Phase eine leichtere Phase LP und die zweite Phase eine im Vergleich zur ersten Phase dichtere, schwerere Phase HP.
Eine zweite der Öffnungen - in der zweiten, hier unteren axialen Begrenzungswand 7 - ermöglicht bzw. dient als Ablauf für die zweite schwerere Phase HP direkt aus der Trommel 3 durch das Gehäuse 1 hindurch.
Die Trommel 3 weist ebenfalls Öffnungen auf, die den Öffnungen des Gehäuses zugeordnet sind.
In eine obere Öffnung 12a an dem einen axialen Ende der Trommel 3 erstreckt sich ein Zulaufrohr 12 für eine zu verarbeitende Suspension. Dieses durchsetzt das Gehäuse 1 , insbesondere dessen eine - hier obere - axiale Begrenzungswand 6. Am Außenumfang ist das Zulaufrohr 12 zum Gehäuse 1 hin nach Fig. 1 abgedichtet in dieses eingesetzt - z.B. schweißend oder klebend - oder ggf. einstückig mit dem Gehäuse als Kunststoffspritzteil ausgeführt. Es besteht vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff. Das Zulaufrohr 12 steht mit einem Ende aus dem Gehäuse 1 oben nach außen vor und erstreckt sich durch die obere Begrenzungswand 6 hindurch bis in die Trommel 3, wobei es die Trommel 3 nicht berührt.
Das Zulaufrohr 12 durchsetzt nach Fig. 1 (aber auch Fig. 2) konzentrisch zur Drehachse des Rotors 2 das Gehäuse 1 und das eine Magnetlager 4, erstreckt sich sodann innerhalb des Gehäuses 1 axial weiter in die drehbare Trommel 3 und endet dort mit seinem andere Ende - einem freien Auslassende.
Das Zulaufrohr 12 mündet nach Fig. 1 und 2 jeweils in der Trommel 3 in einem mit der Trommel 3 drehbaren Verteiler 13. Der Verteiler 13 weist einen rohrartigen Verteilerschaft 14 auf und einen Verteilerfuß 15. Im Verteilerfuß 15 sind einer oder mehrere Verteilerkanäle 16 ausgebildet. Auf den Verteiler 13 kann ein Trenntellerstapel aus hier konischen Trenntellern 17 aufgesetzt sein. Der Verteiler 13 und die Trennteller 17 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff.
Zudem dient sowohl nach Fig. 1 als auch nach Fig. 2 jeweils eine erste Schälscheibe 33 zum Ableiten der schwereren Phase HP der zwei Phasen HP und LP aus der Trommel 3. Ein Schälscheibenschaft bzw. ein zentrisches Ablaufrohr 34 durchsetzt dabei die zweite axiale Begrenzungswand 7 (siehe Fig. 1 und Fig. 2).
Die Trommel 3 weist hier nach einer möglichen - aber nicht zwingender - Ausgestaltung zumindest zwei zylindrische Abschnitte 18, 19 verschiedenen Durchmessers auf. An diese angrenzend können einer oder mehrere konische Übergangsbereiche an der Trommel 3 ausgebildet sein. Die Trommel 3 kann in ihrem mittleren axialen Bereich innen auch insgesamt einfach oder doppeltkonisch ausgebildet sein (hier nicht dargestellt).
Wie dargestellt, kann die Trommel 3 einen unteren zylindrischen Abschnitt 20 geringeren Durchmessers aufweisen, an/in dem auch die Rotoreinheit 5b des unteren Magnetlagers ausgebildet ist, das in einen konischen Bereich 20a übergeht, dann hier einen beispielsweise zylindrischen Bereich 19 größeren Durchmessers, dann wieder einen konischen Bereich 18a und dann einen oberen zylindrischen Abschnitt 18 geringeren Durchmessers auf, an dem die Rotoreinheit 4b des obere Magnetlagers 4 ausgebildet ist.
In Hinsicht auf die Ableitung der leichteren Phase unterschieden sich die Separatoreinsätze der Fig. 1 und 2.
Öffnungen (die an der Trommel 3 umfangsverteilt vorgesehen sein können, wobei an der Trommel 3 somit jeweils mehrere Öffnungen vorgesehen sein können) dienen nach Fig. 1 als radiale oder tangentiale Auslasse 21 der leichten Phase LP aus der Trommel 3. Eine Öffnung im Gehäuseaußenmantel ermöglicht nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sodann den Auslass bzw. dient als Ablauf 10 der leichteren sich bei der zentrifugalen Trennung bildenden Produktphase LP, die aus der Trommel 3 ausgeleitet worden ist.
Die ersten Auslasse 21 auf dem Radius ro der Trommel 3 sind insbesondere als „düsenartige“ Öffnungen im Außenmantel der Trommel 3 ausgebildet. Sie sind zudem als sogenannte „freie“ Abläufe aus der Trommel 3 ausgebildet. Dabei dienen die ersten Auslasse 21 zum Ableiten der leichteren Phase LP. Dabei können die Auslasse so gestaltet sein, dass die leichte Phase radial austritt oder aber alternativ auch so ausgeformt sein, dass die leichte Phase tangential gegen die Drehrichtung der Trommel austritt und somit zum Antrieb des Rotors und zur Reduzierung der Antriebsenergie beiträgt. Diese aus der Trommel 3 austretende Phase wird im Gehäuse 1 in einer oberen Fang-Ringkammer 23 des Gehäuses 1 aufgefangen. Diese Fang- Ringkammer 23 ist derart ausgestaltet, dass die in ihr aufgefangene Phase zu dem Ablauf 10 der Fang-Ringkammer 23, geleitet wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Ablauf 10 an jeweils tiefster Stelle der Fang-Ringkammer 23 liegt. Die Fang-Ringkammer 23 ist radial nach innen zur rotierenden Trommel 3 hin offen und derart beabstandet ausgebildet, dass aus dem jeweiligen Auslass 21 ausspritzende Flüssigkeit während der zentrifugalen Trennung im Wesentlichen nur in die zugehörige - auf gleichem axialem Niveau liegende - Fang-Ringkammer 23 gespritzt wird.
Unterhalb der Fang-Ringkammer 23 kann optional eine nicht zur Ableitung einer Phase dienende Kammer 25 ausgebildet sein. Diese Kammer 25 kann optional einen (hier nicht dargestellten) Leckageablauf aufweisen. Die Leckage kann frei ablaufen. Sie kann aber auch durch Unterdrück abgesaugt werden, wenn die Kammer 25 einen Unterdruckanschluss zum Anschluss einer Unterdrück erzeugenden Einrichtung aufweist.
Die erste Fang-Ringkammer 23 und die Kammer 25 können durch eine erste hier konische Wand 26 voneinander getrennt sein, die ausgehend von dem Außenmantel des Gehäuses 1 konisch nach innen sowie oben verläuft und innen beabstandet zur Trommel 3 radial vor dieser endet.
Vorzugsweise am tiefsten Punkt der Fang-Ringkammer wird die Produktphase LP durch den Ablauf 10 aus dem Gehäuse 1 abgeleitet. Es können Stutzen im Bereich des Ablaufs 10 außen am Gehäuse 1 vorgesehen sein, um einfach Leitungen, Schläuche und dgl. anschließen zu können.
Diese können wiederum an dem Gehäuse 1 direkt mit ausgebildet sein oder klebend an diesem angebracht sein. Die Stutzen bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff. Das Gehäuse 1 kann aus mehreren Kunststoffteilen zusammengesetzt sein, die beispielsweise klebend oder schweißend miteinander abgedichtet verbunden sind.
Als (hier zweiter) Auslass für die schwerere Phase HP aus der Trommel (durch das Gehäuse 1 hindurch) ist nach Fig. 1 und 2 jeweils die erste Schälscheibe 33 vorgesehen, die sich im Wesentlichen radial erstreckt und in ein axial verlaufendes Ablaufrohr 34 als Schälscheibenschaft übergeht, das die untere axiale Begrenzungswand 7 des Gehäuses 1 durchsetzt. Die Schälscheibe 33 weist einen Außendurchmesser ru auf. Dabei gilt ru > ro. Die Einlassöffnungen 33a der Schälscheibe 33 liegen somit auf einem größeren Durchmesser bzw. Radius ru als die Auslasse 21 für die leichte Phase LP auf dem Radius ro. Damit ist es möglich, mit der Schälscheibe 33 eine relativ zur leichteren Phase LP schwerere Phase HP aus der Trommel 3 abzuleiten. Die Schälscheibe 33 steht im Betrieb des Separators still und taucht mit ihrem äußeren Rand in die in der Trommel 3 rotierende schwerere Phase HP.
Durch die Kanäle in der Schälscheibe 33 wird die Phase HP nach innen abgeleitet. Die Schälscheibe 33 dient somit der Ableitung der Phase HP nach Art einer Zentripetalpumpe.
Die Schälscheibe 33 kann auf einfache und kompakte Weise in der Trommel 3 unterhalb des Verteilers 14 und unterhalb des Tellerpakets 17 angeordnet sein. Der Radius ru entspricht der Eintauchtiefe der Schälscheibe 33.
Das Ableitungsrohr 34 ist mit einem Ende aus dem Gehäuse 1 nach unten aus der Trommel und durch die untere Begrenzungswand 7 herausgeführt ist, wobei es die Trommel 3 dabei aber nicht berührt. Das Ableitungsrohr 34 kann einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet sein oder abgedichtet in dieses eingesetzt sein. An das Ableitungsrohr kann sich ein Schlauch oder dgl. als Ableitung 35 anschließen.
Das Ableitungsrohr durchsetzt konzentrisch zur Drehachse D des Rotors 2 das Gehäuse 1 und das untere Magnetlager 5, erstreckt sich sodann innerhalb des Gehäuses 1 axial weiter bis in die Schälscheibe 33.
Es kann vorgesehen sein, dass in den Auslauf für die schwere Phase HP, insbesondere in die Ableitung 35 für die schwerere Phase HP in steuerbares, insbesondere elektrisch steuerbares, Regelventil 36 eingesetzt ist. Durch das Regelventil 36 kann der Volumenstrom der schweren Phase HP in der Ableitung 35 gedrosselt werden und die Eintauchtiefe der zugehörigen Schälscheibe vergrößert werden. Es ist vorzugsweise eine Steuervorrichtung 37 vorgesehen. Das Regelventil 36 ist vorzugsweise mit der Steuervorrichtung 37 drahtlos oder drahtgebunden verbunden.
Die Steuereinrichtung 37 kann auch zur Steuerung der Magnetlager 4, 5 und des Antriebs ausgelegt und vorgesehen sein.
Nach Fig. 2 wird auch die leichte Phase LP über eine Schälscheibe ausgetragen. Dazu ist im hier oberen Bereich der Trommel 3 eine Schälscheibe 22 vorgesehen, deren Einlassöffnungen 22a wiederum auf einem kleineren Radius ro als der Radius ru des Einlasses der ersten - unteren - Schälscheibe 33 für die schwerere Phase liegen kann.
Der Schaft dieser Schälscheibe 22 kann ringkanalartig wie ein äußeres Ablaufrohr 24 das Zulaufrohr 8 umgeben und statt des Zulaufrohres 8 dicht mit dem Gehäuse 1 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sein. Die Ablaufrohre 24, 34 der beiden Schälscheiben 22, 33 sind somit nach Fig. 2 an gegenüberliegenden Enden der Trommel 3 aus dieser herausgeführt. Sie sind ferner an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 1 aus diesem herausgeführt. Sie können abgedichtet in das Gehäuse 1 eingesetzt sein. Sie können aber auch einstückig mit diesem aus Kunststoff gefertigt sein. Das Zulaufrohr 12 kann am oberen Ende des Schälscheibenschafts 24 mit diesem verbunden sein. Aus dem Schälscheibenschaft 24 kann ein radialer oder tangentialer Anschlussstutzen 24a herausgeführt sein. An diesen ist eine Ableitung 40 zur Ableitung der leichten Phase anschließbar, die z.B. in einen Beutel oder Tank dgl. münden kann. Entsprechend können die Enden der Rohre 12 und 34 auch als Stutzen zum Anschluss von Schläuchen oder dgl. ausgebildet sein (Fig.2, aber auch Fig. 1 ).
Es kann vorgesehen sein, dass auch in die Ableitung 40 für die leichte Phase LP ein steuerbares, insbesondere elektrisch steuerbares, Regelventil 39 eingesetzt ist.
Durch das Regelventil 39 kann der Volumenstrom der leichten Phase LP verändert, insbesondere mehr oder weniger gedrosselt werden und damit die Eintauchtiefe der zweiten Schälscheibe 22 verändert werden. Auch das Regelventil 39 ist mit der Steuervorrichtung 37 drahtlos oder drahtgebunden verbunden, so dass es von der Steuervorrichtung 37 ansteuerbar ist.
Bei der jeweiligen Schälscheibe 22, 33 handelt es sich jeweils um eine mit mehreren, beispielsweise mit ein bis sechs, Kanälen versehene zylindrische und im Wesentlichen radial ausgerichtete Scheibe, die im Betrieb still steht und Kanäle aufweist, so dass eine Art Zentripetalpumpe gebildet wird. Die jeweilige Schälscheibe 22 bzw. 33 taucht mit ihrem äußeren Rand in die in dem Separator rotierende Phase LP bzw. HP ein. Durch die Kanäle in der Schälscheibe wird die jeweilige Phase LP, HP nach innen abgeleitet und die Rotationsgeschwindigkeit der jeweiligen Phase LP, HP in Druck umgesetzt. Die jeweilige Schälscheibe 22, 33 ersetzt so eine Ablaufpumpe für die jeweilige Phase LP, HP. Die Schälscheiben arbeiten somit jeweils als Zentripetalpumpe. Sie können aus Kunststoff bestehen. Es könnte theoretisch auch eine dritte Schälscheibe vorgesehen sein, die zum Ableiten einer weiteren Phase dienen könnte.
Nachfolgend sei der Betrieb der Separatoren nach Fig.1 und dann nach Fig. 2 kurz beschrieben.
Zunächst wird der jeweilige Separator mit seinen Mehrwegkomponenten bzw. wiederverwendbaren Komponenten bereitgestellt. Dazu gehören das Gestell I sowie die Antriebs- und Statoreinheiten 4a, 5a der Magnetlagereinrichtungen. Dazu gehört ferner eine Steuerungseinheit 37. Sodann wird ein Separatoreinsatz II bereitgestellt und am Gestell I montiert. Dazu müssen lediglich die Statoreinheiten 4a und 5a auseinander bewegt werden. Sodann wird der Separatoreinsatz formschlüssig eingesetzt und die Statoreinheiten werden aufeinander zu bewegt. Damit ist das Gehäuse sicher drehfest gehalten. Jetzt werden ggf. noch Schläuche an die Stutzen angeschlossen, die in Tanks oder Beuteln münden. Der jeweilige Separatoreinsatz der Fig.1 und 2 kann daher vorzugsweise zumindest auch Schläuche und Stutzen aufweisen, die an (hier nicht dargestellte) weitere Leitungen sowie Behälter wie Beutel, Tanks, Pumpen und dgl. anschließbar sein können.
Sodann wird nach einem Anschluss der Leitungen und Schläuche und dgl. eine Suspension in die rotierende Trommel geleitet (Zulauf 8) und dort zentrifugal in die leichte Phase LP und die schwere Phase HP getrennt.
Die schwerere Phase HP größerer Dichte strömt in der Trommel 3 im Trennraum radial nach außen. Dort verlässt die Phase HP die Trommel auf einem Radius ru durch die Kanäle der stillstehenden Schälscheibe 33.
Die leichtere Phase LP strömt in der Trommel 3 im Trennraum radial nach innen und steigt durch einen Kanal 38 an einem Schaft des Verteilers nach oben. Dort verlässt die Phase LP die Trommel nach Fig. 1 und 2 jeweils auf einem Radius ro.
Mit dem oder den Regelventilen 36, 39 kann dabei auf einfache Weise auf den Trennprozess Einfluss genommen werden. Dies resultiert in einer Optimierung des Trennprozesses.
Als Hauptanwendung des Separators sind Zellabtrennungen in der pharmazeutischen Industrie vorgesehen. Der Leistungsbereich ist gedacht für die Verarbeitung von Brühen aus Fermentern in der Größenordnung von 100 I - 4000 I sowie für Laboranwendungen.
Denkbar wären auch andere Bereiche der Industrie, in denen Separatoren zum Einsatz kommen: Chemie, Pharmazie, Molkereitechnik, nachwachsende Rohstoffe, Öl und Gas, Getränketechnik, Mineralöl, usw.
Die dargestellten Separatoren ermöglichen die Herstellung eines Separatoreinsatzes, bei dem vorzugsweise alle produktberührenden Komponenten aus Kunststoff oder anderen nichtmagnetischen Werkstoffen gefertigt sein können, die nach einmaligem Gebrauch entsorgt oder einem Recyclingprozess zugeführt werden können. Eine Reinigung nach Benutzung entfällt somit. Der Separator und dessen Betrieb können damit kostengünstig umgesetzt werden.
Fig. 8 zeigt eine Abwandlung des Separatoreinsatzes II der Fig. 1 -7 in einer zweiten Ausführungsvariante, wobei identische Merkmale mit analogen Bezugszeichen versehen sind. Die Besonderheit dieser zweiten Ausführungsvariante ist, dass das oder die Formschlussmittel 41 a und die entsprechenden am Gestell I vorgesehenen Formschlussmittel 41 b lediglich einseitig zwischen dem Gestell I und dem Separatoreinsatz II vorgesehen sind und dadurch ebenfalls eine Axial- und Verdrehsicherung des Separatoreinsatzes II gegenüber dem Gestell I ermöglicht wird. Dadurch verringert sich u.a. die Komplexität des Aufbaus.
Die Verwendung des in Fig. 1 -8 dargestellten modularen Zentrifugalabscheiders mit austauschbarem Trenneinsatz sorgt für ein steriles Inneres, d. h. einen sterilen Strömungsweg innerhalb des Zentrifugalabscheiders.
Geeigneterweise können in Separatoren mit Produktzu- und -ablaufsystem und Drainagesystem, bestehend aus Separatoreinsatz, Zulaufsystem und Ablaufsystem auch andere austauschbare Komponenten verwendet werden, um einen sterilen Strömungsweg für die Zulaufsuspension und die getrennten leichten und schweren Phasen bereitzustellen.
Rein als Beispiele erwähnt, können die Pumpe für die Zulaufsuspension, die Schlauchleitung für den Zulauf, die Schlauchleitungen für die leichte Phase und die schwere Phase und der Aufnahmebehälter für die schwere Phase austauschbare sterile Komponenten sein, die zur Trennung einer einzelnen Produktcharge oder eine begrenzte Anzahl von Produktchargen geeignet verwendet werden. Auch die Schlauchleitung für die Drainageflüssigkeit, ebenso wie der Behälter für die Drainageflüssigkeit können austauschbare sterile Komponenten sein. Alle diese Komponenten werden mit sterilen Konnektoren miteinander verbunden, um ein einfaches und gleichzeitig steriles Wechseln der Komponenten zu ermöglichen. Das Produktzulaufsystem, das Produktablaufsystem und das Drainageablaufsystem des Separators wird nachfolgend anhand von Fig. 9 näher erläutert:
Im Zulauf kann z.B. eine Single-Use Kreiselpumpe 101 verwendet werden.
Diese hat den Vorteil, dass sie kleiner baut als vergleichbare Schlauchpumpen bei gleicher Durchsatzleistung. Die Pumpe fördert abhängig von ihrer Drehzahl und dem vorliegenden Gegendruck ein bestimmtes Volumen.
Der ebenfalls in der Zulaufleitung zwischen Pumpe 101 und Separatoreinsatz II angeordnete Durchflussmesser 102 arbeitet vorzugsweise mit einem berührungslosen Messprinzip, z.B. Ultraschall-Laufzeitdifferenzverfahren. Somit kann er einfach über die Zulaufleitung geschoben werden, ohne in Kontakt mit dem Produkt zu kommen.
Er kann also ständig wiederverwendet werden, während der Zulaufschlauch ein single-use Produkt ist. Das Messignal des Durchflussmessers wird genutzt, um die Drehzahl der Zulaufpumpe zu regeln. Auf diese Weise kann ein Regler die Drehzahl der Zulaufpumpe so einstellen, dass der vorgewählte Sollwert für die Zulaufmenge mit dem gemessenen Istwert übereinstimmt. Pumpe und Durchflussmesser sind in der ansteigenden Zulaufleitung angeordnet, so dass die Leitung immer mit Flüssigkeit gefüllt ist, wodurch sich ein stabilerer Messwert des Durchflussmessers 102 ergibt.
In der Ablaufleitung für die schwere Phase ist eine Pumpe 110 und ein Durchflussmesser 111 angeordnet. Pumpe und Durchflussmesser sind in der ansteigenden Ablaufleitung angeordnet, so dass die Leitung immer mit Flüssigkeit gefüllt ist, wodurch sich ein stabilerer Messwert des Durchflussmessers 111 ergibt.
Die Ablaufpumpe 110 ist vorzugsweise als Schlauchpumpe ausgeführt. Der Vorteil eine Schlauchpumpe liegt unter anderem darin, dass sie nur mit der Außenseite des Ablaufschlauches in Kontakt kommt, nicht aber in direktem Kontakt mit dem Produkt steht. Sie kann also ständig wiederverwendet werden, während der Ablaufschlauch ein single-use Produkt ist. Ein weiterer Vorteil der Schlauchpumpe ist, dass sie drehzahlabhängig ein definiertes Volumen fördert. Anders als die Kreiselpumpe kann sie als Drossel verwendet werden, d.h. einen Druck im Ablauf der schweren Phase erzeugen, dessen Höhe durch die Steuerung geregelt werden kann. Entsprechend hierfür können erforderliche Drucksensoren in einzelnen oder vorzugsweise allen Schlauchleitungen vorgesehen (im Bild nicht dargestellt) sein.
In der Ablaufleitung der leichten Phase ist ein Behälter 105 vorgesehen, der als Pufferbehälter dient. Mittels einer Wägezelle 104 wird die Menge, der sich momentan im Pufferbehälter befindlichen leichten Phase ermittelt und an die Steuerung weitergegeben.
Das Einleiten der leichten Phase aus dem Separatoreinsatz II in den Behälter 105 kann im oberen Teil des Behälters 105 erfolgen (oberhalb des sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels) oder im unteren Teil des Behälters (unterhalb des sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels). Für Produkte, die zum Schäumen neigen, hat sich die obere Einleitung bewährt. Der Auslass des Behälters 105 ist mit einem abfallenden Ablaufschlauch verbunden, welcher durch einen optischen Sensor 106 und eine Schlauchpumpe 107 geführt wird.
Die Drehzahl der Pumpe wird mit Hilfe des Messsignals der Wägezelle 104 optimalerweise so geregelt, dass der Behälter 105 nie ganz voll ist und nie ganz leer ist. Auf diese Weise ist der Ablaufschlauch immer gefüllt, woraus ein stabiles Signal des optischen Sensors 106 resultiert. Das Signal des optischen Sensors 106 dient der Beurteilung der Qualität der leichten Phase. Hierbei kann z.B. die Menge der verbliebenen Trub- und Schwebstoffe beurteilt werden. Die Pumpe 107 kann sowohl als Kreiselpumpe oder als Schlauchpumpe ausgeführt werden. Das Volumen des Behälters 105 ist so zu wählen, dass die Verweilzeit der leichten Phase in dem Behälter ausreichend lang ist, dass sich Bläschen aus der Flüssigkeit abscheiden können. Mit Hilfe des Messwertes aus der Wägezelle 104 kann die Fördermenge der Pumpe 107 so eingestellt werden, dass ein konstantes Füllniveau etwa in der Mitte des Behälters 105 gehalten wird.
Die am Drainageablauf des Separatoreinsatzes II angeschlossene abfallende Ablaufschlauchleitung führt in einen Behälter 109, welcher wiederum an einer Wägezelle 108 aufgehängt ist. Hiermit kann die abgeführte Menge Drainageflüssigkeit ermittelt werden. Drainageflüssigkeit fällt im Wesentlichen an, wenn am Ende der Batchverarbeitung die Trommel zum Stillstand kommt und über diesen Ablauf leerläuft.
Sämtliche Schlauchleitungen der Fig. 9 münden sodann jeweils in eine Sterilkupplung 112. Nicht-dargestellt in Fig. 9 ist das Gestell zur Halterung des Separatoreinsatzes sowie der Antrieb.
Das in Fig. 9 dargestellte Produktzulaufsystem PZS, Produktablaufsystem PAS umfassend die Produktabläufe der schweren und der leichten Phase und das Drainagesystem PS sind außerhalb des Separatoreinsatzes voneinander getrennt und somit hermetisch.
Fig. 10 zeigt eine Modifikation der ersten Variante des Separatoreinsatzes II der Fig. 1 -8 zum Anschluss an das Drainagesystem der Fig. 9. Dabei weist der Separatoreinsatz II eine Drainageablaufleitung 120 auf. Dieser ist im Bodenbereich 121 des Separatoreinsatzes angeordnet und weist einen Flüssigkeitsablauf 122 und 123 sowohl aus der Trommel als auch aus dem Gehäuse auf. Der weitere Rest kann baugleich zu vorherigen Ausführungsvananten sein.
Fig. 11 zeigt eine zweite Variante eines Separatoreinsatzes III, welcher austauschbar ist. Dieser Separatoreinsatz III weist einen bodenseitigen Zulauf über die Zulaufleitung 61 und den Verteiler 70 in das Tellerpaket 67 auf. Die Produktzulaufleitung 61 umfasst einen Zulaufstutzen 73, welcher sich vom Boden des Gehäuses 68 in den Innenraum des Rotors 65 erstreckt und in einem Verteilerraum 78 einer Haltevorrichtung 77 des Tellerpakets 67 mündet. Die Haltevorrichtung 77 kann eine Längsachse aufweisen, die parallel zur Rotationsachse des Rotors 65 ausgebildet ist. Von dem Verteilerraum 78 geht der kanalartige Verteiler 70 ab, welcher eine radiale Weiterleitung des zugeführten Ausgangsproduktes in eine Separationszone des Rotors 65 erlaubt.
Der Produktablauf 62 der leichten Phase erfolgt analog zu Fig. 1 -10. Der Produktablauf 63 der schweren Phase erfolgt durch Ableitung über Kanäle in einem Scheideteller 69, hier als geschlossenwandiger Trennteller am Ende des Tellerpakets, und schließlich durch einen Greifer 64 in eine Abführung durch die Produktleitung des Produktablaufs 63. Am Scheideteller erfolgt eine Trennung zwischen schwerer Phase und leichter Phase, wobei die schwere Phase nach außen um den Teller herum geleitet wird und die leichte Phase innen am Teller geleitet und abgeführt wird. Dies ist allerdings nur eine von vielen möglichen Varianten eines Produktablaufs der schweren Phase. Der Separatoreinsatz III kann so ausgestaltet werden, dass der Rotor 65, insbesondere die Trommel 66 und das Tellerpaket 67, dem Gehäuse 68 entnommen werden kann. Dabei empfiehlt sich auch bei dieser Variante ein vorheriges Entleeren des Rotors, insbesondere der Trommel, von Restflüssigkeit vor der Entnahme des Rotors im Rahmen des vorliegenden Verfahrens. Dies kann in diesem Fall über die Zulaufleitung 61 erfolgen.
Sodann empfiehlt es sich die Zulaufleitung 61 mit dem Austausch des Separatoreinsatzes III ebenfalls zu wechseln, um eine Folgecharge nicht einer Kreuzkontamination auszusetzen. Entsprechend kann die Zulaufleitung über nichtdargestellte Dichtungen, z.B. Dichtungsmuffen, wechselbar und mediumsdicht an dem Gehäuse festgelegt werden.
Die Fig. 11 kann vielfältig abgewandelt werden, zeigt allerdings insbesondere, dass einen Austausch des Separatoreinsatzes, welcher auch auf einen Separator angewandt werden kann, in welchem lediglich der Rotor mit seinen Produktzu- und Produktablaufleitungen als auswechselbare Separatoreinheit III ausgebildet ist.
Das Gehäuse 68 kann dabei - nicht dargestellt - geöffnet werden, beispielsweise indem ein Teil des Gehäuses als Deckel ausgebildet sein. Hierfür ist vorzugsweise zumindest die obere Aufnahme vom Deckel zu entfernen.
In Fig. 11 wird über die Drainageablaufleitung 120 die Restflüssigkeit über einen daran angeschlossenes Leitungselement 71 , insbesondere ein Ableitungselement in Form eines auf- oder angesteckten Schlauchs in einen Sammelbehälter 74 abgeleitet. Die Zulaufleitung wird 61 , insbesondere der Zulaufstutzen 72, ist an ein Zuleitungselement 72 angeschlossen, welches mit einem Behälter 75 mit der Suspension des Ausgangsproduktes verbunden ist. Dabei kann ein nicht-dargestelltes Umschaltventil in diesem Leitungselement angeordnet sein, welches zwischen zwei Behältern 75 wechselt, z.B. um einen Demulgator zur Verbesserung der Suspension zuzuführen. Alternativ kann das Ventil geschlossen und die Leitungselemente mit den Behältern ausgetauscht werden.
Darüber hinaus kann das Zuleitungselement eine Pumpe, z.B. eine Schlauchquetschpumpe, aufweisen, so dass die im Zuleitungselement befindliche Flüssigkeit nicht durch die Pumpe selbst geleitet wird. Fig. 12 zeigt eine weitere Variante eines Separatoreinsatzes II, welcher im Rahmen eines Verfahrens zu dessen Austausch bereitgestellt werden kann. Dieser Separatoreinsatz II weist an seinem Gehäuse 1 wenigstens einen Anschlussstutzen 76auf. Durch diesen Anschlussstutzen kann der Separatoreinsatz mit einem Inertgas gefüllt werden, bevor das zu trennende Produkt in den Separatoreinsatz gelangt. Auf diese Weise wird verhindert, dass das zu trennende Produkt mit Luft, bzw. Sauerstoff in Kontakt kommt. Es kann ein zweiter Anschlussstutzen 76 am Gehäuse 1 vorgesehen sein, welcher zur Ableitung von Gasen aus dem Separatoreinsatz vorgesehen ist, so dass ein Spülen des Separatoreinsatzes mit Inertgas möglich wird.
Durch den Anschlussstutzen 76 kann das Gas aus dem ansonsten hermetisch verschlossenen Separatoreinsatz auch in der Weise abgesaugt werden, dass ein Unterdrück im Separatoreinsatz entsteht, wodurch nicht nur der Kontakt mit dem restlichen Sauerstoff reduziert wird, sondern auch die Reibleistung der rotierenden Trommel 66 reduziert wird, welche nun in einer Atmosphäre geringerer Dichte rotiert.
Alternativ kann auch neben einem Schutzgas auch ein Druckgas, z.B. Druckluft, über einen oder mehrere der Gasanschlüsse 76 eingeleitet werden, welches die Entleerung des Gehäuses über die Drainageleitung zusätzlich begünstigt.
Bezugszeichen
Gestell I
Konsole 1-1
Wagen I-2
Rollen I-3
Aufnahmen I-4, I-5
Separatoreinsatz II
Gehäuse 1
Rotor 2
Trommel 3
Magnetlagereinrichtungen 4, 5 Statoreinheiten 4a, 5a
Rotoreinheit 4b, 5b radiale Begrenzungswand 6, 7 Zulauf 8
Ablauf 10
Zulaufrohr 12
Öffnung 12a
Verteiler 13
Verteilerschaft 14
Verteilerfuß 15
Verteilerkanal 16
Trennteller 17 zyl. Abschnitte 18, 19, 20 kon. Abschnitte 18a, 20a
Auslasse 21
Schälscheibe 22
Einlassöffnungen 22a
Fang-Ringkammer 23
Ablaufrohr 24
Anschlussstutzen 24a
Kammer 25
Konische Wand 26
Schälscheibe 33
Einlassöffnungen 33a
Ablaufrohr 34
Ableitung 35
Regelventil 36 Steuereinrichtung 37
Kanal 38
Regelventil 39
Ableitung 40 Stifte 41a
Ausnehmungen 41 b
Ausnehmungen 42
Durchgangsöffnung 43
Schläuche 44, 45
Linearantrieb 50 mechanische Schnittstelle 51 , 52
Mitnehmer 53, 54
Stator 55, 56 Tragblech 57
Stützstrebe 58
Manschette 59
Pumpe 101 Durchflussmesser 102
Wägezelle 104
Behälter 105
Optischer Sensor 106 Schlauchpumpe 107
Wägezelle 108
Behälter 109
Pumpe 110
Durchflussmesser 111 Sterilkupplung 112
Drainageablaufleitung 120
Bodenbereich 121
Flüssigkeitsablauf 122 Flüssigkeitsablauf 123
Separatoreinsatz III
Zulaufleitung 61
Produktablauf (leichte Phase 62 Produktablauf (schwere Phase) 63
Greifer 64
Rotor 65
Trommel 66
Tellerpaket 67
Gehäuse 68
Scheideteller 69
Verteiler 70
Leitungselement 71
Zuleitungselement 72
Stutzen 73
Sammelbehälter 74
Behälter 75
Anschlussstutzen 76
Haltevorrichtung 77
Verteilerraum 78
Drehachse D Suspension S Phasen LP, HP Radien ro, ru PAS Produktablaufsystem PZS Produktzulaufsystem DS Drainagesystem

Claims

Patentansprüche
1 . Separator umfassend ein Gestell (I) umfassend Aufnahmen (I-4, I-5) zur rotierbaren Lagerung des Separatoreinsatzes (II, III) mit je einer Statoreinrichtung (4a, 4b) als Teilelement einer Magnetlagereinrichtung (4 oder 5), und einen Separatoreinsatz (II, III) als eine vormontierte, wechselbare Einheit zum Einsetzen in Statoreinheiten (4a, 4b) an einem Gestell (I) oder in einem Gehäuse (68) des Separators vorgesehen ist und wobei der Separatoreinsatz (II, III) zumindest Folgendes aufweist: i. einen um eine Drehachse (D) drehbaren Rotor (2, 65) mit einer Trommel (3, 66) und einer Trommelwandung, ii. zumindest zwei Rotoreinheiten (4b, 5b) als Teilelemente der Magnetlagereinrichtungen (4, 5) an zwei axial beabstandeten Stellen des Rotors (2) mit der Trommel, mit welchen der Rotor (2) mit der Trommel (3) im Separationsbetrieb innerhalb des Gehäuses in der Schwebe haltbar, drehbar lagerbar und in Drehung versetzbar ist, wobei der Separator zumindest einen Linearantrieb (50) zum linearen Verfahren zumindest einer der beiden Aufnahmen (I-4 und I-5) gegenüber dem Separatoreinsatz (II, III) aufweist.
2. Separator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Separatoreinsatz (II, III) zumindest eine Produktzulaufleitung und zwei Produktablaufleitungen.
3. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein in der Trommel (3) angeordnetes Trennmittel aufweist.
4. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die produktberührenden Bereiche des Separatoreinsatzes (II), teilweise oder vollständig aus Kunststoff gefertigt sind.
5. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommelwandung in einem mittleren Bereich der Trommel (3, 66) geschlossenwandig ausgebildet ist.
6. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Aufnahmen (I-4 und I-5) einen Linearantrieb (50) zum linearen Verfahren jeweils einer der beiden Aufnahmen (I-4 und I-5) gegenüber dem Separatoreinsatz (II, III) aufweist.
7. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der beiden Aufnahmen (I-4 und I-5) einen Linearantrieb (50) aufweist, wobei die beiden Aufnahmen (I-4 und I-5) zeitgleich, vorzugsweise synchron, verfahrbar sind, wobei besonders bevorzugt der Separator zur zeitgleichen Verfahrbarkeit ein Getriebe aufweist.
8. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (I) ein Tragblech (57) zum temporären Abstützen des Separatoreinsatzes (II) aufweist.
9. Separator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragblech (57) eine Stützvorrichtung, vorzugsweise einen Stützstrebe (58), besonders bevorzugt eine Teleskopstange, aufweist.
10. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragblech (57) eine Ausnehmung zur Aufnahme des Separatoreinsatzes (II) aufweist.
11 . Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Aufnahmen (I-4 oder I-5), vorzugsweise jede der Aufnahmen (I-4 und I-5), eine Durchgangsöffnung (43), aufweist, durch welche ein Schlauch (44, 45) zur Produktzuleitung und/oder -ableitung geführt ist, und wobei die Aufnahme (I-4 oder I-5) gegenüber dem Schlauch (44, 45) linear beweglich gelagert sind.
12. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb einen Mitnehmer (53, 54) und einen Stator (55, 56) aufweist, wobei der Mitnehmer (53, 54) als Schlitten ausgebildet und an einer der Aufnahmen (I-4 oder I-5) befestigt ist und wobei der Stator (55, 56) als Führungsschiene ausgebildet und an dem Gestell (I), vorzugsweise an einer Konsole (1-1 ) des Gestells, befestigt ist.
13. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (53, 54) jeweils an einer der Aufnahmen (I-4 oder I-5) befestigt ist. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separatoreinsatz (II) einen oder mehrere Umfangsanschläge zur Auflage auf dem Tragblech (57) aufweist, insbesondere eine umfänglich umlaufende Manschette (59). Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (I-4 oder I-5) um den gleichen Betrag verfahrbar ausgebildet sind.
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