气动恒压的液体连续送料装置及方法
【专利摘要】本发明属于液体输送【技术领域】，涉及气动恒压的液体连续送料装置，包括第一恒压罐，第一恒压罐的上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的通气导管，通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀，第一恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的第一进液导管，第一进液导管和出液导管上均设置有阀门；其中：第一进液导管上连接有第二恒压罐，通过第一恒压罐与第二恒压罐轮流供料实现连续供料，或第一进液导管上连接有缓冲罐，通过缓冲罐周期性地为第一恒压罐补充供料实现连续供料，适用于生物【技术领域】液体过滤时的恒压连续送料。
【专利说明】气动恒压的液体连续送料装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于液体输送【技术领域】，特指一种气动恒压的液体连续送料装置及方法。
【背景技术】
[0002] 过滤单元广泛应用于水处理、化工、食品工业，近几十年新兴的生物【技术领域】中， 过滤技术更是得到了前所未有的发展与应用。根据液体过滤膜的孔径不同可分为反渗透、 超滤、纳滤、微滤。在生物【技术领域】，反渗透应用于注射水生产，超滤用于蛋白质浓缩和缓冲 体系置换，纳滤主要用于除病毒过滤，微滤主要用于除菌过滤和颗粒过滤；近年来对过滤膜 材质进行复合设计或表面修饰，发展出了深层过滤膜与离子交换过滤膜，前者主要用于料 液的高效澄清，后者主要应用于蛋白质精细纯化。
[0003] 操作压力是所有过滤单元操作的重要工艺参数，任何一种商业化过滤材料都必须 向用户提供正常操作的压力范围。操作压力过低，料液透过率低，降低工作效率；操作压力 过高，容易引起浓差极化，同样导致料液透过率降低，如操作压力超过一定范围将导致过滤 介质击穿，料液污染，因此为过滤单元操作提供经过优化的恒定压力对于提高过滤效率十 分重要。恒定压力对过滤的重要性在生物制药领域的除病毒过滤操作单元尤为明显，在纳 滤除病毒过程中，中途压力释放将导致某些滤膜的病毒过滤效率下降，从而增加产品的病 毒污染风险[LaCasse D, et al, Impact of process interruption on virus retention of small-virus 円Iters.Bioprocess International, 2013, 11 (10):34]。
[0004] 目前工业生产上为过滤单元提供液体驱动压力的主要为离也粟、蠕动粟或隔膜 粟。粟可W提供稳定的流速，但由于过滤是一个动态变化的过程，随着处理量的增加，系统 压力将越来越高，因此一般自动化程度较高的过滤系统都将过滤器进料口的压力作为反馈 信号来控制粟的转速，W维持操作压力恒定或在一定范围之内。世界上各大过滤操作整体 解决方案供应商都推出了各自的用于生物制药的高度自动化的过滤系统，如Millipore公 司的Mobius%化11公司的Allegro? MVP，Sartorius公司的Sfcirt〇n〇w'，旭化成公司 的Planova? Virus Filtration Controller等，另外配置有恒压功能的自动化层析系统， 如GE公司的AKTA系列，也常被用作过滤操作的供料系统。尽管上述自动化系统可W解决 过滤操作中的恒压问题，但使用粟作为过滤操作的驱动力存在W下缺点；1、离也粟、蠕动粟 产生的机械剪切力对蛋白质具有一定的破坏作用[李国荣等.粟对生物制品工艺的重要影 响.流程工业（制药），2014, 10:68] ;2、蠕动粟、隔膜粟工作时产生压力脉冲，难W实现较 高程度的恒压；3、恒压工作范围小，尤其在低压工作范围，粟的转速较低，由于控制较低的 粟转速在技术上较为困难，容易造成系统压力不稳；4、配有伺服系统的设备价格昂贵。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种无脉冲、恒压精度高、工作压力范围广、低剪切力、可连 续生产的气动恒压液体连续送料装置及方法；同时为了满足生物制药领域对于产品洁净度 的特殊要求，在本发明的送料装置中可放置可抛弃型塑料袋，方便清洗。
[0006] 本发明的目的是该样实现的：
[0007] 气动恒压的液体连续送料装置，包括第一恒压罐，第一恒压罐的上壁或侧壁上设 置有与第一恒压罐内腔连通的通气导管，通气导管的外端部通过H通连通的进气管上安装 有进气阀、通过H通连通的排空管上安装有排空阀，第一恒压罐的罐壁的底壁上设置有与 第一恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的第一进液 导管，第一进液导管和出液导管上均设置有阀口；其中的第一进液导管上有下述两种外接 部件之一：
[0008] 第一进液导管上的第一种外接部件的结构是；第二恒压罐的上壁或侧壁上设置 有与第二恒压罐内腔连通的通气导管，通气导管的外端部通过H通连通的进气管上安装有 进气阀、通过H通连通的排空管上安装有排空阀，第二恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第 二恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第二恒压罐内腔连通的第二进液导 管，第二进液导管和出液导管上均设置有阀口，第一恒压罐与第二恒压罐上的第一、第二进 液导管的外端部通过H通连接，第一恒压罐与第二恒压罐上的出液导管的外端部通过H通 连接；
[0009] 第一进液导管上的第二种外接部件的结构是；缓冲罐的上壁或侧壁上设置有第H 进液管和通气导管，第H进液管上安装有阀口，通气导管的外端部通过H通连通的进气管 上安装有进气阀、通过H通连通的排空管上安装有排空阀，设置有阀口的第一进液导管通 过缓冲罐的底壁与缓冲罐的内腔连通，缓冲罐和第一恒压罐的上壁或侧壁通过均压管与缓 冲罐和第一恒压罐的内腔连通，均压管上设置有阀口。
[0010] 上述的第一恒压罐、第二恒压罐和缓冲罐的上方内壁上均设置有一圈挂钩或周向 均布有挂钩，洁净的塑料袋的上端开口部镶嵌或挂设在挂钩上，塑料袋的底壁上设置有与 塑料袋的内腔连通的硬质且中空的插管，插管的外径与第二恒压罐、第一恒压罐或/和缓 冲罐底壁上的中空的连接管的内径相配合，插管的内径与外接插头的外径相配合，插管的 内径与外接插头的外径之间设置有密封圈，插管与外接插头通过内外径配合，辅W密封圈 连接，所述的出液导管连接在外接插头上。
[0011] 上述的外接插头与插管及连接管之间通过法兰盘或螺纹连接部连接。
[0012] 上述的第一恒压罐与第二恒压罐上的出液导管的外端部通过H通连接后的H通 的第H通连接的导管上连接有过滤器；或出液导管的外端部上连接有过滤器。
[0013] 上述的第一恒压罐与第二恒压罐上的进气管共用一个压缩体源，压缩体源提供的 压缩气体的压力根据工艺需求可W调节设定。
[0014] 上述的第一恒压罐与缓冲罐上的进气管共用一个压缩体源，压缩体源提供的压缩 气体的压力根据工艺需求可W调节设定。
[0015] 上述的气动恒压的液体连续送料装置的连续送料方法，具有所述的第一恒压罐和 第二恒压罐的液体连续送料装置中：当第一恒压罐常压进料时，第二恒压罐通入一定压力 的压缩气体连续供料，当第二恒压罐常压进料时，第一恒压罐通入一定压力的压缩气体连 续供料，第一恒压罐与第二恒压罐交替地进料和送料，从而实现气动恒压的液体连续送料； 或具有所述的第一恒压罐和缓冲罐的液体连续送料装置中：由缓冲罐周期性地进料并周期 性地为第一恒压罐补充进料，由第一恒压罐通入一定压力的压缩气体并连续供料，从而实 现气动恒压的液体连续送料。。
[0016] 本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
[0017] 1、本发明的液体送料方式，由于是用气体推动，液体不会产生剧烈瑞流，剪切力 低，相对用粟送料，降低了对料液中蛋白质的破坏。
[0018] 2、本发明的气动液体送料方式，由于气压控制在设定的恒定压力（例如化ar)，相 对用粟送料，消除了送料压力的波动；过滤过程中工作压力不会由于过滤膜堵塞而上升，降 低了因过压导致的风险。
[0019] 3、本发明的气动液体送料方式，可W根据料液中蛋白质对氧气的敏感程度，选用 氮气等惰性气体进行推动，进一步提高对蛋白质的保护。
[0020] 4、本发明通过第一恒压罐与第二恒压罐轮流供料实现连续供料，或通过缓冲罐不 断地为第一恒压罐补充供料实现连续供料，使得过滤工作可W连续进行，生产效率高；相对 具有压力反馈功能的伺服传输系统，控制更加简单，制造成本低，运行成本低。
[0021] 5、本发明在第一恒压罐、第二恒压罐或第一恒压罐与缓冲罐的罐体内挂设清洁的 塑料袋，每次生产前后不用对罐体进行清洗，仅用循环粟对接触液体的管道或导管进行循 环清洗即可，清洗时间短，清洗成本低。
[0022] 6、本发明适用于生物【技术领域】的料液过滤送料，本发明尤其适用于生物制药领域 对恒压送料有特殊要求的蛋白质溶液除病毒过滤。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的结构之一的示意图。
[0024] 图2是本发明的结构之二的示意图。
[00巧]图3是本发明的第一恒压罐、第二恒压罐和缓冲罐的结构示意图。
[0026] 图4是图3的A部放大图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图W具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1 一图4 :
[0028] 气动恒压的液体连续送料装置，包括第一恒压罐10,第一恒压罐10的上壁或侧壁 上设置有与第一恒压罐10内腔连通的通气导管11，通气导管11的外端部通过H通14连通 的进气管16上安装有进气阀15、通过H通14连通的排空管12上安装有排空阀13,第一恒 压罐10的罐壁的底壁上设置有与第一恒压罐10内腔连通的出液导管40、上壁或侧壁上设 置有与第一恒压罐10内腔连通的第一进液导管17,第一进液导管17和出液导管40上均设 置有阀口 18、41 ;其中的第一进液导管17上有下述两种外接部件之一：
[0029] 第一进液导管17上的第一种外接部件的结构是；第二恒压罐20的上壁或侧壁上 设置有与第二恒压罐20内腔连通的通气导管21，通气导管21的外端部通过H通24连通的 进气管26上安装有进气阀25、通过H通24连通的排空管22上安装有排空阀23,第二恒压 罐20的罐壁的底壁上设置有与第二恒压罐20内腔连通的出液导管45、上壁或侧壁上设置 有与第二恒压罐20内腔连通的第二进液导管27,第二进液导管27和出液导管45上均设 置有阀口 28、44,第一恒压罐10与第二恒压罐20上的第一、第二进液导管17、27的外端部 通过H通29连接，第一恒压罐10与第二恒压罐20上的出液导管45、40的外端部通过H通 43连接；
[0030] 第一进液导管17上的第二种外接部件的结构是；缓冲罐50的上壁或侧壁上设置 有第H进液管51和通气导管55,第H进液管51上安装有阀口 52,通气导管55的外端部通 过H通57连通的进气管80上安装有进气阀56、通过H通57连通的排空管59上安装有排 空阀58,设置有阀口 18的第一进液导管17通过缓冲罐50的底壁与缓冲罐50的内腔连通， 缓冲罐50和第一恒压罐10的上壁或侧壁通过均压管53与缓冲罐50和第一恒压罐10的 内腔连通，均压管53上设置有阀口 54。
[0031] 上述的第二恒压罐20、第一恒压罐10和缓冲罐50的上方内壁上设置有一圈U型 的挂钩或周向均布有挂钩103,塑料袋60的上端开口部镶嵌或挂设在挂钩103上，洁净（例 如消毒灭菌后）的塑料袋60的底壁上设置有与塑料袋60的内腔连通的硬质且中空的插管 61，插管61的外径与第二恒压罐20、第一恒压罐10或/和缓冲罐50底壁上的中空的连接 管101的内径相配合，插管61的内径与外接插头70的外径72相配合，插管61的内径与 外接插头70的外径之间设置有密封圈73,插管与外接插头通过内外径配合，辅W密封圈连 接，所述的出液导管40、45连接在外接插头70上。
[0032] 上述的外接插头70与插管61及连接管101之间通过法兰盘102、71或螺纹连接 部连接。
[0033] 上述的第一恒压罐10与第二恒压罐20上的出液导管40、45的外端部通过H通43 连接后的H通43的第H通连接的导管42上连接有除病毒夹具或过滤器；或出液导管40的 外端部上连接有除病毒夹具或过滤器。
[0034] 上述的第一恒压罐10与第二恒压罐20上的进气管16、26共用一个压缩气体 源81，压缩气体源81提供的压缩气体的压力可根据工艺需求调节设定，例如气体压力为 2bar。
[00巧]上述的第一恒压罐10与缓冲罐50上的进气管16、80共用一个，压缩气体源81提 供的压缩气体的压力可根据工艺需求调节设定，例如气体压力为化ar。
[0036] 上述的气动恒压的液体连续送料装置的连续送料方法是：具有所述的第一恒压罐 10和第二恒压罐20的液体连续送料装置中；当第一恒压罐10常压进料时，第二恒压罐20 通入一定压力的压缩气体连续供料，当第二恒压罐20常压进料时，第一恒压罐10通入一定 压力的压缩气体连续供料，第一恒压罐10与第二恒压罐20交替地进料和送料，从而实现气 动恒压的液体连续送料；或具有所述的第一恒压罐10和缓冲罐50的液体连续送料装置中： 由缓冲罐50周期性地进料并周期性地为第一恒压罐10补充进料，由第一恒压罐10通入一 定压力的压缩气体并连续供料，从而实现气动恒压的液体连续送料。
[0037] 本发明的工作过程：
[003引一、本发明结构之一的工作过程，参见图1及图3、图4 :
[0039] 打开第一恒压罐10、第二恒压罐20的顶盖，将洁净的塑料袋60分别息挂在第一恒 压罐10、第二恒压罐20的挂钩103上并用环形压块104压紧，将塑料袋60插管61分别从 第一恒压罐10、第二恒压罐20底部中空的连接管101内向下穿出，并与外接插头70的上部 插接好，外接插头70的法兰盘71与连接管101上的法兰盘102通过连接，外接插头70的 下部连接出液导管40、45并通过H通43连接出液导管42,出液导管42的外端连接过滤器， 关闭第一恒压罐10、第二恒压罐20的顶盖，第一进液导管17、第二进液导管27通过H通29 连接进液导管31，进液导管31的外端与储液袋30或储液罐的出液接头连接，关闭所有的阀 n，通气导管26、16外接压缩气体源81，打开阀口 18、13后，储液袋30或储液罐内的液体 靠高度差形成的压力自动流入第一恒压罐10后，待第一恒压罐10液面到达一定高度（高 限），关闭阀口 18、13,依次打开阀口 15及41，在压缩气体源81的压缩气体的压力为化ar 的恒压情况下，第一恒压罐10内的液体稳定地通过出液导管40、42进入过滤器进行过滤； 在第一恒压罐10工作的过程中，打开阀口 28、23,使得储液袋30或储液罐内的液体靠高度 差形成的压力自动流入第二恒压罐20后，待第二恒压罐20液面到达一定高度（高限），关 闭阀口 28、23并打开阀口 25加压待用，待第一恒压罐10液面到达一定高度（低限），打开 阀口 44,关闭阀口 41、15后第一恒压罐10停止供液，由第二恒压罐20接替供液，实现了不 间断的连续供液及过滤，然后打开阀口 13排空第一恒压罐10内的压力，再打开阀口 18向 使得储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力自动流入第一恒压罐10,待第一恒 压罐10液面到达一定高度（高限），后关闭阀口 18、13,打开阀口 15加压备用，储液袋30 或储液罐在其内的液体全部输出后可W在常压下更换新的储液袋30或储液罐，不影响连 续供料；当然，如果对料液的洁净要求不高，或对第一恒压罐10及第二恒压罐20的内壁清 洁要求不高的话，也可W不用塑料袋60及其配套的插管61等部件。
[0040] 二、本发明结构之二的工作过程，参见图2及图3、图4 :
[0041] 打开第一恒压罐10、缓冲罐50的顶盖，将洁净的塑料袋60分别息挂在第一恒压罐 10、缓冲罐50的挂钩103上并用环形压块104压紧，将塑料袋60插管61分别从第一恒压 罐10、缓冲罐50底部中空的连接管101内向下穿出，并与外接插头70的上部插接好，外接 插头70的法兰盘71与连接管101上的法兰盘102通过连接，外接插头70的下部连接出液 导管40,出液导管40的外端连接过滤器，关闭第一恒压罐10、缓冲罐50的顶盖，第一恒压 罐10、缓冲罐50的进气导管80、16通过H通连接外接压缩气体源81，进液导管31的外端与 储液袋30或储液罐的出液接头连接，关闭所有的阀口，打开阀口 52、18及13后，储液袋30 或储液罐内的液体靠高度差形成的压力先自动流入缓冲罐50后再流入第一恒压罐10,待 第一恒压罐10液面到达一定高度（高限），关闭阀口 52、18及13,依次打开阀口 15及41， 在压缩气体源81的压缩气体的压力为化ar的恒压情况下，第一恒压罐10内的液体稳定地 通过出液导管41进入过滤器，进行过滤；在第一恒压罐10工作的过程中，打开阀口 52、58， 使得储液袋30或储液罐内的液体靠高度差形成的压力自动流入缓冲罐50,待缓冲罐50液 面到达一定高度（高限），关闭阀口 52、58,打开阀口 56加压，待缓冲罐50压力稳定，关闭 阀口 56,打开阀口 54,消除缓冲罐50与第一恒压罐10内之间可能存在的微小压力差；待第 一恒压罐10内液面到达一定高度（低限），打开阀口 18,使得缓冲罐50内的液体靠高度差 形成的压力自动流入第一恒压罐10内，补液完成后关闭阀口 18、54,打开阀口 58,排空缓冲 罐50内的气压，打开阀口 52,进入下一个进料循环，依此循环操作，实现了不间断的连续供 液及过滤；储液袋30或储液罐在其内的液体全部输出后可W在常压下更换新的储液袋30 或储液罐，不影响连续供料；当然，如果对料液的洁净要求不高，或对第一恒压罐10及第二 恒压罐20的内壁清洁要求不高的话，也可W不用塑料袋60及其配套的插管61等部件。
[0042] 上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故；凡依 本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 气动恒压的液体连续送料装置，其特征在于：包括第一恒压罐，第一恒压罐的上壁 或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通的通气导管，通气导管的外端部通过三通连通的进 气管上安装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀，第一恒压罐的罐壁的底壁 上设置有与第一恒压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第一恒压罐内腔连通 的第一进液导管，第一进液导管和出液导管上均设置有阀门；其中的第一进液导管上有下 述两种外接部件之一： 第一进液导管上的第一种外接部件的结构是：第二恒压罐的上壁或侧壁上设置有与 第二恒压罐内腔连通的通气导管，通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安装有进气 阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀，第二恒压罐的罐壁的底壁上设置有与第二恒 压罐内腔连通的出液导管、上壁或侧壁上设置有与第二恒压罐内腔连通的第二进液导管， 第二进液导管和出液导管上均设置有阀门，第一恒压罐与第二恒压罐上的第一、第二进液 导管的外端部通过三通连接，第一恒压罐与第二恒压罐上的出液导管的外端部通过三通连 接； 第一进液导管上的第二种外接部件的结构是：缓冲罐的上壁或侧壁上设置有第三进液 管和通气导管，第三进液管上安装有阀门，通气导管的外端部通过三通连通的进气管上安 装有进气阀、通过三通连通的排空管上安装有排空阀，设置有阀门的第一进液导管通过缓 冲罐的底壁与缓冲罐的内腔连通，缓冲罐和第一恒压罐的上壁或侧壁通过均压管与缓冲罐 和第一恒压罐的内腔连通，均压管上设置有阀门。
2. 根据权利要求1所述的气动恒压的液体连续送料装置，其特征在于：所述的第一恒 压罐、第二恒压罐和缓冲罐的上方内壁上均设置有一圈挂钩或周向均布有挂钩，洁净的塑 料袋的上端开口部镶嵌或挂设在挂钩上，塑料袋的底壁上设置有与塑料袋的内腔连通的硬 质且中空的插管，插管的外径与第二恒压罐、第一恒压罐或/和缓冲罐底壁上的中空的连 接管的内径相配合，插管的内径与外接插头的外径相配合，插管的内径与外接插头的外径 之间设置有密封圈，插管与外接插头通过内外径配合，辅以密封圈连接，所述的出液导管连 接在外接插头上。
3. 根据权利要求2所述的气动恒压的液体连续送料装置，其特征在于：所述的外接插 头与插管及连接管之间通过法兰盘或螺纹连接部连接。
4. 根据权利要求1一3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置，其特征在于：所述 的第一恒压罐与第二恒压罐上的出液导管的外端部通过三通连接后的三通的第三通连接 的导管上连接有过滤器；或出液导管的外端部上连接有过滤器。
5. 根据权利要求1一3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置，其特征在于：所述 的第一恒压罐与第二恒压罐上的进气管共用一个压缩气体源，压缩气体源提供的压缩气体 的压力根据工艺需求可以调节设定。
6. 根据权利要求1一3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置，其特征在于：所述 的第一恒压罐与缓冲罐上的进气管共用一个压缩气源，压缩气体源提供的压缩气体的压力 根据工艺需求可以调节设定。
7. 根据权利要求1一3任一项所述的气动恒压的液体连续送料装置的连续送料方法， 其特征在于：具有所述的第一恒压罐和第二恒压罐的液体连续送料装置中：当第一恒压罐 常压进料时，第二恒压罐通入一定压力的压缩气体连续供料，当第二恒压罐常压进料时，第 一恒压罐通入一定压力的压缩气体连续供料，第一恒压罐与第二恒压罐交替地进料和送 料，从而实现气动恒压的液体连续送料；或具有所述的第一恒压罐和缓冲罐的液体连续送 料装置中：由缓冲罐周期性地进料并周期性地为第一恒压罐补充进料，由第一恒压罐通入 一定压力的压缩气体并连续供料，从而实现气动恒压的液体连续送料。
【文档编号】B01D35/00GK104436815SQ201410802679
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月20日 优先权日:2014年12月20日
【发明者】江海燕, 应跃斌, 孙舸 申请人:应跃斌