Аппарат центробежной очистки отходящих газов от пыли. Описание работы аппарата сухой очистки газов.

Существует несколько видов фильтрации отходящих выбросов в атмосферу от вредных веществ, их выбор осуществляется на стадии создания общего проекта всего объекта и зависит от технологии производства, условий эксплуатации предприятия, вида и характеристик загрязнений. Сухая очистка газов от пыли с помощью циклонов является одной из самых эффективных и распространенных технологий фильтрации промышленных выбросов. Работа циклонных аппаратов сухой механической очистки газов основана на использовании центробежной и инерционной сил. Циклонные устройства отличаются простотой, высокой надежностью, продолжительным сроком эксплуатации и не требуют подключения к энергетическим коммуникациям. Степень очистки аппаратов достигает значения 98% и их можно применять в качестве основной или первой ступени фильтрации.

Конструктивные особенности

Способы фильтрации промышленных выбросов в атмосферу по технологическим особенностям и принципу действия делятся на сухую и мокрую очистку. При мокрой очистке применяется эффект прилипания пыли к мокрой поверхности и слипания отдельных частиц загрязнений под действием мельчайших капель жидкости. При сухой фильтрации отделение твердых включений от потока газа проводится с применением центробежной и инерционной сил.

Аппарат сухой очистки газов центробежного типа (циклон) конструктивно состоит из стального цилиндрического корпуса, нижняя часть которого имеет конусообразный вид. Запыленный газ подается через входной патрубок, а чистый воздух удаляется через выходную трубу, которая закреплена вертикально в центре корпуса. Нижний конус переходит в накопительный бункер, а вся конструкция опирается на несколько стальных опор. Бункер снабжен шиберным затвором, который во время работы закрыт и служит только для выгрузки уловленной пыли в транспорт. Корпус циклона изготовлен из листовой стали, который для защиты от абразивных частиц может быть футерован изнутри специальными материалами или выполняться из нержавеющей стали. Если аппарат сухой очистки газа от пыли центробежного типа установлен до вентилятора, то выходной патрубок снабжают спиральной насадкой. Такой элемент позволяет крепить к устройству воздуховоды и снижать гидравлическое сопротивление аппарата.

Для увеличения производительности циклонов их объединяют в группы или батареи. Группы состоят из 2, 4, 6 или 8 аппаратов, которые имеют общий вход и могут пропускать большой объем запыленного газа. Батарейные установки применяются на производстве, которое имеет большие объемы выбросов в атмосферу. Такое конструктивное решение позволяет сохранить необходимую скорость потока в каждом отдельном аппарате для обеспечения эффективности очистки и значительно увеличить объем очищаемого газа в одной аспирационной системе. Батареи из нескольких циклонов широко применяются в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и на предприятиях по производству сыпучих строительных материалов.

Принцип действия и виды циклонов

Загрязненный воздух попадает внутрь циклона через входной патрубок, который имеет спиральную форму и закручивает поток вокруг вертикальной оси. От направления движения (против или по часовой стрелке) различают устройства левого и правого вращения. Центробежная сила отбрасывает твердые частицы к стенкам корпуса и заставляет по спирали опускаться вниз. При переходе в коническую часть скорость потока увеличивается. Чистый воздух резко меняет свое направление на 180° и устремляется в вертикальную трубу, а загрязнения по инерции продолжают опускаться в нижнюю часть корпуса и ссыпаются в приемный бункер и в дальнейшем вывозятся транспортом.

Наибольшее распространение для очистки выбросов, образующихся на промышленных предприятиях, получили аппараты марки ЦН-15 и ЦН-11. Устройства отличаются универсальностью и предназначены для сухой фильтрации отходящих газов от твердых неслипающихся и волокнистых включений. Аппараты центробежной очистки отходящих газов от пыли ЦН в одиночном варианте имеют диаметр от200 до 1200 мм, а объединяться в группы из 2,4, 6 или 8 циклонов могут модели диаметром от 300 до 900 мм. Модели ЦН-15 и ЦН-11 очень часто используются в металлургической промышленности для организации аспирационных систем в подготовке производства, на перегрузках сыпучих материалов, для очищения воздуха от графитовой пыли при переливании чугуна.

В деревообрабатывающей промышленности для очистки от тяжелой древесной пыли, щепы, стружки, сырых опилок и коры применяются модели ОЭКДМ, которые отличаются небольшим гидравлическим сопротивлением. Для фильтрации от мелкодисперсной древесной пыли, небольших опилок и стружки используются аппараты марки ЦДО, УЦ, Ц, имеющие низкое сопротивление и высокий коэффициент очистки. Циклоны марки СК-ЦН-34 нашли свое применение в энергетике, химической промышленности и производстве нефтепродуктов. С их помощью очищают газы от частиц сажи, продуктов сгорания топлива, технического углерода.

Преимущества аппаратов центробежной очистки

Циклоны имеют ряд неоспоримых преимуществ, которые обеспечили им широкое применение в различных областях промышленности:

• высокая степень очистки;
• возможность регулировать производительность одной аспирационной системы путем добавления отдельных аппаратов;
• большой спектр моделей, позволяющий подбирать устройство под конкретный вид производства;
• низкая стоимость;
• отсутствие необходимости подключения к энергетическим коммуникациям;
• отсутствие подвижных частей и агрегатов;
• очистка газов с широким диапазоном концентрации пыли;
• длительный срок эксплуатации;
• возможность очищать отходящие газы с высокой температурой рабочей среды.

Выбор модели для очистки выбросов в атмосферу осуществляется на стадии создания проекта всего объекта. При подборе учитываются объем отходящего газа, концентрация загрязняющих веществ, размер, физические и химические свойства твердых частиц. Количество источников загрязнений и характер выбросов. 

Аппарат центробежные

Среди аппаратов, предназначенных для пылеулавливания, следует выделить аппараты.центробежного действия. К этой категории относятся пылеуловители и противопоточные пылеотделители ротационного типа, а также вихревые пылеуловители (ВПУ).[ …]

Относятся к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм. Они обладают большой компактностью, так как вентилятор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате. В результате этбго при монтаже и эксплуатации таких машин не требуется дополнительных площадей, необходимых для размещения специальных пылеулавливающих устройств при перемещении запыленного потока обыкновенным вентилятором. При работе вентиляторного колеса частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия.[ …]

Также относятся к аппаратам центробежного действия. Отличительной особенностью их является сравнительно высокая эффективность очистки газов от тончайших фракций (менее 3-5 мкм), что позволяет им в отдельных случаях конкурировать с фильтрами (пропуекпая способность достигает более 300 тыс.мУч) [17].[ …]

Среди пылеулавливающего оборудования аппараты мокрой очистки являются самыми многочисленными.[ …]

Из испытанных различных типов эмульсаторов наилучшими были признаны аппараты центробежного и вихревого типа.[ …]

Особое место в газоочистительной технике занимают вихревые пылеуловители (ВПУ), которые также относятся к прямоточным аппаратам центробежного действия. Они позволяют извлекать из вентиляционных выбросов до 99 % пыли с заметным содержанием мелкодисперсных частиц диаметром 3-5 мкм. ВПУ получили широкое распространение для очистки газов после мельниц, сушилок, а также в горнорудной промышленности.[ …]

В последнее время получили распространение вихревые технологии систем очистки уходящих газов. Их действие основано на использовании вращающихся газожидкостных систем, формирующихся в вихревых камерах. Такие процессы называют центробежным барботажем, а аппараты — центробежно-барботажными (ЦБА). Эти аппараты более эффективны, чем мокрые циклоны и барботажно-пенные пылеуловители (Вихревые…).[ …]

В середине по высоте каждого отделения вращаются плоские диски, закрепленные на общем валу. Использование гладких вращающихся дисков и гладких колец обеспечивает дробление дисперсной фазы без образования эмульсии. Дисперсная фаза дробится развиваемыми в аппарате центробежными силами, срывающими экстрагент с дисков по направлению к стенкам колонны.[ …]

Принцип работы мокрого золоуловителя с коагулятором Вентури заключается в следующем. В конфузор 3 коагулятора через форсунки подается орошающая вода, которая дополнительно диспергируется (распыляется) скоростным газовым потоком на мелкие капли. Летучая зола при прохождении с дымовыми газами через коагулятор частично осаждается на каплях и на его орошаемых стенках. Далее капли и неуловленные частицы золы поступают в корпус аппарата — центробежный скруббер, где дымовые газы освобождаются от капель и дополнительно очищаются от золы, после чего дымососом выбрасываются в атмосферу.[ …]

Другое объяснение возможной роли ионов при магнитной обработке воды связано с возникновением при этом электрического тока. В присутствии ионов вода приобретает известную электропроводность, и при перемещении в магнитном поле в ней возбуждается электрический ток. Это отмечалось в общей форме нами, П. С. Стукаловым с соавторами, М. Ф. Скалозубовым с соавторами и другими исследователями. Непосредственные измерения, проведенные при магнитной обработке воды в промышленном аппарате, подтвердили это положение [14]. Своеобразное действие на воду сочетания магнитного поля и слабого электрического тока подтверждается и опытами магнитоэлектрической обработки воды, осуществляемой в аппаратах центробежного типа (см. рис. 13). Электрический ток может оказывать значительное влияние и на гидратацию ионов.[ …]

Основы эксплуатации и обслуживания центрифуг

Часть 1: Для чего используется центрифуга?

Центрифуги используются в различных лабораториях для разделения жидкостей, газов или жидкостей по плотности. В исследовательских и клинических лабораториях центрифуги часто используются для очистки клеток, органелл, вирусов, белков и нуклеиновых кислот.

Примером использования центрифуг в клинических условиях является разделение компонентов цельной крови. Для различных анализов требуется сыворотка или плазма, которые можно получить центрифугированием.

Сыворотку получают путем свертывания образца цельной крови при комнатной температуре. Затем образец центрифугируют и удаляют сгусток, оставляя супернатант сыворотки.

В отличие от сыворотки, плазму получают из цельной крови, которая не подвергается свертыванию и содержит сыворотку вместе с факторами свертывания крови. Для получения плазмы образец цельной крови собирают в пробирки, обработанные антикоагулянтами. После центрифугирования клетки удаляют, а супернатант плазмы остается.

Часть 2: Как работает центрифугирование ?

Принципы центрифугирования 

Центрифуга используется для разделения взвешенных в жидкости частиц в зависимости от размера и плотности частиц, вязкости среды и скорости вращения ротора.

В растворе гравитационная сила заставит частицы с более высокой плотностью, чем растворитель, опуститься на дно, а менее плотные, чем растворитель, всплыть на поверхность. Центрифугирование позволяет использовать даже незначительные различия в плотности для разделения частиц в растворе.

Когда ротор вращается вокруг центральной оси, он создает центробежную силу, которая отталкивает частицы от оси вращения. Если центробежная сила превышает выталкивающую силу жидких сред и силу трения, создаваемую частицей, частицы будут оседать.

Типы центрифужных роторов

Существует две очень распространенные конструкции ротора: с фиксированным углом и с поворотным бакетом. Ротор с фиксированным углом предназначен для удержания пробирок в фиксированном положении под фиксированным углом относительно вертикальной оси вращения (примерно до 45°). Центрифугирование приведет к оседанию частиц на стенках и дне пробирки. Конструкция поворотного стакана позволяет пробиркам раскачиваться из вертикального положения покоя и становиться параллельным горизонтальному положению во время центрифугирования. В результате на дне пробирки образуется осадок.

Угловые роторы с фиксированным углом идеально подходят для гранулирования либо для удаления частиц из суспензии и отбрасывания обломков, либо для извлечения гранул, в то время как роторы с поворотным бакетом лучше всего подходят для разделения проб большого объема на низких скоростях и разделения проб в зависимости от скорости (плотность). ) градиенты.

Часть 3. Как выбрать центрифугу?

Скорость центрифуги

Центрифуги можно классифицировать на основе максимальной скорости, измеряемой в оборотах в минуту (об/мин). Диапазон скоростей составляет от 0 до 7 500 об/мин для низкоскоростных центрифуг, вплоть до 20 000 об/мин и выше.

Скорость ротора центрифуги часто выражается как RCF в единицах силы тяжести (x г ) для различных процедур. Однако многие центрифуги отображают скорость как число оборотов в минуту (об/мин), что требует преобразования для обеспечения правильных экспериментальных условий. Для преобразования RPM в RCF используется следующая формула, где R — радиус ротора (см), а S — скорость (об/мин):

г = (1,118 x 10 ^-5 ) Размер центрифуги

Центрифуги доступны в виде различных настольных и напольных моделей.

Напольные модели обеспечивают большую вместимость образцов и могут работать на высоких скоростях. Сверхскоростные центрифуги могут достигать максимальной силы g (относительная центробежная сила, RCF) свыше 70 000 x g , а ультрацентрифуги, часто используемые для фракционирования ДНК или РНК, могут достигать 1 000 000 x g. Для низкоскоростных центрифуг большой емкости, низкоскоростных центрифуг, достигающих примерно 7000 x г доступны.

Настольные модели занимают меньше места, а модели общего назначения идеально подходят для широкого спектра применений. Доступно множество настольных моделей, в том числе высокоскоростные, микроцентрифужные, клинические модели и модели для отмывки клеток. Клинические настольные модели и промыватели клеток обычно работают на более низких скоростях и подходят для диагностических приложений и промывки дебриса эритроцитов.

Центрифуги различного назначения

Очень важно выбрать центрифугу, подходящую для конкретного применения. При покупке центрифуги важно учитывать следующие вопросы: 

• С какими объемами проб вы работаете? Для процессов, включающих большие или переменные объемы, лучшим решением может быть напольная модель с большей производительностью и различными конфигурациями роторов.
• Являются ли образцы чувствительными к температуре? В этом случае требуется центрифуга с функциями охлаждения и контроля температуры.
• Будет ли центрифуга использоваться для обработки клинических образцов или образцов крови? Для этих конкретных применений доступны промыватели клеток или клинические модели.
• Сколько доступного лабораторного пространства по сравнению с занимаемой центрифугой?
• Какова максимальная перегрузка, которую способна создать центрифуга? Низкоскоростные центрифуги идеально подходят для разделения целых клеток, тогда как ультрацентрифуги необходимы для разделения ДНК и РНК.

Часть 4: Какие меры предосторожности следует соблюдать при работе с центрифугой?

Обеспечьте прочную ровную рабочую поверхность

Перед началом работы обязательно убедитесь, что центрифуга находится на подходящей поверхности.

Балансировка центрифуги

Эксплуатация несбалансированной центрифуги может привести к серьезным повреждениям и травмам оператора и другого персонала лаборатории. Общая масса каждой трубки должна быть как можно ближе – это становится все более важным при очень высоких скоростях вращения ротора. Рекомендуется балансировать массы с точностью до 0,1 грамма, и важно балансировать пробирки по массе, а не по объему. Например, не уравновешивайте образец, состоящий из жидкости с большей или меньшей плотностью, чем вода, с равным объемом воды.

Не открывайте крышку во время вращения ротора

Многие центрифуги имеют «защитное отключение». Однако это только остановит питание ротора, который все еще будет вращаться из-за собственной инерции в течение некоторого времени, пока не будет остановлен трением.

Если центрифуга качается или трясется, вытащите заглушку.

Небольшая вибрация является нормальным явлением, но ее чрезмерное количество может представлять опасность. Во-первых, дважды проверьте правильность балансировки трубок. Если это не решит проблему, не используйте центрифугу до тех пор, пока она не будет обслужена производителем или дилером.

Часть 5: Как сбалансировать центрифугу?

Зачем нужна балансировка центрифуги

Перед запуском центрифуги необходимо ее правильно загрузить. Балансировка центрифуги предотвращает потенциальное повреждение прибора и имеет решающее значение для безопасной работы.

Как сбалансировать центрифугу  

1. Убедитесь, что все пробирки для проб равномерно заполнены. Если для балансировки требуются дополнительные пробирки, заполните их водой или жидкостью с такой же плотностью, что и образец, и убедитесь, что масса сбалансирована с точностью до 0,1 грамма.
2. Для каждой пробирки, вставленной в ротор, добавьте пробирку равного веса прямо напротив нее. Это гарантирует, что центр тяжести останется в центре ротора.
3. Поверните ротор на 90° и добавьте две дополнительные пробирки прямо друг напротив друга.
4. Повтор.

Как сбалансировать 3 пробирки, 5 пробирок или 7 пробирок в центрифуге с 12 позициями

Есть два способа сбалансировать три пробирки. Первый вариант заключается в том, чтобы вставить три пробирки с образцами рядом друг с другом и создать три уравновешивающие пробирки, расположенные непосредственно напротив пробирок с образцами.

В качестве альтернативы вокруг ротора можно равномерно разместить три пробирки для проб.

Чтобы сбалансировать пять трубок, создайте одну балансировочную трубку и поместите два набора из трех трубок друг напротив друга.

Чтобы сбалансировать семь трубок, создайте одну балансировочную трубку и поместите два набора из четырех трубок друг напротив друга.

Часть 6. Как обслуживать центрифугу?

Уход и техническое обслуживание центрифуги

Несколько простых шагов могут обеспечить правильную работу центрифуги и снизить риск повреждения или травмы.

• Обеспечьте правильную смазку центрифуги. Уплотнительные кольца являются основным средством защиты от утечки пробы и должны быть смазаны перед установкой нового ротора или после очистки. Любые резьбовые компоненты также следует регулярно очищать и смазывать одобренной смазкой, чтобы обеспечить правильную работу и предотвратить перекручивание резьбы и коррозию.
• Убедитесь, что все пользователи знают, как правильно эксплуатировать центрифугу, включая правильную посадку стаканов на штифты, балансировку трубок в роторе, работу роторов в соответствии с установленными рекомендациями по скорости и максимальной массе отсека, а также избегание царапин на роторе.
• Осмотрите важные компоненты и найдите признаки износа, в том числе царапины или последствия химического воздействия на ротор.
• Обратите особое внимание на шум, вибрацию, тряску или скрежет и немедленно остановите устройство, если это произойдет.

Очистка центрифуги

Регулярно очищайте центрифугу нейтральными чистящими растворами (спирт или дезинфицирующее средство на спиртовой основе), наносимыми мягкой тканью на роторы и принадлежности. Ежедневная уборка должна включать внутреннюю часть центрифуги, камеру ротора и поверхности с электронными компонентами, такими как сенсорные экраны и клавиатуры.

Важно знать о различных типах проб, используемых с центрифугой, и о любых конкретных продуктах или протоколах, необходимых для очистки разливов.

Дополнительные ресурсы:

• Что спрашивать при покупке центрифуги и другие полезные советы после общих патентных заявок США. A.) Центробежная система и метод сбора фракций, подана 19 сентября., 2007, сер. № 11/901,817. B.) Предварительные патентные заявки США, все озаглавленные «Устройство и способ концентрирования растворителей», заявка № 61/009,816, поданная 2 января 2008 г.; 61/010435, поданной 8 января 2008 г.; и 61/010,670, поданной 10 января 2008 г. соответственно. Эти заявки включены сюда в качестве ссылки.

  1. Область изобретения

  Настоящее изобретение относится к удалению растворителей из раствора с целью получения нелетучих веществ или осадков и, в частности, к обеспечению высоких скоростей испарения и сублимации, обычно применяемых в процедурах обработки соединений для ускорения производство сухих нелетучих материалов.

  2. Исходная информация

  Переработка соединений для разделения смесей химических соединений на чистые индивидуальные компоненты обычно включает ряд последовательных стадий процесса растворения, перемежающихся стадиями сушки. Стадия сушки может только увеличить концентрацию жидкости или твердого вещества, но часто требуется полная сушка нелетучих осадков перед выполнением повторного растворения. Для извлечения растворенных нелетучих материалов в виде сухих порошков или для увеличения концентрации соединений используются три подхода: а) вакуумные центрифуги; б) сушка вымораживанием; и c) продувочные концентраторы. Многоэтапная обработка компаундов требует много времени и средств, а этапы сушки являются критическим этапом любого процесса, поскольку сушка должна быть завершена до начала следующего этапа. Любое сокращение времени сушки выгодно.

  Вакуумные центрифуги сочетают в себе высокопроизводительный вакуумный насос для создания условий очень низкого давления внутри камеры ротора центрифуги, чтобы увеличить скорость выхода молекул растворителя с поверхности раствора. Центробежная сила удерживает растворы в контейнерах и предотвращает бурное кипение раствора в вакуумной среде. Холодная ловушка обычно устроена так, чтобы улавливать молекулы растворителя, когда они мигрируют из пространства с более высокой концентрацией внутри вакуумной центрифуги в пространство с низкой концентрацией внутри сосуда для сбора растворителя в холодной ловушке. Для ускорения сушки необходимы высокопроизводительные вакуумные системы, но такие вакуумные системы дороги в покупке и эксплуатации. Однако эти дорогие высокопроизводительные системы, работающие с водосодержащим растворителем (который является наиболее часто встречающимся растворителем в биологических образцах), по-прежнему способны удалять воду со скоростью около 0,5 мл/час. Было бы выгодно увеличить скорость удаления воды в таких системах.

  Сушка вымораживанием — это метод, обычно выбираемый, когда молекулы растворенных веществ подвергаются разложению при температурах выше точки замерзания или в жидких растворах. Этот процесс требует, чтобы решение было заморожено изначально. Контейнер с замороженным растворяющим материалом помещают в аппарат для сушки вымораживанием. Жесткий вакуум создается на поверхности твердого раствора, после чего молекулы растворителя выходят (возвышаются) из твердого раствора. Поскольку сублимация является эндотермической, она имеет тенденцию поддерживать твердое замороженное состояние раствора. Теперь свободные молекулы растворителя мигрируют и собираются в области более низкой концентрации контейнера для сбора растворителя с охлаждаемой ловушкой. Этот подход сохраняет дорогостоящую вакуумную систему, но в некоторых случаях добавляет дорогостоящее холодильное оборудование. Если в качестве растворителя используется вода, время предварительного замораживания растворов соединений добавляется к времени и усилиям, необходимым для доведения соединений до высыхания.

  Концентраторы продувки создают непрерывный поток газа на поверхность жидкого (или твердого) раствора. Поток газа способствует выходу молекул растворителя из контейнера с раствором, так что они могут быть унесены потоком отработанного газа через выпускное отверстие. Блок продувки может быть расположен внутри вытяжного шкафа, чтобы пары растворителя не попадали в рабочее пространство, или выпускное отверстие может быть соединено с охлаждаемой ловушкой для улавливания молекул растворителя в контейнере. В любом случае выпускной патрубок направляется в вытяжной шкаф. Концентраторы продувки настроены на определенные газы, которые не вступают в реакцию с растворенными соединениями, чтобы не происходило разложения соединений. Азот обычно выбирают для предотвращения разложения потенциально реакционноспособных соединений из кислорода в воздухе.

  Продувочные концентраторы не рекомендуются для полной сушки, так как поток сушильного газа унесет сухой материал. При использовании стандартных трубчатых (похожих на пробирки) трубчатых контейнеров известные продувочные осушители предполагают максимальный поток газа два (2) литра в минуту на трубчатый контейнер для раствора. Кроме того, рекомендуется сушить раствор не до состояния порошка, а до более концентрированного жидкого состояния, поскольку такой консервативный расход газа может нарушить работу сухого образца. Невозможность полностью высушить раствор пробы снижает производительность концентраторов продувки, а потребление ими газа (обычно азота) увеличивает эксплуатационные расходы систем продувки.

  Настоящее изобретение предлагает центрифугу с растворами проб, которые переносятся в пробирках, и продувочным газом из окружающей среды, заполняющим полость центрифуги. Продувочный газ нагнетается в каждую трубку с помощью центробежного вентилятора и выходит, увлекая за собой молекулы растворителя из высушиваемого растворенного вещества образца. Здесь, как понятно специалистам в данной области техники, термин «образец», используемый здесь, определяет осадок в растворе, который высушивают для удаления растворителя, оставляя только высушенный осадок. Другой центробежный вентилятор предназначен для отвода растворителя и продувочного газа из полости центрифуги в холодную ловушку, где собирается растворитель, а продувочный газ извлекается для повторного входа в центрифугу.

  В этом варианте осуществления центробежная сила удерживает образец в пробирочном контейнере неповрежденным. Настоящее изобретение обеспечивает существенно более высокую скорость продувочного газа, подаваемого в трубчатый контейнер. В результате скорость сушки образца без использования вакуума может быть в пять или более раз выше, чем в известных сушилках с продувкой. Кроме того, центробежная сила поддерживает целостность образца, что позволяет настоящему изобретению полностью высушить образец до сухого тонкодисперсного порошка.

  В одном иллюстративном варианте конструкция лопасти вентилятора встроена в ротор центрифуги. Лопасти заканчиваются у отверстий трубчатых контейнеров. На лопасти вентилятора надевается крышка, а дефлекторная часть крышки перенаправляет газ, направляемый лопастями вентилятора, в трубчатые контейнеры. В одном иллюстративном варианте осуществления скорость потока газа в любой трубчатый контейнер может увеличиваться от 2 литров в минуту до 76 литров в минуту (тридцать восемь раз выше скорости газа предшествующего уровня техники) или более.

  В другом иллюстративном варианте осуществления продувочный газ поступает в полость центрифуги через систему труб Венчурного типа, а в другом применении осушающий газ поступает в камеру с питающими трубками, которые проходят к отверстиям контейнера для проб. Осушающий газ вытесняется из питающих трубок в контейнеры для проб по мере прохождения вращающихся контейнеров для проб.

  Специалистам в данной области техники будет понятно, что, хотя последующее подробное описание будет продолжаться со ссылками на иллюстративные варианты осуществления, чертежи и способы использования, настоящее изобретение не предназначено для ограничения этими вариантами осуществления и способами. использования. Скорее, настоящее изобретение имеет широкий объем и предназначено для определения только в прилагаемой формуле изобретения.

  Приведенное ниже описание изобретения относится к прилагаемым чертежам, из которых:

  РИС. 1А представляет собой поперечное сечение системы центробежной сушки с диском вентилятора 14 , прикрепленным к вращающейся опоре центрифуги 4 на высоте, совпадающей с отверстиями 17 контейнеров 8 , содержащих образцы 9 для выпаривания или сублимации;

  РИС. 1В представляет собой деталь, в которой поток продувочного воздуха направляется в трубчатый контейнер;

  РИС. 2 представляет собой систему, сконфигурированную для максимальной скорости сушки, в которой относительно сухой окружающий воздух 28 предусмотрен на входе в диск центробежного вентилятора 14 через трубку Вентури 27 с относительно небольшим ограничением потока воздуха в 28 или на выходе 20 ;

  РИС. 3 показана холодная ловушка 30 , включенная в контур рециркуляции, состоящий из выпускного шланга 13 и впускного шланга 29 , для конденсации молекул растворителя, перемещающихся с молекулами газа по замкнутой системе во время процесса сушки;

  РИС. 4 — сечение диска центробежного вентилятора 14 , интегрированного с подсистемой распределителя фракций 23 центробежного сборника фракций. Распыленный спрей элюента 25 сталкивается с газовыми потоками центробежного вентилятора 18 и 19 внутри сборных контейнеров 8 , способствуя быстрому образованию сухого порошка 26 любого нелетучего материала, растворенного или осажденного в потоке элюента;

  РИС. 5 представляет собой концентраторное устройство с двумя уровнями контейнеров 8 и два вентилятора 14 с приводом от двигателя 38 ;

  РИС. 6 представляет собой устройство для концентрирования проб, в котором подача продувочного газа обеспечивается внешним источником сжатого газа, присоединенным к камере 42 с помощью фитинга 41 . Газ поступает в контейнеры 8 по мере того, как отверстия контейнеров 17 проходят мимо стационарной группы сопел 43 ; и

  РИС. 7 иллюстрирует применение настоящего изобретения в титрационных микропланшетах.

  РИС. 1A показано поперечное сечение типичного центробежного вакуумного концентратора, в котором вращающийся носитель 4 находится в закрытой среде, состоящей из кожуха 1 и крышки 2 , между которыми установлена ​​прокладка 3 для предотвращения испарения растворителя. от побега в рабочее пространство пользователя. Каретка 4 вращается с умеренной скоростью, например 1500 об/мин, с помощью шпинделя, подшипника и шкива в сборе 5 с приводом от клинового ремня 6 , который приводится в действие блоком шкива двигателя 7 .

  Контейнеры для трубок 8 заполняются смесью 9 для сушки и вставляются в держатель для проб 4 . Центробежная сила, создаваемая вращающимся держателем образцов 4 , удерживает материал образцов 9 внутри контейнеров для пробирок. Эта сила поддерживает целостность образца в приложениях для сбора фракций, максимально увеличивая скорость захвата нелетучих материалов образца. В этом применении сушки выход и чистота нелетучих материалов образца сохраняется за счет центробежной силы, несмотря на относительно сильный поток турбулентного сушильного газа, который в соответствии с настоящим изобретением вводится в контейнеры для образцов для удаления летучих молекул растворителя.

  Держатель пробы также включает в себя множество радиально установленных крыльчатых лопастей 14 ′ для вытеснения молекул газа и растворителя внутри корпуса центрифуги 1 по окружности вращающегося держателя пробы. При наличии фитинга 12 и шланга 13 газ и молекулы растворителя, находящиеся под давлением, удаляются из камеры. Это снижает концентрацию молекул пара в осушительном газе и увеличивает его способность принимать вновь испаренные молекулы растворителя из контейнеров с пробами газовыми потоками 18 и 19 . В зависимости от конфигурации подачи сухого газа в защитное пространство лопасти крыльчатки пробы 11 могут также служить для снижения локального давления на поверхности пробы и, подобно созданию вакуума, способствовать испарению растворителей пробы.

  Второй центробежный плоский дисковый вентилятор 14 , состоящий из радиально установленных лопастей рабочего колеса, закреплен на центральной оси центрифуги. Окружные концы лопастей заканчиваются отверстиями 9.0247 17 туб-контейнеров 8 . См. фиг. 1B, когда центрифуга вращается, газ всасывается в вентилятор 14 в центре, показанном потоком 15 . Лопасти крыльчатки 14 ′

  Вентилятор 14 , лопатки вентилятора 14 .′

  усилие 18 подача газа к периметру лопаток 7 ′ 9′nt2 2 18 16 для отвода горизонтального потока газа в нижнюю половину 17 a контейнера для тубы 8 . Эта крышка 16 ′ может опираться на лопасти крыльчатки 14 ′ , поскольку они не двигаются относительно друг друга, и эта крышка 16 ′ может закрывать только дистальные концы лопастей крыльчатки, оставляя входное отверстие на центральная ось вентилятора 14 . Поток газа 18 циркулирует внутри контейнеров 8 по поверхности 19 растворов образцов 9 удаление молекул летучего растворителя из трубчатого контейнера 8 вместе с продувочным газом вдоль пути потока 19 . Эти освобожденные молекулы растворителя затем захватываются потоком выхлопных газов 20 защитной оболочки и выбрасываются из защитной оболочки 1 . Как упоминалось выше, скорость потока продувочного газа может намного превышать скорость потока в системах предшествующего уровня техники, потому что центробежная сила от вращающегося носителя образца поддерживает целостность образца.

  Хотя вентилятор описан выше как включающий «лопасти рабочего колеса», механизм, который направляет продувочный газ в трубчатые контейнеры, содержащие образец для сушки, может быть описан как стенки, трубчатые конструкции и т. д., которые могут быть изготовлены из любого материала. приемлемый материал, известный специалистам в данной области техники для данных применений. Кроме того, форма «лопастей крыльчатки» по мере их прохождения наружу к трубчатым емкостям может быть различной формы, пути потока могут быть не прямыми, они могут быть кривыми и/или иметь неравные поперечные сечения и т. д.

  Пользователи оборудования для концентрирования проб часто опасаются, что продолжительное воздействие некоторых неизвестных (или известных) молекул растворенных веществ на реактивные испаряющиеся газы (такие как кислород) вызовет нежелательные химические изменения (разложение) высушиваемого материала пробы. Чтобы сконцентрировать образцы 9 в определенной среде, в корпус вводится определенный желаемый газ через газовый штуцер 21 , обеспечивающий поток газа 22 . Поскольку другой добавочный газ недоступен, объем газа, выходящего из корпуса через штуцер 12 и шланга 13 обязательно равен объему газа, вводимого через штуцер 21 . На практике продувочный газ может оставаться в корпусе и многократно рециркулировать для уменьшения количества потребляемого требуемого газа. Следовательно, более высокая экономичность и/или производительность могут быть достигнуты путем уравновешивания потребления сухого добавочного газа скоростью испарения.

  Использование центробежного вентилятора 14 для сушки растворов образцов 9 обеспечивает скорость сушки, которая выгодно отличается от скорости сушки, получаемой в традиционных вакуумно-центрифужных системах сушки. В этом случае сложный, дорогой и требующий технического обслуживания вакуумный насос заменяется одним центробежным вентилятором в сборе 14 без движущихся частей. Кроме того, устранение вакуумного насоса из традиционных испарительных систем может сэкономить около 3000 долларов США на стоимости насоса для каждой системы и от 10 до 20 кВтч электроэнергии для сушки каждой партии контейнеров для проб 8 .

  Другой иллюстративный вариант осуществления показан на фиг. 2, где крышка 2 оснащена центральной трубкой Вентури 27 , которая проходит вниз до точки чуть выше верхней поверхности центробежного вентилятора 14 . Его внутренний диаметр аналогичен диаметру входного отверстия в верхней поверхности центробежного вентилятора 14 . В этой конфигурации окружающий газ 28 всасывается в трубку Вентури 27 под действием вакуума, образующегося при 15 от действия вращающихся лопаток крыльчатки вентилятора 14 . Если этот газ относительно обезвожен, его способность улавливать молекулы растворителя с поверхности образцов 9 газовыми потоками по 18 и 19 будет значительно увеличена.

  Ключевой вклад, который порт типа Вентури 27 вносит в скорость сушки, заключается в подаче осушительного газа с низким содержанием молекул летучего растворителя. Вентури также помогает максимизировать скорость сушки, предотвращая всасывание насыщенного парами газа, уже находящегося в корпусе, обратно через центробежный вентилятор 9. 0247 14 во второй раз вместо выпуска из корпуса через штуцер 12 и шланг 13 .

  Эксперименты показали, что скорость испарения раствора 9 пропорциональна скорости газового потока через поверхность 18 и 19 . Частично или полностью блокируя проходы через центробежный вентилятор 14 или допуская утечку сухого газа из вентилятора перед входом в трубчатый контейнер, можно контролировать скорость испарения. Например, было достигнуто снижение на целых 50%. Это означает гибкость модуляции воздушных потоков 18 и 19 для достижения определенной скорости высыхания могут быть выгодны для тех, кто занимается сушкой растворителем.

  В настоящее время в большинстве лабораторных операций извлечение летучих растворителей в результате концентрирования является обязательным. На более крупных объектах объем отработанного растворителя сравнивается с объемом растворов, подвергнутых различным процессам сушки, чтобы убедиться, что процессы восстановления эффективны и используются. ИНЖИР. 3 иллюстрирует настоящее изобретение с охлаждающей ловушкой 30 9.0248 и крышка 31 . Холодная ловушка конденсирует летучие молекулы растворителя, которые были поглощены циркулирующим газом из осушающих растворов 9 . Эффективность процесса концентрирования в значительной степени зависит от достаточно низкой температуры на внутренних стенках охлаждающей ловушки для замораживания молекул растворителя 33 и от достаточно большого объема охлаждающей ловушки для обеспечения достаточного времени пребывания насыщенного парами циркулирующего газа внутри холодная ловушка, чтобы мог образоваться конденсат. Осушенный газ в холодной ловушке возвращается к центробежному вентилятору по каналам 9.0247 32 , 34 и 35 с помощью соединительного шланга 29 .

  Если пользователю требуется определенная газовая среда во время процесса сушки, этот газ вводится в систему через штуцер 21 , в результате чего образуется газовый поток 22 . Поскольку это обязательно закрытая система для предотвращения утечки молекул растворителя из растворов 9 , за перегородкой в ​​охлаждающей ловушке 30 предусмотрен вентиляционный фитинг 36 . Расход подпиточного газа 22 создаст равномерный расход отводящего газа 37 . Поскольку поток газа 37 все еще может содержать некоторое количество несконденсированных молекул растворителя, не захваченных замороженным материалом в 33 , шланг должен быть подсоединен между вентиляционным фитингом 36 и подходящим химическим вытяжным шкафом (не показан). Между вентиляционным отверстием и вытяжным шкафом можно вставить угольный фильтр или другой скруббер с растворителем.

  Что касается фиг. 3 производительность сушки может быть увеличена за счет рационального применения тепла в процессе сушки. Некоторые соединения слишком нестабильны, чтобы выдержать воздействие любого тепла, поэтому необходимо учитывать используемые материалы.

  Облучение замкнутого объема корпуса энергией инфракрасного света для нагревания образцов является общепринятой стратегией, знакомой специалистам в данной области. Использование излучения для передачи тепла образцам является практичным и необходимым из-за вакуумной среды предшествующего уровня техники, которая существует в типичных системах центробежных концентраторов. Перенос тепла конвекцией в вакууме невозможен. Нагрев за счет проводимости также используется в некоторых системах более высокого уровня, однако получение необходимой электроэнергии через вращающийся интерфейс для нагревателей мощности, установленных в роторе, может быть проблематичным.

  Поскольку система согласно изобретению на фиг. 3 не требует вакуума для миграции молекул растворителя, конвекцию можно использовать для передачи тепла высушиваемым образцам. Например, нагревательный элемент 60 может быть присоединен к корпусу 1 для обеспечения передачи тепла от внутренних стенок корпуса 1 к пробе жидкости 9 внутри трубчатых контейнеров 8 посредством конвекции. Другим местом для добавления тепла к процессу может быть вставка теплообменника 9. 0247 62 последовательно со шлангом 29 для подогрева газа на 34 и 35 перед повторным входом в центробежный вентилятор 14 .

  В качестве практической иллюстрации эффективности сушки образцов в невакуумной среде рассмотрим отрицательный эффект известного процесса охлаждения образцов путем испарения, когда растворы образцов 9 замерзают в своих контейнерах 8 , обусловленных высоким вакуумом, что значительно снижает скорость испарения. При использовании невакуумного устройства, описанного в данном раскрытии, при скоростях сушки, в 5 раз превышающих скорость типичного вакуумного сушильного оборудования, не было обнаружено охлаждения образцов, поскольку внутри корпуса находится атмосферное давление; наполненный молекулами газа при комнатной температуре, способный восполнить тепловую энергию, теряемую в растворах образцов вследствие испарения. В сравнительном испытании известной вакуумной системы при 25°С скорость высыхания воды составляла примерно 0,5 мл/час, тогда как скорость высыхания настоящего изобретения на фиг. 3 составлял 2,5 мл/час. Скорость сушки в пять раз (×5) выше, чем у вакуумной системы предшествующего уровня техники, что приводит к пятикратному сокращению времени для сушки образцов между этапами обработки.

  РИС. 4 этого раскрытия показана центробежная система сбора фракций, имеющая центробежный вентилятор 14 для сушки проб, встроенный в подсистему 23 распределителя фракций. Система и способ сбора центробежных фракций, показанные на фиг. 4 описано и? включено посредством ссылки в? Заявка на патент подана 19 сентября 2007 г., сер. № 11/901,817 и включенной посредством ссылки в предварительную заявку на патент, поданную 9 января 2006 г., сер. № 60/879,385.

  В этом случае цель состоит в том, чтобы собрать и сохранить с высоким выходом нелетучие компоненты распыляемого материала образца 25 из трубки для элюента системы 24 , когда носитель 4 вращается, например, со скоростью 1500 об/мин. Поскольку распыленный летучий и нелетучий материал образца 25 сталкивается с движущимися газовыми потоками 18 и 19 внутри контейнера 8 , значительно увеличенная площадь поверхности раствора обеспечивает почти мгновенное высыхание нелетучего материала образца, что обычно приводит к сбору очень мелких твердых частиц пробы 26 .

  Как и прежде, центробежная сила 10 захватывает плотные нелетучие компоненты распыляемого элюанта 25 внутри контейнеров для фракций 8 . Менее плотные летучие компоненты вытесняются через отверстие контейнера 17 и выбрасываются из защитной оболочки 1 через отверстие 12 и шланг 13 . Шланг 13 обычно сначала подсоединяется к охлаждающей ловушке (показанной как 30 на фиг. 3), которая за счет конденсации молекул летучего газа в выбрасываемом газовом потоке удаляет из газового потока все летучие вещества растворителя, которые в противном случае могут попасть в окружающую среду.

  Интеграция центробежного вентилятора 14 для преобразования собранного аэрозоля элюента 25 в сухой растворенный материал 26 позволяет значительно сократить время подготовки проб и повысить целостность фракции и выход. Обычно растворы фракций собирают в ходе операции, отдельной и отличной от сушки фракций. Настоящее раскрытие представляет устройство и способ, которые объединяют две операции в одну, что обеспечивает преимущество сокращения общего времени обработки и сокращения операций оператора с образцами.

  Продувочный газ 18 может быть выбран из любого подходящего источника в зависимости от области применения. Целью центробежной силы в данном изобретении является захват и сохранение целостности образцов в высушиваемых контейнерах. Если эта сила достаточно высока, например, создаваемая 1500 об/мин, то нелетучий материал пробы будет оставаться захваченным на дне контейнеров для проб почти независимо от скорости потока продувочного газа, впрыскиваемого в контейнеры для проб.

  РИС. 5 показана конфигурация сушилки, в которой два вентилятора (оба 14 ), верхний и нижний, закреплены на валу 39 двигателя 38 , установленного на крышке кожуха. Общепринятой практикой является размещение контейнеров для образцов на нескольких уровнях, чтобы максимизировать производительность данного концентратора. На фиг. 5 второй вентилятор 14 подает поток продувочного газа на второй уровень отверстий 17 контейнера для проб.

  Отключение центробежного вентилятора 14 от вращающегося держателя образцов потенциально позволяет запустить вентилятор 14 со скоростью, значительно превышающей скорость держателя образцов 4 . Оптимальная скорость вращения вентилятора для получения наиболее эффективного расхода газа может значительно отличаться от требуемой для достижения центробежной силы, необходимой для поддержания целостности образца. Изменение относительных скоростей центрифуги по сравнению с носителем для образца находится в компетенции специалистов в данной области техники.

  Альтернативным средством подачи продувочного газа ко всем контейнерам является внешний источник сжатого газа, как показано на РИС. 6. Пользователь выбирает состав газа и скорость потока, подходящие для конкретного применения. Внешний подвод газа (не показан) подключен к камере 9. 0247 42 на штуцере 41 . Газ создает давление внутри камеры 42 и выходит как минимум через одно сопло 43 . Вертикальная высота выпускного патрубка 43 направлена ​​не по центру от отверстий контейнера 17 . Таким образом, когда контейнер 8 проходит мимо сопла 42 , газовый поток входит в трубку по каналу 18 и выходит из контейнера 8 по каналу 19 после того, как выметает улетучившиеся молекулы из поверхность образца 9 . ИНЖИР. 6 показана эта реализация внешней подачи газа с двумя ярусами контейнеров для проб 8 , как обсуждалось ранее. Следовательно, также требуются два ряда насадок 43 .

  РИС. 7 показана конфигурация сушки для титрационных микропланшетов 48 . Эти устройства с набором контейнеров известны специалистам в данной области техники и могут содержать девяносто шесть полостей для проб, каждая объемом, например, 2,2 миллилитра. Поскольку фиксированный угол 45° в роторе не позволяет использовать треть объема полости, эти наборы контейнеров часто центрифугируют, помещая планшеты в качающийся бакет 9. 0247 47 сидя в горизонтальном положении (боковой 44 ). Когда вращающееся водило 4 увеличивает скорость вращения, ковши 47 отклоняются наружу в движении, показанном стрелкой 45 . Вращаясь на полной скорости, ковш 47 и пластина 48 примут вертикальное положение, как показано (сторона 46 ). Газ для продувки полостей для образцов расположен в наборе трубок 49 непосредственно над отверстиями полостей и совпадает с каждым из отверстий. Таким образом, поток продувочного газа 18 будет производиться каждой из трубок в массиве 49 таким образом, чтобы поток достигал поверхности образца 9 в полости. Как и ранее, выходящий газовый поток 19 собирается лопатками центробежного вентилятора 11 и выводится из корпуса потоком 20 через штуцер 12 и шланг 13 .

  Следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления представлены здесь в качестве примеров и что возможны многие их варианты и альтернативы.