УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУХИХ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR PREPARATION OF DRY THERMOLABILE BIOLOGICAL MATERIALS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к получению биомассы для приготовления сухих порошкообразных форм иммунобиологических препаратов, в частности высушиванию (обезвоживанию) жидких термолабильных биологически активных материалов в многокомпонентной смеси, их измельчению и смешиванию до получения однородной массы, и может быть использовано в фармацевтическом производстве как устройство для получения порошкообразных и таблетированных лекарственных средств для профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека и животных.
Уровень техники
Известна сушилка для жидких термолабильных продуктов [а.с. №2015473, кл. F26В 11/04, 1994], которая содержит герметичный корпус, внутри которого установлен вращающийся перфорированный барабан, заполненный на 20…50% инертными телами. Внутри слоя инертных тел расположен индуктор, имеющий в сечении форму сегмента и установленный с возможностью поворота в нижней зоне барабана симметрично его вертикальной оси с образованием зазора между внутренней поверхностью барабана и дугой сегмента, при этом угол наклона плоской стороны сегмента к горизонту составляет от 0° до 28°.
Недостатками сушилки являются:
невозможность высушивания продукта в многокомпонентной смеси, что требует проведения дополнительных операций по выгрузке высушенного полуфабриката и смешения с другими компонентами в смесителе;
высокая температура нагрева материала при высушивании, приводящая к инактивации термолабильных биологических материалов в субстанции.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана сушилка термолабильных материалов [патент СССР №2056603 C1, F26В 11/14], состоящая из горизонтального корпуса с обогреваемой рубашкой, измельчителя, установленного с возможностью вращения, имеющего биконическую форму с центральной цилиндрической частью, образованную лопастями, размещенными между торцевыми стенками, причем угол наклона образующей конической части равен 30-60°, торцевой крышки, устройств загрузки и выгрузки материала, подвижного пробоотборника, перфорацию с затвором, мелющих тел, подвижного пробоотборника, укрепленного на торцевой крышке, лапы крепления корпуса, электродвигателя, редуктора, муфты.
К недостаткам этого устройства-прототипа относятся:
длительность высушивания;
неудобства и технические сложности, возникающие при подаче жидкого материала в зону высушивания, а именно введение жидкого материала возможно только через загрузочную горловину при неработающем измельчителе, что требует частых остановок в работе сушилки и открывания-закрывания заглушки на горловине;
ограниченность теплопередачи от обогревающей рубашки к высушиваемому материалу вследствие малой площади охвата ею рабочей поверхности сушилки из-за наличия выгрузного устройства
значительная термоинактивация активного биологического агента в высушиваемом материале ввиду его нагревания при осуществлении контакта с поверхностью обогревающей рубашки;
высокая вероятность загрязнения биологического материала ввиду пребывания его в открытом для атмосферы виде в процессе высушивания;
негерметичность конструкции сушилки, приводящая к выбросу из загрузочного устройства пылевой фазы материала по мере высушивания;
необходимость разборки сушилки (отсоединение торцевой крышки от корпуса) для эвакуации мелющих тел (металлических шаров);
сложность обеспечения условий герметичности сопряжения затвора и перфорации в устройстве для выгрузки материала.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения - оптимизация и интенсификация процесса сушки жидких термолабильных биологических материалов, снижение потерь за счет термоинактивации биологического агента и повышение уровня его защиты от посторонней микробиологической флоры и обеспечение возможности приготовления из высушенного материала и компонентов наполнителя однородной порошкообразной массы.
Сущность изобретения как технического решения выражается в совокупности разработок, направленных на создание устройства, позволяющего осуществлять за один цикл работы высушивание термолабильного биологического материала в условиях вакуума при оптимальных температурных условиях и соблюдении мер асептичности технологического процесса и осуществлять приготовление однородной порошкообразной массы путем смешения полученного высушенного материала с компонентами наполнителя.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве для приготовления сухих термолабильных биологических материалов (далее по тексту - устройство) предусмотрены следующие отличительные признаки:
в корпусе устройства имеется горловина с вращающейся перфорированной заслонкой, совмещающая функции обеспечения загрузки (верхнее положение горловины) и выгрузки (нижнее положение горловины) материала;
на горловине корпуса устройства имеется фиксатор с клиновидными запорами для герметичного присоединения к ней расширительной емкости, предназначенной как для подключения устройства к вакуумной системе (расширительная емкость имеет штуцер для подключения устройства к вакуумной системе), так и для улавливания частиц высушенного материала и возвращения их в рабочую зону устройства.
Устройство установлено горизонтально на опоры станины, конструкция которых обеспечивает возможность вращения корпуса устройства относительно горизонтальной оси на 180° и фиксацию его положения соответственно с верхней и нижней ориентацией горловины;
охолаживающая водяная рубашка охватывает 3/4 боковой рабочей поверхности цилиндрической части корпуса устройства;
имеется штуцер для дозированной подачи жидкого термолабильного биологического материала во внутреннюю полость устройства для высушивания, устанавливаемый в торцевой крышке корпуса по оси вращения лопастной мешалки.
При разработке формы и размеров устройства исходили из требований общепринятых физических, кинематических и геометрических факторов для перемешивающих устройств [1-5].
Технический результат изобретения
Техническим результатом изобретения является: создание конструкции герметично закрываемого устройства, совмещающего функции сушилки и смесителя-измельчителя, что позволяет интенсифицировать процесс высушивания жидких термолабильных биологических материалов, уменьшить их термоинактивацию и вероятность загрязнения посторонней микробиологической флорой. При этом достигнуто оптимальное сочетание основных показателей технологического процесса: энергообеспечение, длительность и трудоемкость проведения как отдельных операций, так и процесса в целом, специфическая активность биологического материала, его микробиологическая чистота и производительность устройства (выход готовой порошкообразной массы) по показателю специфической активности материала.
Способ достижения технического результата
Указанный результат достигается:
изменением конструкции станины, заключающимся в установке устройства на две опоры с ложементами, расположенными по оси корпуса, позволившим расширить технические возможности устройства, а именно обеспечить вращение ее корпуса относительно горизонтальной оси на 180°. Это дало возможность совместить функции загрузки и выгрузки материалов в одном узле - горловине с перфорированной заслонкой. За счет этого повысились технические возможности для создания условий вакуума в устройстве, что, в свою очередь, привело к сокращению времени высушивания материала и снижению потерь специфической активности материала;
изъятием из конструкции сушилки-прототипа устройства для выгрузки материала с перфорацией и затвором, позволившим увеличить объем охолаживающей водяной рубашки и ее площадь до достижения полного охвата ею рабочей поверхности предлагаемого устройства и, соответственно, зоны воздействия на высушиваемый материал, что обеспечило создание оптимальных температурных условий как для протекания процессов влагообмена в процессе высушивания, так и для снижения термоинактивации биоагента в составе высушиваемого материала;
герметичным исполнением конструкции устройства, позволяющим осуществлять его подключение к системе вакуума, что в комплексе с вращением ротор-мешалки позволило интенсифицировать процесс высушивания жидкого термолабильного биологического материала;
установкой штуцера в центральной части торцевой крышки устройства, позволяющей дозированно подавать жидкий термолабильный биологический материал в зону высушивания в условиях создания в рабочей зоне вакуума и заданной температуры, осуществлять смешение компонентов и обезвоживание биомассы одновременно, что сокращает время получения готового продукта и снижает инактивацию биоагента в получаемой субстанции.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности "новизна".
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известны данные о подобном устройстве.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности "изобретательский уровень"
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений нет прецедента практического применения подобного устройства, позволяющего за один цикл работы осуществлять высушивание биологических термолабильных материалов и получать на их основе с добавлением ингредиентов наполнителя порошкообразные формы лекарственных средств, применяемых для профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека и животных. Опытно-промышленный образец устройства изготовлен в единственном экземпляре.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности "промышленная применимость"
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование для металлообработки и приборы контроля. Устройство в соответствии с нашим техническим заданием может серийно производиться на соответствующем предприятии.
Созданное устройство позволяет осуществлять проведение соответствующих технологических операций по высушиванию жидких биологически активных фармацевтических субстанций с минимальным снижением качества получаемого полуфабриката и может быть использовано для получения сыпучей массы для приготовления порошкообразных и таблетированных лекарственных средств, применяемых для профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека и животных.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются фиг.1, на которой схематично показан общий вид устройства для приготовления сухих термолабильных биологических материалов. Устройство состоит из горизонтального цилиндрического корпуса 1 с коническим торцом, охолаживающей водяной рубашкой, штуцером 2 для ввода охлаждающей жидкости в охолаживающую водяную рубашку и штуцером 10 для отвода охлаждающей жидкости из охолаживающей водяной рубашки, лопастной ротор-мешалки 3, перфорированной заслонки 4, расширителя-уловителя 5 со штуцером 6 и клиновидными запорами, горловины 7 корпуса с клиновидными запорами, поворотной рукоятки 8 перфорированной заслонки 4, торцевой крышки 9 корпуса; штуцера 10 для подачи во внутреннюю полость устройства высушиваемого жидкого термолабильного биологического материала, фиксатора 12 положения корпуса устройства; мелющих тел 13 (металлические шарики) и станины с опорами 14.
Описанным выше устройством для приготовления сухих термолабильных биологических материалов пользуются следующим образом.
Устройство устанавливают на опоры 14 станины и закрепляют в положении горловиной и закрепляют в положении горловиной 7 вверх. Через горловину 7 засыпают в устройство адсорбент, являющийся одним из компонентов готовой порошкообразной массы, и мелющие тела (металлические шарики) 13. На горловине 7 устройства крепят посредством клиновидных запоров расширитель-уловитель 5. Устройство подключают через штуцер 6 к вакуумной линии. К штуцеру 11 устройства посредством силиконовых трубок подсоединяют систему подачи жидкого термолабильного биологического материала. Через штуцера 2 и 10 подключают охолаживающую водяную рубашку устройства к системе подачи хладагента. Пускают хладагент в охолаживающую водяную рубашку, включают вращение лопастной ротор-мешалки 3 и производят охолаживание корпуса устройства, загруженного в него адсорбента и мелющих тел 13 до заданной температуры.
После достижения адсорбентом заданной температуры включают вакуумную систему и создают в рабочей зоне устройства вакуум с заданным остаточным давлением. После этого подают с заданной объемной скоростью в рабочую зону устройства через штуцер 11 жидкий термолабильный биологический материал. Жидкий материал, попадая в рабочую зону устройства, смешивается с адсорбентом. Образующаяся смесь посредством вращения лопастной ротор-мешалки 3 перемешивается, в результате чего из нее под действием вакуума при заданной температуре происходит десорбция влаги из смеси. После введения всего жидкого материала устройство отключают от системы подачи жидкого материала. В рабочей зоне устройства создают температурные условия, наиболее оптимальные как для сохранения биологических свойств высушиваемого материала, так и для десорбции влаги (зависит от вида высушиваемого биологического материала и адсорбента). После завершения высушивания устройство девакуумируют, отсоединяют расширитель-уловитель 5 и в него вносят расчетные количества ингредиентов - компонентов для приготовления готовой порошкообразной массы. К горловине устройства присоединяют сборную емкость (аналогичную расширителю-уловителю 5, но без штуцера в донной части) и включают лопастную мешалку 3 на 4-5 минут для перемешивания и размола компонентов. По истечении указанного времени вращение ротор-мешалки останавливают, высвобождают запор на ложементе станины 12 и переводят устройство в положение горловиной вниз. Фиксируют устройство запором 12 на ложементе и включают лопастную ротор-мешалку 3. Готовая порошкообразная однородная многокомпонентная масса, проходя перфорированную заслонку 4 в горловине 7 корпуса, пересыпается в приемную емкость. Металлические шарики 13, задерживаясь на перфорированной заслонке 4, остаются в полости устройства. После сбора полученной порошкообразной массы в емкость ее отделяют от устройства, герметично закрывают крышкой и передают для дальнейшего использования. Поворотом рукоятки 8 перфорированной заслонки 4 открывают проем горловины и удаляют из полости устройства металлические шарики 13. После завершения указанной операции устройство может быть использовано для следующего цикла работы.
Источники информации
1. Гончарович И.Ф., Урьев Н.Б., Талейсник М.А. Вибрационная техника в пищевой промышленности. - Пищевая промышленность. - М.: 1977. - С. 32-34.
2. Домашнев А.Д. Конструирование и расчет химических аппаратов. Машгиз. - M.: 1961.
3. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. Машиностроение. - M.: 1973.
4. Богданов В.В., Борнер Р.В. и др. Смешение полимеров. Химия. - Л.: 1979.
5. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Смесительные машины для пластмасс и резиновых смесей. Машиностроение. - М., 1972.