УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С УЧАСТИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ НОСИТЕЛЕЙ
INSTALLATION FOR REALISATION OF PHYSICAL-CHEMICAL PROCESSES WITH PARTICIPATION OF POLYMER CARRIERS

Изобретение относится к биотехнологии и хроматографии и может быть использовано в области синтеза биополимеров на полимерных носителях или в процессе хроматографической очистки биополимеров в химических, биологических, медицинских исследованиях, а также в промышленном производстве биологически активных веществ.
Известна установка для осуществления физико-химических процессов с участием полимерных носителей (патент РФ №20063266, опубл. 1996.07.10), выбранная за прототип, содержащая цилиндрическую камеру с входным и выходным патрубками, заполненную полимерным носителем, подвижную перегородку, постоянно прижатую к полимерному носителю и соединенную с входным патрубком, пористые фильтры, размещенные во входном и выходном патрубках и выполненные в виде тел вращения, поверхности которых представляют эллиптические параболоиды. Конструкция установки с указанными фильтрами позволяет выравнивать скорость подвижной фазы по всему объему камеры, что повышает эффективность разделения. Однако данная конструкция не решает проблемы распределения вещества на входе в камеру, что также значительно влияет на эффективность разделения. Обозначенная проблема особо актуальна для установок с внутренним диаметром от 15 мм и выше, т.к. при отсутствии хорошей системы распределения эффективность разделения значительно падает (показано на фиг.2).
Технический результат изобретения заключается в улучшении разрешающей способности установки за счет эффективного распределения поступающих веществ на входе в камеру.
Технический результат достигается тем, что установка для осуществления физико-химических процессов с участием полимерных носителей содержит цилиндрическую камеру с входным и выходным патрубками, заполненную полимерным носителем, подвижную перегородку, постоянно прижатую к полимерному носителю и соединенную с входным патрубком, основные пористые фильтры, размещенные во входном и выходном патрубках и выполненные в виде тел вращения, поверхности которых представляют эллиптические параболоиды, и снабжена предохраняющими пористыми фильтрами, контактирующими с основными пористыми фильтрами и полимерным носителем, а размеры пор основного пористого фильтра при удалении от центра увеличиваются по линейному закону и отношение пор по краям фильтра к размеру пор в центре составляет (30-50):1, причем размер пор в центре фильтра и частиц используемого полимера соответствует 1:(5-10), а также тем, что отношение размера пор предохраняющих пористых фильтров и минимального размера частиц используемого полимера соответствует 1:(2-4).
Предложенная конструкция установки для осуществления физико-химических процессов с участием полимерных носителей обеспечивает, за счет увеличения размера пор основного фильтра от центра к периферии по линейному закону, эффективное распределение поступающих веществ в камеру и как результат этого повышает разрешающую способность установки. Применение предохраняющего фильтра, поверхности которого по профилю соответствуют поверхности основного фильтра, с которой он контактирует, а размеры пор меньше минимального размера частиц используемого полимера, предохраняет основной фильтр от засора, обеспечивая надежность выполнения эффективного распределения поступающих в камеру веществ.
На фиг.1 схематично изображена установка для осуществления физико-химических процессов с участием полимерных носителей.
На фиг.2 показана зависимость эффективности разделения от распределения вещества на входе в цилиндрическую камеру:
а - эффективная система распределения;
в - неэффективная система распределения.
На фиг.3 изображены основной и предохраняющий фильтры в разрезе.
Установка содержит цилиндрическую камеру 1 с крышкой 2 и дном 3, подвижную перегородку 4, уплотняющие элементы 5, обеспечивающие герметичность при перемещении перегородки вдоль оси камеры, входной патрубок 6, размещенный внутри подвижной перегородки, основные пористые фильтры 7, предохраняющие фильтры 8, полимерный носитель 9, выходной патрубок 10, патрубок 11, сообщающий камеру постоянного объема 12 с атмосферой, пневмокамеру переменного объема 13, регулятор давления газа 14, манометр 15, вход сжатого воздуха 16.
Канал входного патрубка 6 сообщен с основным пористым фильтром 7, контактирующим с предохраняющим фильтром 8. Канал выходного патрубка 10 сообщен с другим основным пористым фильтром 7, контактирующим с другим предохраняющим фильтром 8. Предохраняющие фильтры 8 с двух противоположных сторон контактируют с полимерным носителем 9. Подвижная перегородка 4 при перемещении прижимает фильтры к полимерному носителю.
Пористость основных фильтров 7 неоднородна и увеличивается при удалении от центра, что схематически показано при помощи изменяющегося цвета на фиг.3. Размеры пор основного пористого фильтра при удалении от центра увеличиваются по линейному закону, и отношение пор по краям фильтра к размеру пор в центре составляет (30-10):1, причем размер пор в центре фильтра и минимального размера частиц используемого полимера соответствует 1:(5-10). Указанные диапазонов обусловлены разбросом размеров частиц используемых полимеров (сорбентов) и его свойств.
Предохраняющие фильтры 8 выполнены в виде тел вращения, имеют одинаковую толщину по всей площади, а их поверхности повторяют поверхность основного фильтра 7, с которой они контактируют. Размеры пор основного фильтра 7 на краях могут быть больше размера частиц полимера (сорбента), поэтому, чтобы предотвратить забивание основного фильтра 7, устанавливают предохраняющие фильтры 8 с порами, размер которых меньше размера частиц полимера (сорбента). Экспериментально определено отношение размера пор предохраняющих пористых фильтров и минимального размера частиц используемого полимера, которое соответствует 1:(2-4).
Установка работает следующим образом.
Раствор реагента под действием побудителя расхода жидкости (не показан) поступает через входной патрубок 6, основной пористый фильтр 7 и предохраняющий фильтр 8 в полость цилиндрической камеры 1, заполненной полимерным носителем 9. Поступающий через фильтры 7 и 8 раствор реагентов эффективно распределяется по всей поверхности полимерного носителя. Через другие предохраняющий фильтр 8 и основной фильтр 7, прилегающий к днищу камеры, раствор реагентов поступает в выходной патрубок 10. Подвижная перегородка 4 под действием установленного избыточного давления, образуемого за счет поступления сжатого воздуха в камеру переменного объема 13 и контролируемого манометром 15, сжимает полимерный носитель и обеспечивает плотное прилегание предохраняющих пористых фильтров 8 к полимерному носителю с обеих сторон. В процессе физико-химических реакций полимерный носитель 9 может изменять свой объем. При этом подвижная перегородка 4 под действием изменяющегося объема носителя 9 меняет свое положение, всегда оставаясь плотно прижатой через фильтр 7 и 8 к верхнему слою носителя 9, при этом фильтр 8 препятствует проникновению частиц полимерного носителя в фильтр 7.