模块化离心分离器系统的制作方法

本发明涉及用于模块化离心分离器系统的一组可更换分离插入件，涉及模块化离心分离器系统，并涉及一种用于操作模块化离心分离器系统的方法。

背景技术：

1、在制药、生物制药、生物技术领域及其相关领域中，从液体混合物分离物质，诸如从细胞培养混合物分离细胞，是在无菌环境中进行的。传统上，使用例如由不锈钢制成的设备，这些设备在批次之间进行消毒。

2、已经提出了用于单次使用的一次性分离设备，即用于一批次或有限数量的批次。例如，us2011/0319248公开了单次使用离心机，而wo 2015/181177公开了包括可更换内鼓的分离器。

3、这种一次性分离设备是以无菌的方式提供给用户的。因此，可以为分离器中的产品提供无菌环境，而无需在用户的生产设施处对分离设备进行消毒。

4、ep 3666394公开了一种基座单元和一种模块化离心分离器。基座单元包括固定框架、可旋转构件和驱动单元。可旋转构件限界内空间，该内空间构造成用来将可更换分离插入件的至少一部分接纳在其中。可旋转构件在第一轴向端部处设有第一开口，该第一开口被构造成使可更换分离插入件的第一流体连接延伸穿过第一开口。可旋转构件包括在第二轴向端部处的第二开口，该第二开口被构造成使可更换分离插入件的第二流体连接延伸穿过第二开口。

5、us 6973925公开了一种用于内燃发动机的曲轴箱的通风装置。所述装置包括离心式油分离器，该离心式油分离器包括板/盘，该离心式油分离器具有用于油-空气混合物的入口、用于净化空气的通风口和用于油的出油口。在此气液分离器的背景下，描述了适用于需要除油的气体的体积流量的不同数量的板的使用。

6、不同的分离工艺可能需要不同的分离能力。

技术实现思路

1、在具有基座单元和可更换分离插入件的模块化离心分离器系统的背景下实现不同的分离能力将是有利的。特别是，在模块化离心分离器系统的特定尺寸的基座单元所设定的限制范围内，提供不同的分离能力将会是期望的。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，提供了具有独立权利要求中所限定特征的用于模块化离心分离器系统的一组可更换分离插入件、一种模块化离心分离器系统和一种用于操作模块化离心分离器系统的方法中的至少一个。

2、根据本发明的一个方面，提供了一组可更换分离插入件，用于包括基座单元的模块化离心分离器系统。该组可更换分离插入件至少包括第一可更换分离插入件和第二可更换分离插入件。第一和第二可更换分离插入件中的每一个都包括转子壳体、分离盘和流体连接；转子壳体构造成绕旋转轴线旋转并形成分离空间；分离盘布置在分离空间中；流体连接用于液体进料混合物、分离的重相和分离的轻相。第一可更换分离插入件的分离盘具有第一面积当量，而第二可更换分离插入件的分离盘具有第二面积当量。第一和第二分离插入件的每个转子壳体都具有相同的外部形状，使得它们适合模块化离心分离器系统的基座单元的可旋转构件。第一面积当量不同于第二面积当量，且对于相同的旋转速度计算出第一和第二面积当量中的每一个。

3、例如，第一和第二分离插入件的每个转子壳体都可以具有相同的外部形状，使得它们装配在模块化离心分离器系统的基座单元的可旋转构件的内部空间内，并且抵靠可旋转构件的内表面的至少一部分，该内表面限界了该内部空间的至少一部分。

4、根据本发明的另一个方面，提供了一种模块化离心分离器系统，其被配置用于将液体进料混合物分离成重相和轻相。模块化离心分离器系统包括基座单元和第一可更换分离插入件。基座单元包括固定框架、可旋转构件和用于使可旋转构件围绕旋转轴线旋转的驱动单元。可旋转构件可被配置成围绕布置在固定框架中的旋转轴线旋转。可旋转构件可至少在径向方向上限界内部空间，该内部空间配置成用来将第一可更换分离插入件的至少一部分接纳在其中。模块化分离系统包括根据本文所讨论的任何其中一个方面和/或实施例的一组可更换分离插入件。第一可更换分离插入件形成该组可更换分离插入件的一部分。

5、可旋转构件可以是分离插入件插入到其中的可旋转构件，从而在操作期间通过与分离插入件的直接接触将扭矩传递到该分离插入件。然而，可旋转构件也可以实现为至少一个电磁轴承，该电磁轴承不一定必须自身旋转，用于在没有直接接触的情况下将扭矩传递到分离插入件。因此，驱动单元可以是磁性驱动装置。

6、根据本发明的另一个方面，提供了一种操作根据本文所讨论的任何其中一个方面和/或实施例的模块化离心分离器系统的方法，该模块化离心分离器系统被配置成将液体进料混合物分离成重相和轻相。该方法包括如下步骤：

7、-提供第一可更换分离插入件，

8、-将第一可更换分离插入件安装在可旋转构件的内部空间中，

9、-利用第一可更换分离插入件在模块化离心分离器系统中将第一批次的液体进料混合物分离成第一重相和第一轻相，

10、-从可旋转构件的内部空间移除第一可更换分离插入件，

11、-提供第二可更换分离插入件，

12、-将第二可更换分离插入件安装在可旋转构件的内部空间中，以及

13、-利用第二可更换分离插入件在模块化离心分离器系统中将第二批次的液体进料混合物分离成第二重相和第二轻相。

14、由于模块化离心分离器系统的该组可更换分离插入件包括在相同转速下具有不同面积当量的第一和第二可更换分离插入件，因此该组可更换分离插入件、该模块化离心分离器系统和该方法中的每一个都提供了不同的分离能力。因此，在模块化离心分离器系统的同一个基座单元的限制范围内，通过使用第一或第二可更换分离插入件，可选择足够的分离能力。

15、发明人已经考虑了这种情况；即对于某些分离操作，某些液体进料混合物的离心，它们的内容物可能不适合受到高于一定水平的离心力，比方说例如包括含有cho细胞的发酵液的液体进料混合物。发明人已经意识到，包括可更换分离插入件的模块化离心分离器在高达最大分离速度下，即在高达最大离心力下可以实现不同的分离能力，不同的分离能力由特定液体进料混合物的特性但通过使用可更换分离插入件中提供的不同总表面面积来定义。因此，在用于单次使用(即仅用于分离一批次或有限数量的批次)所制造的一次性分离设备的情况下，本文所讨论的第一和第二可更换分离插入件的供应提供了对模块化离心分离器系统中所需或所期望分离能力的适配。

16、以这种方式，也可以通过使用具有较少分离盘或较小直径分离盘的分离插入件来降低用于较低容量分离的成本。

17、在被配置成用于连续或多次使用并且被设计为仅为了维护和/或清洁目的才被拆卸的传统盘堆叠离心分离器的背景下，具有不同分离能力的不同尺寸的分离器是众所周知的。此外，已知使用利用相同类型和尺寸的分离盘的不同尺寸的盘堆叠，比方说例如在上面引用的us 6973925中所讨论的。

18、然而，提供相同类型和尺寸的分离盘的不同尺寸的盘堆叠传统上用于提供不同版本的离心分离器的目的。在为特定分离操作选择合适的离心分离器或离心分离器的版本时，尤其是液体进料混合物的类型、其体积流量、粘度、温度、进料组成和颗粒含量决定了一种特定离心分离器的选择。一旦选择，不同部分的组成以及特别是分离盘的数量和尺寸就不会改变。

19、根据本发明，模块化离心分离器的可更换分离插入件的可更换性用于在同一个基座单元内提供不同的分离性能。因此，利用了在使用模块化离心分离器时更大的灵活性，该更大的灵活性现在形成了包括第一和第二可更换分离插入件的模块化离心分离器系统的一部分。此更大的灵活性可以例如在分离不同的细胞培养混合物、所产生的特定生物分子或所产生的特定细胞的情况下利用。

20、术语分离性能涉及可以分离成一定浓度的重相和/或一定清晰度的轻相的液体进料混合物的流动。

21、模块化离心分离器可以包括两个主要部分，即基座单元和可更换分离插入件。在这种模块化离心分离器中，可以进行液体进料混合物的分离。模块化离心分离器系统可以包括这样的模块化离心分离器和另一个可更换分离插入件，即包括如上所述的一组可更换分离插入件。

22、在此，描述可以指模块化离心分离器。这样的描述还涉及模块化离心分离器系统及其不同部件。特别是，模块化离心分离器的可更换分离插入件的一般方面涉及该组可更换分离插入件和模块化离心分离器系统的第一和第二可更换分离插入件两者。

23、基座单元可以包括用于支撑和旋转可更换分离插入件的基座部件。可更换分离插入件可以被配置成在其分离空间中进行液体进料混合物的实际分离。液体进料混合物可以通过一个流体连接流入分离空间，并且分离的重相和轻相可以各自经由一个液体连接离开分离空间。

24、术语第一和第二可更换分离插入件的分离盘的面积当量是相关可更换分离插入件的分离能力的度量。也就是说，面积当量越高，可更换分离插入件的分离性能就越高。

25、根据实施例，分离盘是本领域中已知的截头圆锥形分离盘。然而，分离盘也可以具有任何其他合适的形状，诸如轴向分离片，即具有轴向延伸表面并且在径向方向上具有直线或弯曲延伸的轴向片。分离片的这种延伸表面可以平行于旋转轴线延伸。然而，轴向延伸表面也可以相对于旋转轴线以小角度延伸，或者例如相对于旋转轴线稍微弯曲。每个分离片都具有两个轴向延伸的表面，第一表面在转子壳体的旋转方向上向前，并且第二表面从转子壳体的转动方向向后。

26、对于截头圆锥形分离盘，根据以下公式计算面积当量ae：

27、

28、其中：g＝重力，n＝分离插入件的截头圆锥形分离盘的数量，α＝截头圆锥形分离盘的顶角的一半，即旋转轴线与其中一个截头圆锥形分离盘的内表面之间的角度，ω＝分离插入件的旋转速度，ry＝截头圆锥形分离盘的外半径，ri＝截头圆锥形分离盘的内半径。

29、为了提供第一和第二可更换分离插入件在不使用时(即不旋转时)之间的比较测量，通过对于相同旋转速度计算的相应第一和第二可更换分离插入件的面积当量来提供旋转速度中性值，例如对于第一和第二可更换分离插入件两者ω＝1。

30、可更换分离插入件可以配置成单次使用，即仅用于一批次或有限数量批次的液体进料混合物的分离。另一方面，基座单元可以被配置成用不同的可更换分离插入件(诸如第一和第二可更换分离插入件)重复使用，即基座单元可用于使用不同的可更换分离插入件分离多批次的液体进料混合物。

31、第一和第二可更换分离插入件可以被配置成形成模块化离心分离器系统的唯一部分，其与液体进料混合物以及分离的重相和轻相接触。因此，第一和第二可更换分离插入件可以作为无菌实体提供给使用者。无菌实体可以包括配置成分离液体进料混合物的部分以及用于液体进料混合物和分离的重相和轻相的导管。可更换分离插入件由用户安装在基座单元中。因此，用户将容易获得具有无菌环境的离心分离器，用于分离液体进料混合物。

32、基座单元的可旋转构件可以可旋转地支撑在固定框架中。可旋转构件可以在不借助主轴或其他类型的转子轴的情况下被支撑在固定框架中。固定框架是固定的的意义在于它在使用模块化离心分离器时是固定的。

33、根据实施例，不同于第二面积当量的第一面积当量可以通过第一和第二可更换分离插入件之间分离盘的数量上的差异来提供。以这种方式，通过使第一和第二可更换分离盘中分离盘的数量不同，可以提供不同的分离性能。

34、根据实施例，第一可更换分离插入件的截头圆锥形分离盘和第二可更换分离插入件的截头圆锥形分离盘可以沿着旋转轴线具有相同的总高度。第一可更换分离插入件的截头圆锥形分离盘的至少其中两个之间的距离可以不同于第二可更换分离插入件的截头圆锥形分离盘的至少其中两个之间的距离。以这种方式，截头圆锥形分离盘可以在第一和第二可更换分离盘的分离空间中占据相同量的空间，而相应的第一和第二可更换分离插入件中的分离盘之间的距离不同，以适应第一和第二可更换分离插入件中不同数量的分离盘。

35、根据实施例，不同于第二面积当量的第一面积当量可以由以下的至少其中一个提供：

36、-第一和第二可更换分离插入件之间的截头圆锥形分离盘的外径上的差异，

37、-第一和第二可更换分离插入件之间的截头圆锥形分离盘的内径上的差异，和/或-第一和第二可更换分离插入件之间第一和第二可更换分离插入件的旋转轴线与其中一个截头圆锥形分离盘的内表面之间的角度上的差异。以这种方式，可以给出用于在第一和第二可更换分离插入件中提供不同分离性能的进一步或附加的备选方案。

38、根据实施例，第一和第二可更换分离插入件中的每一个的转子壳体具有第一轴向端部部分和第二轴向端部部分，并且第一和第二可更换分离插入件中的每一个都可包括布置在第一轴向端部部分处的至少第一流体连接。以这种方式，液体进料混合物可以被引导到可更换分离插入件，或者重相或轻相中的一个可以在可更换分离插入件的第一轴向端部处从可更换分离插入件被引导。可选地，可以在第一轴向端部部分处提供第二甚至第三流体连接，允许液体进料混合物、重相和/或轻相中的一种或多种也在其第一轴向端部部分处进入或离开可更换分离插入件。

39、根据模块化离心分离器系统的实施例，结合该组可更换分离插入件的此类实施例，可旋转构件具有第一轴向端部和第二轴向端部。可旋转构件在第一轴向端部处设有第一开口，该第一开口被构造成使第一或第二可更换分离插入件的至少第一流体连接延伸穿过第一开口。以这种方式，液体进料混合物可以被引导到可更换分离插入件，或者重相或轻相中的一个可以经由可旋转构件的第一开口从可更换分离插入件被引导。可选地，可更换分离插入件的第二流体连接甚至第三流体连接可以经由可旋转构件的第一开口延伸到可更换分离插入件/从可更换分离插入件延伸。

40、根据实施例，第一和第二可更换分离插入件中的每一个可包括布置在第二轴向端部部分处的至少第二流体连接。以这种方式，液体进料混合物可以被引导到可更换分离插入件，或者重相或轻相中的一个可以在可更换分离插入件的第二轴向端部部分处从可更换分离插入件被引导。第三流体连接可以设置在第一或第二轴向端部部分处。

41、结合该组可更换分离插入件的此类实施例，根据模块化离心分离器系统的实施例，可旋转构件可包括在第二轴向端部处的第二开口，该第二开口被构造成使第一或第二可更换分离插入件的至少第二流体连接延伸穿过第二开口。以这种方式，液体进料混合物可以被引导到可更换分离插入件，或者重相或轻相中的一个可以经由可旋转构件的第二开口从可更换分离插入件被引导。可更换分离插入件的第三流体连接可以延伸穿过可旋转构件的第一或第二开口。

42、根据该方法的实施例，第一批次和第二批次的液体进料混合物中的每一批次都可以包括固体物质。第一批次的液体进料混合物可以在固体物质的类型、固体物质的浓度、和/或分离的第一轻相的内容物和分离的第二轻相的内容物的至少其中一个方面与第二批次的液体进料混合物不同。

43、根据该方法的实施例，第一批次和第二批次的液体进料混合物中的每一个都可以是细胞培养混合物。细胞培养混合物可以作为发酵液在发酵罐中生产。在离心分离器系统中分离的重相可以包括小部分发酵液中的细胞的浓缩物。在离心分离器系统中分离的轻相可以基本上只包含发酵液。

44、在研究所附权利要求书和以下详细描述之后，本发明的其他特征以及优点将变得显而易见。