用于監(jiān)測在化學(xué)或物理反應(yīng)系統(tǒng)中顆粒的存在、開始及演變的裝置和方法
【專利摘要】用于監(jiān)測顆粒的裝置包括用于使穿過至少一個(gè)過濾器的壓力、通過所述過濾器的樣品的流率或它們的組合的測量值與在溶液中的顆粒的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的裝置。更具體地，所述裝置能用于監(jiān)測反應(yīng)系統(tǒng)中的顆粒以向使用者提供信號或向反應(yīng)系統(tǒng)提供控制輸入以根據(jù)所期望的路徑改變反應(yīng)進(jìn)程。
【專利說明】用于監(jiān)測在化學(xué)或物理反應(yīng)系統(tǒng)中顆粒的存在、開始及演
變的裝置和方法
[0001]發(fā)明人
[0002]韋恩.F.里德，美國公民，814Napoleon Avenue，新奧爾良，路易斯安娜州70115，USo
[0003]受讓人
[0004]杜蘭教育基金管委會(huì)，依據(jù)并憑借美國路易斯安那州法律成立并存在的非營利性機(jī)構(gòu)，6823St.Charles Ave., Ste.300, Gibson Hall, New Orleans, Louisiana, 70118，US。
[0005]相關(guān)申請的交叉引用
[0006]在此要求于2011年2月14日提交的本人的第61/463，293號美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請?jiān)诖瞬⑷氡疚淖鳛閰⒖肌?br> [0007]關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明
[0008]不適用
[0009]光盤提交
[0010]不適用
[0011]發(fā)明背景
發(fā)明領(lǐng)域
[0012]本發(fā)明涉及監(jiān)測反應(yīng)系統(tǒng)中的顆粒。更具體地，本發(fā)明涉及測量諸如微凝膠、交聯(lián)聚合物和生物細(xì)胞等顆粒物質(zhì)的存在和演變的裝置，所述顆粒物質(zhì)在化學(xué)、生物化學(xué)和物理反應(yīng)期間出現(xiàn)，或在其中細(xì)菌或其它生命有機(jī)體以顆粒群形式積聚并產(chǎn)生諸如食物或藥劑等所需產(chǎn)物的生物反應(yīng)器中出現(xiàn)，或在其中存在諸如微凝膠和淀粉及纖維素片段等顆粒的天然產(chǎn)物的加工中出現(xiàn)。
[0013]相關(guān)技術(shù)描述
[0014]在聚合物和天然產(chǎn)物工業(yè)中存在著對監(jiān)測顆粒的工業(yè)需求。在許多化學(xué)、生物化學(xué)和物理學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)和/或被非反應(yīng)性處理的系統(tǒng)中，可以產(chǎn)生或分解某些類型的顆粒物質(zhì)。例如，在聚合反應(yīng)中，顆粒通常在反應(yīng)期間形成，其由正在產(chǎn)生的聚合物的物理微凝膠、或共價(jià)交聯(lián)的聚合物、或微晶、或諸如鹽晶體的其它類型的聚集體組成。在加工天然產(chǎn)物的過程中、例如從多糖前體中提取和分離多糖的過程中，微凝膠和“細(xì)?！笨赡鼙会尫湃胨黾庸み^程或廢物流中。通常，這些顆粒是不期望的，因?yàn)樗鼈兡軗p害最終產(chǎn)物的品質(zhì)；例如，導(dǎo)致不規(guī)則的結(jié)構(gòu)、不合格的抗拉強(qiáng)度、溶解困難、渾濁的產(chǎn)物溶液等。此外，這些顆粒的聚積能導(dǎo)致大型反應(yīng)器內(nèi)結(jié)垢，這產(chǎn)生了昂貴的清潔和維護(hù)程序，包括反應(yīng)器關(guān)停和損失生產(chǎn)時(shí)間。然而有時(shí)，顆粒的聚積是期望的，例如在產(chǎn)物從反應(yīng)溶液中沉淀出的聚合反應(yīng)的情況。
[0015]在反應(yīng)期間顆粒能增加、減少或保持恒定的非窮舉的其它化學(xué)反應(yīng)包括:
[0016]在許多不同類型的聚合反應(yīng)中——那些反應(yīng)以間歇的，半連續(xù)或連續(xù)方式實(shí)施，在壓力下，在環(huán)境壓力、不同溫度下實(shí)施，為大批量的，為在溶劑中，為多級的，為在乳液、反相乳液、膠束、懸浮液中，等等一顆粒物質(zhì)能形成例如交聯(lián)的微凝膠、物理締合的聚集體以及微凝膠、微晶、膠乳顆粒、乳液和油滴、鹽晶體。
[0017]在諸如食品的產(chǎn)品的乳化中，顆粒能隨著乳化進(jìn)行而降低尺寸，并且當(dāng)破乳化時(shí)增加尺寸。
[0018]在生物反應(yīng)器中，微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)能隨著發(fā)酵或其它的依賴于微生物代謝進(jìn)行的反應(yīng)來增加或降低。
[0019]在生物燃料顆粒物質(zhì)的生產(chǎn)中，通常纖維素隨著生物質(zhì)原料被加工成純?nèi)剂隙档统叽绾蛿?shù)量。
[0020]當(dāng)混和聚合材料時(shí)，微相分離能與聚合的聚集體和其它顆粒的伴隨產(chǎn)生一起發(fā)生。
[0021]某些多組分系統(tǒng)，例如溶液中的表面活性劑、金屬離子和聚合物，在諸如加熱的某些環(huán)境條件下會(huì)開始聚集和沉淀。
[0022]在聚合反應(yīng)期間，鹽或其它非聚合物質(zhì)形成微晶。
[0023]顆粒的溶解；例如，生物聚合物、如瓜爾膠或果膠，具有寬泛的粒度分布，從微米到毫米。當(dāng)其溶解在水中時(shí)，顆粒群減小。
[0024]加工天然產(chǎn)物。當(dāng)從加工物料流中的中間產(chǎn)物中分離出所需最終產(chǎn)物時(shí)，通常會(huì)釋出顆粒。顆粒能為材料的微凝膠、細(xì)胞壁和細(xì)胞器的不溶性片段以及其它常稱為“細(xì)?！钡念w粒。
[0025]大部分的顆粒監(jiān)測目前由光學(xué)和散射方法完成，所述方法通常是昂貴的并且難以維持，特別在工業(yè)環(huán)境中。例如，動(dòng)態(tài)光散射(例如Brookhaven InstrumentsCorp B1-9OPlus) (Berne 和 Pecora, 1975)和米氏散射(例如 Malvern Mastersizer)(Kerker, 1969)是精確但昂貴的表征顆粒的裝置。此外，它們需要清潔的調(diào)節(jié)的樣品。盡管這樣的清潔樣品可以在實(shí)驗(yàn)室中獲得，但它們通常不能直接從工業(yè)反應(yīng)器獲得。具有光學(xué)檢測的盤式離心是耗時(shí)的方法，其不易于適用于在線監(jiān)測環(huán)境。使用光學(xué)阻塞(opticalocclusion)、飛行時(shí)間和介電常數(shù)變化的顆粒檢測器也需要清潔的良態(tài)條件的樣品。
[0026]聚合反應(yīng)的自動(dòng)連續(xù)在線監(jiān)測(ACOMP)技術(shù)(Reed, 2003; Florenzano等，1998-參見本人的第6，653，150號美國專利)提供了對聚合反應(yīng)的所有重要特征進(jìn)行絕對的連續(xù)測量的裝置，所述重要特征例如轉(zhuǎn)化、動(dòng)力學(xué)和平均組分的演變、分子量以及特性粘度分布。ACOMP的一實(shí)施方案還允許同時(shí)表征顆粒(Reed, 2010 ;Alb&Reed2008_參見本人的第7，716，969號美國專利)，所述顆粒除了聚合物以外，例如還有乳液和聚合物膠乳顆粒，通過提取反應(yīng)器內(nèi)容物的兩個(gè)物流，并將其中一個(gè)物流用能使內(nèi)容物均勻化的溶劑稀釋以得到聚合物和單體的特性，并且將另一個(gè)物流用保持乳液的溶劑(例如水)稀釋來實(shí)現(xiàn)表征顆粒。然后，由光學(xué)裝置，例如米氏散射或動(dòng)態(tài)光散射、UV/可見光吸收、濁度等來表征這個(gè)后者物流中的顆粒(乳液和聚合物膠乳顆粒)。然而，使用這些光學(xué)手段包括上述的相同的限制。
[0027]因此，對于工業(yè)環(huán)境，亟需能提供實(shí)時(shí)地檢測和分析顆粒的存在、開始和演變的手段的裝置。
[0028]本文提及的所有專利、專利申請、專利申請公開和出版物并入本文作為參考，其包括下列美國專利文獻(xiàn):[0029]6，052，1844/2000Reed356/338
[0030]6，618，144，同時(shí)測量來自含聚合物和/或膠體的多種液體樣品的光散射的裝置和方法
[0031]6，653，150B1, 11/2003，Reed,用于在線表征含聚合物和/或膠體的溶液的平衡性
質(zhì)和非平衡性質(zhì)的自動(dòng)混合和稀釋方法
[0032]US2004/0004717Reed, Wayne F.，2004年I月8日，用于在線表征含聚合物和/或膠體的溶液的平衡性質(zhì)和非平衡性質(zhì)的自動(dòng)混合和稀釋方法及設(shè)備
[0033]7，716，969B25/2010Reed 等 73/61.71
[0034]US2008/0008623A1, Reed; Wayne F.，2008 年 I 月 10 日，用于聚合物分析系統(tǒng)的自
動(dòng)采樣和稀釋設(shè)備
[0035]US2009/0306311A1, Reed; Wayne F.，2009 年 12月 10 日，用于在合成期間監(jiān)測聚合物功能演變的方法和儀器
[0036]美國專利4，550，591
[0037]美國專利6，23O, 55I
[0038]美國專利申請2010/0192679
[0039]美國專利4，765，963
[0040]美國專利申請2011/0271739
[0041]美國專利5，932，795
[0042]美國專利7，224，455
[0043]美國專利3，824，395
[0044]美國專利7，162，057
[0045]美國專利3，628，1:39
[0046]其它出版物
[0047]B.Berne 和 R.Pecora, Dynamic Light Scattering (動(dòng)態(tài)光散射)，JohnWiley, 1975。
[0048]M.Kerker, The Scattering of Light and Other ElectromagneticRadiation (光和其它電磁福射的散射)，Academic Press, 1969。
[0049]F.H.Florenzano, R.Strelitzki 以及 W.F.Reed, Macromolecules, 1998, 31, 7226-7238。
[0050]A.M.Alb, ff.F.Reed, Macromolecules, 2008, 41, 2406-2414。
[0051]所有專利、專利申請和專利申請公開(即，本發(fā)明人作為發(fā)明人的)以及所有出版物(即，本發(fā)明人作為作者的)并入本文作為參考。
[0052]盡管在所附的權(quán)利要求書中指出了下面所示并所述的本發(fā)明的某些新穎的特征，但本發(fā)明不旨在受限于所規(guī)定的細(xì)節(jié)，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解到在不以任何方式背離本發(fā)明的主旨的情況下，可以在所例示的本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)以及其操作方面進(jìn)行各種省略、修飾、替換和改變。本發(fā)明沒有哪個(gè)特征是關(guān)鍵或必要的，除非其明確被表示為“關(guān)鍵的”或“必要的”。
[0053]發(fā)明簡述
[0054]本發(fā)明利用時(shí)間依賴性過濾器行為，其是本發(fā)明人稱為“過濾動(dòng)力學(xué)(filtrodynamics) ”的基本概念,所述“過濾動(dòng)力學(xué)”即改變穿過緩慢堵塞的過濾器的壓力(或流動(dòng))的詳細(xì)的時(shí)間依賴性特征的數(shù)學(xué)分析，從而進(jìn)行顆粒特性的物理解釋。過濾動(dòng)力學(xué)優(yōu)選用于聚合物制造和加工的情況。本發(fā)明能包括ACOMP、SMSLS和使用過濾動(dòng)力學(xué)儀器的其它檢測器方案。
[0055]本發(fā)明能包括測量時(shí)間依賴性行為并數(shù)學(xué)推導(dǎo)顆粒特性，而不需要過濾器孔徑的知識來獲得顆粒數(shù)。本發(fā)明還包括進(jìn)行時(shí)間依賴性過濾器響應(yīng)的連續(xù)(或基本連續(xù))測量和數(shù)學(xué)分析以測定顆粒性質(zhì)。本發(fā)明人用基本連續(xù)來表示在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的情況中，至少6次測量/小時(shí)，更優(yōu)選至少I次測量/分鐘，并且最優(yōu)選至少20次測量/分鐘。
[0056]本發(fā)明通常處理不受遍及測量時(shí)標(biāo)的重力及相關(guān)反應(yīng)和過程影響的微觀和納米觀的顆粒。本發(fā)明通常處理正在堵塞的過濾器并且測量時(shí)間依賴性流動(dòng)或壓力特征。
[0057]本發(fā)明能使用時(shí)間依賴性壓力信號來進(jìn)行與粒度分布相關(guān)的推導(dǎo)。
[0058]本發(fā)明提供了用于監(jiān)測在化學(xué)、生物化學(xué)或物理反應(yīng)系統(tǒng)及其它正被處理的系統(tǒng)中的顆粒狀態(tài)的裝置。這樣的系統(tǒng)通常為液相，例如溶劑、乳液、懸浮液等。裝置優(yōu)選包括至少一個(gè)非光學(xué)傳感器，其能產(chǎn)生與顆粒聚積相關(guān)的時(shí)間依賴性信號，所述非光學(xué)傳感器位于反應(yīng)系統(tǒng)中的能以最小的操作停機(jī)時(shí)間進(jìn)行清潔或更換的過濾器上。所述裝置可用于獲取優(yōu)選在每一瞬間的顆粒狀態(tài)的知識，這允許了解并控制整個(gè)過程。裝置可特別用于發(fā)信號通告(signaling)工藝的完成并轉(zhuǎn)移至后續(xù)工藝，發(fā)信號通告工藝中的問題并糾正該問題，發(fā)信號通告存在產(chǎn)品污染，或發(fā)信號通告工藝按期望地進(jìn)行。
[0059]本發(fā)明提供了可以包括一系列的以并聯(lián)、串聯(lián)或其一些組合形式布置的過濾液體的過濾器。本發(fā)明的目的是通過測量通過多個(gè)過濾器中的一個(gè)過濾器的增加的阻力來測量系統(tǒng)中顆粒的狀態(tài)。所述裝置可以包括一系列壓力傳感器、流量傳感器或它們的一些組合以收集能與特定過濾器的阻力相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0060]本發(fā)明的標(biāo)志特征是過濾系統(tǒng)用于診斷工藝或反應(yīng)系統(tǒng)的性質(zhì)，而非實(shí)際過濾系統(tǒng)的內(nèi)容物本身，從而用于清潔或改進(jìn)反應(yīng)或工藝內(nèi)容物的目的。在該情況中，本發(fā)明通常會(huì)采樣并使整個(gè)反應(yīng)器或工藝內(nèi)容物的非常微小的一部分經(jīng)過它的過濾傳感器系統(tǒng)。作為實(shí)例(不限制范圍)，本發(fā)明為了診斷目的可以在一小時(shí)反應(yīng)或工藝期間，從包含數(shù)升至數(shù)萬升或更多的反應(yīng)或工藝容器中提取并過濾大約IOmL的反應(yīng)或工藝液體。
[0061]與其作為診斷儀器的狀態(tài)相關(guān)的本發(fā)明的另一重要特征在于它的過濾能保護(hù)其過濾器-傳感器網(wǎng)絡(luò)下游的其它診斷或監(jiān)測設(shè)備。例如，當(dāng)其主要功能是診斷在反應(yīng)或工藝容器中雜質(zhì)的存在、水平或類型時(shí)，其可以引導(dǎo)其過濾的輸出流流經(jīng)其下游的需要過濾的或被調(diào)節(jié)的樣品流的其它監(jiān)測和診斷設(shè)備。本發(fā)明還使用它的診斷以診斷其自身，因?yàn)楫?dāng)滿足某些壓力或流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)它能發(fā)信號通告過濾器-傳感器流動(dòng)路徑的轉(zhuǎn)變。在所有這些實(shí)施方案中，本發(fā)明特征在于過濾非常小部分的反應(yīng)或工藝液體以用于監(jiān)測和診斷的目的。優(yōu)選并通常地，遠(yuǎn)小于1%的反應(yīng)或工藝液體被提取以用于診斷目的，例如小于0.1%，更優(yōu)選小于0.01%,甚至更優(yōu)選小于0.001%,并且最優(yōu)選小于0.0001%?？梢栽谘邪l(fā)實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)期間進(jìn)行I體積％或0.1體積％的提取。更通常地，對于間歇反應(yīng)器可以提取0.000001體積％。對于連續(xù)反應(yīng)器，會(huì)存在連續(xù)反應(yīng)器流率的類似百分比，而非體積的類似百分比。對于間歇和半間歇反應(yīng)，提取以體積％形式表達(dá)，而對于連續(xù)反應(yīng)器，提取以流率百分比形式表達(dá)。對于500ml的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模反應(yīng)，這將表達(dá)為反應(yīng)器內(nèi)容物的2%/小時(shí)。對于10，000加侖的工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器，這將表達(dá)為約0.000026%/小時(shí)。所關(guān)注的典型反應(yīng)的規(guī)模為0.5小時(shí)至十小時(shí)，盡管一些反應(yīng)可以比這更快或更慢。對于連續(xù)反應(yīng)器，非常小百分比的連續(xù)反應(yīng)器流率將通過過濾動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)被轉(zhuǎn)移。例如，流率為10，000加侖/小時(shí)的連續(xù)反應(yīng)器會(huì)使約0.000026%的該流率在整個(gè)其連續(xù)操作中被轉(zhuǎn)移。
[0062]本發(fā)明提供了可以包括基于顆粒數(shù)密度或尺寸來指示反應(yīng)系統(tǒng)是否按照所期望的路徑實(shí)施的裝置的設(shè)備。
[0063]本發(fā)明提供了基于顆粒狀態(tài)和所期望的系統(tǒng)響應(yīng)而向反應(yīng)系統(tǒng)給予控制能力的裝置。例如，如果對于最佳操作，所期望的系統(tǒng)響應(yīng)需要某些范圍的顆粒，則本發(fā)明能改變反應(yīng)的方面以滿足該期望的操作或如果需要，停止反應(yīng)系統(tǒng)。
[0064]由本發(fā)明提供的控制能力能包括任何類型的用于R&D和工業(yè)情形的開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的關(guān)于顆粒形成的開始或密度或類型的輸出信息能用于發(fā)信號通知操作者手動(dòng)采取能影響反應(yīng)或工藝的措施。在閉環(huán)系統(tǒng)中，本發(fā)明的輸出數(shù)據(jù)能與自動(dòng)系統(tǒng)控制器(例如，通常由諸如 Honeywell、Johnson Controls、ABB、Foxboro Corp.、EmersonElectric、Rockwell等公司提供的)一起使用以自動(dòng)進(jìn)行決策并采取能影響反應(yīng)或過程的措施。
[0065]本發(fā)明可以提供具有包括過濾器的可拆卸柱的裝置，以至于如果系統(tǒng)指示該過濾器被堵塞或正被顆粒高度堵塞，則可以手動(dòng)或自動(dòng)地更換該過濾器。
[0066]本發(fā)明提供了通過測定反應(yīng)系統(tǒng)中過濾器的阻力來測定顆粒狀態(tài)的方法，或提供了用于表征在非反應(yīng)性的平衡系統(tǒng)中的顆粒的方法。阻力能通過測量通過反應(yīng)系統(tǒng)的液體的壓力、流率或其一些組合而測定。本發(fā)明提供了通過例如具有不同孔徑大小的多個(gè)過濾器而使顆粒尺寸和數(shù)量與過濾器阻力相關(guān)聯(lián)的方法。
[0067]本發(fā)明提供了通過測量反應(yīng)系統(tǒng)中過濾器或多個(gè)過濾器上的阻力來發(fā)信號通告顆粒的各種狀態(tài)的方法。
[0068]本發(fā)明提供了通過測量穿過所述過濾器的壓力差或通過所述過濾器的流率或其一些組合來測定阻力的方法。
[0069]本發(fā)明提供了當(dāng)流率為恒量時(shí)通過測量穿過所述過濾器的壓力差來測定過濾器阻力的方法。
[0070]本發(fā)明提供了當(dāng)穿過所述過濾器的壓力差為恒量時(shí)通過測量通過過濾器的流率來測定過濾器阻力的方法。
[0071]本發(fā)明提供了測量具有穩(wěn)定顆粒群的溶液中、例如反應(yīng)最終產(chǎn)物和中間體等分部分中的粒度分布的方法。本發(fā)明提供了連續(xù)測量化學(xué)和/或物理反應(yīng)溶液中的粒度分布的方法。
[0072]本發(fā)明的目的是基于間歇或連續(xù)基礎(chǔ)使過濾器阻力與顆粒群和尺寸相關(guān)聯(lián)。
[0073]本發(fā)明的目的是表征非反應(yīng)性系統(tǒng)中的顆粒群。例如，本發(fā)明可以表征具有穩(wěn)定的顆粒群的非反應(yīng)性溶液，例如聚合的最終產(chǎn)物或已被提取并淬滅的中間體反應(yīng)等分部分。這樣的表征包括測定粒度分布(PSD)，即顆粒篩分領(lǐng)域的主要焦點(diǎn)，基于光學(xué)的技術(shù)占優(yōu)勢。
[0074]本發(fā)明的目的是表征化學(xué)和/或物理反應(yīng)溶液中的顆粒群。
[0075]本發(fā)明的目的是使用穿過過濾器或過濾器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間依賴性壓力信號來進(jìn)行關(guān)于反應(yīng)或工藝中顆粒群的存在或變化的推導(dǎo)。例如，建立壓力的速率或流動(dòng)降低的速率能用于計(jì)算反應(yīng)或工藝中的顆粒密度和尺寸分布以及這些發(fā)生改變的速率。因此，本發(fā)明將產(chǎn)生時(shí)間依賴性壓力“特征”，能對該特征加以分析從而監(jiān)測和診斷反應(yīng)和工藝中的顆粒性質(zhì)。這些“特征”的數(shù)學(xué)形式包括關(guān)于反應(yīng)和工藝中穩(wěn)定的和變化的顆粒群的重要信息。
[0076]本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢將由下列描述而容易變得顯而易見。
[0077]附圖簡述
[0078]圖1示出在穩(wěn)定的(非反應(yīng)性的)多組分聚合物溶液(在一氯代苯中的線性聚合物)中顆粒的存在的典型實(shí)例，所述顆粒的存在導(dǎo)致穿過單個(gè)過濾器時(shí)所測量到的壓力增力口，這歸因于溶液的連續(xù)稀釋流以恒定的流率泵送通過0.5微米過濾器時(shí)，顆粒在該過濾器上的逐漸聚積。
[0079]圖2示出并聯(lián)連接的η個(gè)過濾器的典型網(wǎng)絡(luò)。
[0080]圖3示出典型的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
[0081]圖4示出典型的串聯(lián)連接的過濾器，每一個(gè)均具有壓力傳感器和雙通換向閥。
[0082]圖5示出如果輸出線路正供給檢測器隊(duì)列而非通向廢棄物時(shí)能使用的變型。
[0083]圖6示出壓力相對于時(shí)間的三種不同的圖示。
[0084]圖7示出1/Ρ⑴，其將在t內(nèi)產(chǎn)生多項(xiàng)式，該多項(xiàng)式給出更顯著的區(qū)分三種方案的特征。
[0085]圖8示出在恒定流動(dòng)Qtl并且顆粒尺寸保持恒定時(shí)的另一組情況。
[0086]圖9和10示出在恒定壓力下流率和時(shí)間之間的關(guān)系。
[0087]圖11示出能通過并聯(lián)流動(dòng)路徑進(jìn)行無堵塞操作的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中在每一流動(dòng)路徑中過濾器具有相同的孔徑。
[0088]圖12示出其中過濾器為串聯(lián)連接的本發(fā)明的實(shí)施方案，每一個(gè)過濾器均具有壓力傳感器和雙通換向閥。
[0089]圖13示出本發(fā)明的其它實(shí)施方案，其中輸出線路正供給檢測器隊(duì)列而非通向廢棄物。
[0090]圖14示出本發(fā)明實(shí)施方案如何用于監(jiān)測在聚合反應(yīng)器中顆粒的存在和演變。
[0091]圖15示出間歇操作的稀釋儀器的示例性“前端”。
[0092]圖16示出用于凈化并清潔過濾器的間歇逆流。
[0093]圖17示出一系列18個(gè)過濾器的壓力倒數(shù)對時(shí)間的概念信號。
[0094]圖18示出Iii,其是從圖17中獲得的濃度的測量值。
[0095]圖19示出從上述圖18的Iii值中獲得的PSD。
[0096]圖20示出5個(gè)串聯(lián)的過濾器的壓力倒數(shù)對時(shí)間，過濾器I具有最小的孔徑而過濾器5具有最大的孔徑。
[0097]圖21示出在假設(shè)的聚合反應(yīng)期間，一概念組(conceptual set)的在過濾器1、
2...η上的壓力信號。
[0098]圖22示出當(dāng)2.0微米膠乳球的稀釋溶液以0.2ml/min流經(jīng)直徑為13mm的
0.45PTFE Millipore過濾器時(shí)，跨過濾器的壓力(trans-filter pressure)(以大氣壓計(jì))的累積。
[0099]圖23示出在三個(gè)連續(xù)的路線上將多糖溶液多次注射通過新的0.8 μ m乙酸纖維素過濾器時(shí)，完全可重復(fù)的壓力信號。
[0100]圖24示出通過概率過濾器(A/(B+eXp(-Xt))推導(dǎo)的方程形式進(jìn)行的數(shù)據(jù)擬合。
[0101]圖25示出2微米熔塊，守門效應(yīng)，0.2ml/min。
[0102]圖26不出表不守門的粘度壓力相關(guān)性。
[0103]圖27示出使用2mg/ml多糖溶液，0.8 μ m纖維素酯膜過濾器不產(chǎn)生守門。
[0104]圖28示出2mg/ml多糖，0.8Mic CE過濾器，無守門。
[0105]圖29 不出 0.45mic 混合纖維素酯，2mg/ml Guarl,0.2ml/min,無守門。
[0106]圖30示出來自過濾動(dòng)力學(xué)布置的原始數(shù)據(jù)，該過濾動(dòng)力學(xué)布置由兩個(gè)用于測量兩個(gè)串聯(lián)的過濾器的跨過濾器壓力的壓力傳感器(Ashcroft Corp，Gl型)組成。
[0107]圖31是閥示意圖。
[0108]圖32示出如何通過將具有雙通閥的圖中所顯示的兩個(gè)未連接的出口相連接而獲得單出口流動(dòng)。
[0109]圖33示出串聯(lián)的過濾器示意性實(shí)例:對于n=4的串聯(lián)的過濾器，隨機(jī)截?cái)囗樞颉?br> [0110]發(fā)明詳述
[0111]本文提供了一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述。然而，要理解的是，本發(fā)明可以以各種形式體現(xiàn)。因此，本文公開的具體細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限定，而是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)并作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以任何合適方式使用本發(fā)明的典型基礎(chǔ)。
[0112]圖1示出在穩(wěn)定的(非反應(yīng)性的)多組分聚合物溶液(在一氯代苯中的線性聚合物)中顆粒的存在的典型實(shí)例，所述顆粒的存在導(dǎo)致穿過單個(gè)過濾器時(shí)所測量到的壓力增力口，這歸因于溶液的連續(xù)稀釋流以恒定的流率泵送通過0.5微米過濾器時(shí)，顆粒在該過濾器上的逐漸聚積。在該情況中，顆粒是從產(chǎn)生聚合物的聚合反應(yīng)中所留下的鹽的微晶。在本申請中，監(jiān)測穿過過濾器的壓力信號以確定何時(shí)壓力對于安全系統(tǒng)操作而言為過高的；即，幾個(gè)世紀(jì)以來，已經(jīng)將壓力信號及附帶的泄壓閥、伺服系統(tǒng)等的使用用作確保安全操作范圍以及確保對泵、熱機(jī)等的限度的手段，但不用于顆粒分析。注意到的是，壓力信號具有初始線性區(qū)，然后具有負(fù)二階導(dǎo)數(shù)。并非出乎意料地，該特征更接近于對下述的概率過濾器所預(yù)期的類型，其中孔不是完全限定的并由此任何給定的顆粒都具有穿過過濾器的些許可能。用于此的過濾器是燒結(jié)金屬熔塊過濾器，所述過濾器用作短3D過濾器而非膜，所以下文的壓力信號的概率過濾器性質(zhì)并不出乎意料。
[0113]圖2示出并聯(lián)的η個(gè)過濾器的典型網(wǎng)絡(luò)。
[0114]圖3示出典型的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
[0115]圖4示出典型的串聯(lián)的過濾器，每一個(gè)均具有壓力傳感器和雙通換向閥。在位置I中，雙通閥將流動(dòng)引導(dǎo)入下一個(gè)過濾器，而在位置2中，其被引導(dǎo)向廢棄物。
[0116]圖5示出如果輸出線路正供給檢測器隊(duì)列而非通向廢物時(shí)能使用的變型。在該情況中，使用三通閥；在位置I中，雙通閥將流動(dòng)引導(dǎo)入下一個(gè)過濾器，在位置2中，其被引導(dǎo)向廢棄物，以及位置3切斷經(jīng)過閥的流動(dòng)。
[0117]圖6不出壓力相對于時(shí)間的三種不同的圖不。在圖6中，時(shí)間表達(dá)為將過濾器上所有孔完全堵塞所需的總時(shí)間的分?jǐn)?shù)。實(shí)線是作為時(shí)間的函數(shù)的壓力的模型。該線假設(shè)顆粒濃度是恒定的。虛線建立了在流體具有線性增加的顆粒濃度的情況下、例如隨著反應(yīng)的進(jìn)行正在形成顆粒的反應(yīng)流體的情況中，作為時(shí)間的函數(shù)的壓力的模型。短劃線建立了作為時(shí)間的函數(shù)的、具有降低的顆粒濃度的流體(例如在具有初始顆粒濃度的反應(yīng)混合物的情況中)的壓力的模型，并且證實(shí)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，顆粒濃度降低。f是“漏泄因數(shù)”，它的值對于無漏泄的顆粒/孔相互作用而言為O，并且當(dāng)被捕獲的顆粒不阻礙流動(dòng)時(shí)為I。[0118]圖7示出1/P (t)，其將在t內(nèi)產(chǎn)生多項(xiàng)式，該多項(xiàng)式給出更顯著的區(qū)分三種方案的特征。實(shí)線建立了穩(wěn)定顆粒群的模型，其產(chǎn)生P⑴對t的直線以及二階導(dǎo)數(shù)d2P/dt2=0。虛線建立了增加顆粒的情況的模型，即d2P/dt2〈0，并且短劃線建立了減少顆粒的情況的模型，即d2P/dt2>0。f為“漏泄因數(shù)”，它的值對于無漏泄的顆粒/孔相互作用而言為0，并且當(dāng)被捕獲的顆粒不阻礙流動(dòng)時(shí)為I。
[0119]圖8示出在恒定流動(dòng)Qtl并且顆粒尺寸保持恒定時(shí)的另一組情況。假設(shè)的是，孔堵塞(pore pluggage)與度f的比與孔面積的殘留量成比例，這產(chǎn)生了總的過濾器面積的指數(shù)遞減。f為“漏泄因數(shù)”，它的值對于無漏泄的顆粒/孔相互作用而言為0，并且當(dāng)被捕獲的顆粒不阻礙流動(dòng)時(shí)為I。虛線表示無漏泄過濾(f=0)。對于存在漏泄過濾(f>0)的情況，則當(dāng)Pift/P^l/f時(shí)，達(dá)到壓力平臺。短劃線表示線性增加的顆粒群。
[0120]圖9和10示出在恒定壓力下流率和時(shí)間之間的關(guān)系。
[0121]圖11示出能通過并聯(lián)流動(dòng)路徑而進(jìn)行無堵塞操作的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中在每一流動(dòng)路徑中過濾器具有相同的孔徑。
[0122]圖12示出其中過濾器為串聯(lián)連接的本發(fā)明的實(shí)施方案，每一個(gè)過濾器均具有壓力傳感器和雙通換向閥。在位置I中，雙通閥將流動(dòng)引導(dǎo)入下一個(gè)過濾器，而在位置2中，流動(dòng)被引導(dǎo)向廢棄物。
[0123]圖13示出本發(fā)明的其它實(shí)施方案，其中輸出線路正供給檢測器隊(duì)列而非通向廢棄物。在該情況中，使用三通閥，其中在位置I中，三通閥將流動(dòng)引導(dǎo)入下一個(gè)過濾器，在位置2中，流動(dòng)被引導(dǎo)向廢棄物，并且位置3切斷經(jīng)過閥的流動(dòng)。此外，控制器再次具有與圖12中相同的功能，除了其現(xiàn)在能將每一閥控制成三種不同位置而非兩種不同位置。
[0124]圖14示出本發(fā)明實(shí)施方案如何用于監(jiān)測在聚合反應(yīng)器中顆粒的存在和演變。上述類型實(shí)施方案的凈內(nèi)容物(在圖2-5和11-13中所示)被稱為“過濾動(dòng)力學(xué)單元”，并且包括過濾器網(wǎng)絡(luò)、壓力和/或流動(dòng)感應(yīng)器、控制器以及任選的分析裝置。在圖14中，控制和分析裝置能集合成至ACOMP控制和分析平臺內(nèi)。應(yīng)注意的是，在圖中能使用多于一種的過濾動(dòng)力學(xué)單元；即，多個(gè)過濾動(dòng)力學(xué)單元能在圖中所示的多于一個(gè)的“任選”位點(diǎn)處安裝。
[0125]圖15示出間歇操作的稀釋儀器的示例性“前端”。其使反應(yīng)器流體以規(guī)定的時(shí)間間隔被提取，并且將它們在混合室(在圖15中未示出，但能包括例如本人第6，653，150B1號美國專利的圖16或17中所示的設(shè)備)中進(jìn)行稀釋，然后，該稀釋的反應(yīng)器流體在規(guī)定的時(shí)間間隔中用于供給至過濾動(dòng)力學(xué)單元。
[0126]圖16示出用于凈化并清潔過濾器的間歇逆流。
[0127]圖17示出一系列18個(gè)過濾器的壓力倒數(shù)對時(shí)間的概念信號，其中過濾器1(最后一個(gè)過濾器)具有最小孔徑，并且過濾器編號隨孔徑增加至高達(dá)過濾器18 (在該系列中的第一個(gè)過濾器)，其具有最大孔徑。每一過濾器的堵塞時(shí)間tp (pluggage time)在沿時(shí)間軸的垂直線中示出，并且少許幾個(gè)被標(biāo)記以用于例示；例如tRl。對于每一過濾器而言，平穩(wěn)值的倒數(shù)為Ι/fi。顯示出不同的平穩(wěn)值以表明不同的過濾器可以具有不同的漏泄因數(shù)fi。
[0128]圖18示出Iii,其為從圖17中獲得的濃度的測量值。圖17中斜率的絕對值用于計(jì)算niD
[0129]圖19示出從上述圖18的Iii值中獲得的PSD。其顯示出在對數(shù)x軸(微米)上所示的尺寸范圍內(nèi)的濃度(顆粒/cm3)。如在其它顆粒篩分方法學(xué)中那樣，在下面的分布能以直方圖的形式位于左側(cè)，或通過公知方法而平滑處理為連續(xù)函數(shù)，擬合成假定是分析形式
坐寸ο
[0130]圖20示出5個(gè)串聯(lián)的過濾器的壓力倒數(shù)對時(shí)間，過濾器I具有最小的孔徑而過濾器5具有最大的。垂直線表示時(shí)間間隔t，能將數(shù)據(jù)進(jìn)行分割至該時(shí)間間隔內(nèi)。在每一間隔中，每一過濾器的壓力倒數(shù)的線性擬合能由斜率Si形成，進(jìn)行應(yīng)用以產(chǎn)生在每一時(shí)間間隔k的PSD ;ΝΦ” tk)。在該圖中，虛線片段是在少數(shù)所選擇的間隔t內(nèi)產(chǎn)生的線性擬合的實(shí)例。
[0131]圖21示出在假設(shè)的聚合反應(yīng)期間，一概念組的在過濾器1、2...η上的壓力信號。過濾器I具有最小孔徑D1，并且過濾器η具有最大孔徑Dn。該圖顯示出對于該反應(yīng)的前半部分不存在可檢測到的D1以上的聚集體，之后，壓力信號開始在過濾器I上建立。在3/4反應(yīng)時(shí)間時(shí)，當(dāng)過濾器2上的壓力開始增加時(shí)，尺寸D2的聚集體變成可檢測到的。在過濾器η中，在9/10的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，尺寸Dn的聚集體為可檢測的。
[0132]顆粒是指當(dāng)包含顆粒的液體流經(jīng)過濾器時(shí)能被該過濾器所捕獲的液體中的任何組分(例如，微晶、聚合的微凝膠、交聯(lián)的聚合物、膠乳顆粒和乳液顆粒、生物細(xì)胞、由生物細(xì)胞和纖維組成的團(tuán)簇和纖維、細(xì)菌和其它微生物、細(xì)胞器片段、不完全溶解的聚合物、蛋白質(zhì)顆粒、纖維素顆粒和其它多糖顆粒、絮凝顆粒、沉淀的顆粒、相分離液體系統(tǒng)、鹽結(jié)晶、由于氧化或還原過程而產(chǎn)生的顆粒及由反應(yīng)或工藝容器本身產(chǎn)生的顆粒以及聚集的治療性蛋白)?；瘜W(xué)反應(yīng)是指改變系統(tǒng)組分的化學(xué)性質(zhì)的反應(yīng)(例如，共價(jià)鍵的形成、氧化和還原反應(yīng)、水解、聚合反應(yīng)、酶過程、光分解和由光、熱、催化劑、支化反應(yīng)、接枝反應(yīng)、和交聯(lián)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的其它化學(xué)過程，以及某些變性反應(yīng))。物理反應(yīng)是指系統(tǒng)組分以顆粒形式締合或解離而不改變它們的化學(xué)性質(zhì)的過程(例如，非交聯(lián)的微凝膠、微晶化、絮凝、凝聚、蛋白變性或復(fù)性、導(dǎo)致締合或崩解反應(yīng)的分子構(gòu)象變化、膠束化、脂質(zhì)體、乳液、囊泡的形成、大分子的納米結(jié)構(gòu)化或微米結(jié)構(gòu)化及自組裝、納米顆?；蛭⒚最w粒的納米結(jié)構(gòu)化或微米結(jié)構(gòu)化和自組裝)。能驅(qū)動(dòng)物理反應(yīng)系統(tǒng)的因素包括溫度，依時(shí)溶解(dissolution in time),超聲處理，暴露于輻射，反應(yīng)物濃度，鹽、酸、堿、特定離子和其它試劑的存在，以及溶劑的改變或混合。非反應(yīng)性過程是指不進(jìn)行化學(xué)或物理反應(yīng)但其釋放或吸收已經(jīng)存在的顆粒的系統(tǒng)。這些包括其中聚合物或天然產(chǎn)物被震蕩、攪拌、攪動(dòng)、變形、過濾、用水或其它溶劑洗滌、研磨或物理上經(jīng)受壓縮應(yīng)力、拉伸應(yīng)力或剪切應(yīng)力的過程。
[0133]過濾器阻力是指在允許流體流動(dòng)的系統(tǒng)中過濾器的阻力?！斑^濾動(dòng)力學(xué)”是指使用壓力和流動(dòng)傳感器信號用于表征過濾器本身和顆粒的物理機(jī)構(gòu)、儀器、實(shí)驗(yàn)方法、模型和理論的集合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)時(shí)，反壓力或壓力表示穿過一個(gè)或多個(gè)過濾器或穿過流體流動(dòng)路徑中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的壓力差，正如“電壓”，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流時(shí)需要電壓差。
[0134]本發(fā)明的中心概念在于流經(jīng)過濾器的液體的特征攜帶了關(guān)于該流動(dòng)物中顆粒的尺寸和數(shù)量的重要信息，并且與被過濾的流動(dòng)物相關(guān)的測量的合適實(shí)施方案和分析原理能提供關(guān)于所發(fā)生的過程的實(shí)時(shí)信息，并且還任選地允許控制該過程。在其本質(zhì)中，流動(dòng)路徑中的每一過濾器用作該流動(dòng)的可變電阻器，實(shí)時(shí)阻力增量與過濾器的性質(zhì)以及流經(jīng)該過濾器的顆粒的濃度、尺寸分布和性質(zhì)密切相關(guān)。
[0135]當(dāng)流體中攜帶的顆粒流經(jīng)能夠捕獲所述顆粒的過濾器時(shí)，穿過過濾器的壓力差將增加和/或通過該過濾器的流率將降低。如果使用遞送恒定流率的泵，則穿過過濾器的壓力差將因?yàn)榱髀时３趾愣ǘ黾?。如果使用恒定的壓力來?qū)動(dòng)液體流動(dòng)，則流率將由于顆粒在過濾器中累積而降低。如果使用中間特性的泵，則能存在壓力差的增強(qiáng)或降低以及流率的降低或增加。
[0136]除了自身的相關(guān)阻力值之外，該阻力如何變化的數(shù)學(xué)特征還直接與顆粒的性質(zhì)、濃度和尺寸分布相關(guān)。因此，所述方法能檢測和表征顆粒，無論這些顆粒在過程中為恒定的、在過程期間產(chǎn)生和演變、在過程期間減少或在過程期間轉(zhuǎn)化為其它類型的顆粒。
[0137]始終要注意的是，盡管連續(xù)的流動(dòng)操作通常為優(yōu)選的操作方式，但本文所述的本發(fā)明的原理還將用于監(jiān)測其中產(chǎn)生間歇流動(dòng)的情況以測量在所需間隔的過濾器阻力。間歇流動(dòng)能產(chǎn)生更長時(shí)段的本發(fā)明無堵塞操作。例如，在一些反應(yīng)中，其可以足以從每小時(shí)僅發(fā)生1-10次的I秒至200秒流動(dòng)中進(jìn)行測量。
[0138]所公開的設(shè)備與光學(xué)技術(shù)相比能更廉價(jià)地實(shí)施，因?yàn)槠淠芡ㄟ^使用穩(wěn)固的非靈敏的泵、過濾器和壓力傳感器及流動(dòng)傳感器而實(shí)施。其可能需要稀釋的樣品，但其通常不需要額外的調(diào)節(jié)步驟以獲得可測量的樣品。
[0139]所公開的設(shè)備將在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中得到應(yīng)用，在那里發(fā)現(xiàn)并開發(fā)新材料，并且開發(fā)、研究和優(yōu)化反應(yīng)和工藝。在這些情況中，本發(fā)明可以在具有相對小體積、例如一升或僅數(shù)升部分的反應(yīng)或工藝容器上運(yùn)行。
[0140]所公開的設(shè)備將在制造工廠中得到應(yīng)用，在那里產(chǎn)物被制成例如但不限于漆料、樹脂、粘合劑、彈性體、合成橡膠、藥劑、治療性蛋白、膠乳顆粒、乳液、水處理化學(xué)品、油回收化學(xué)品、顏料、冶金產(chǎn)品、造紙產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和食品、電子和光學(xué)材料、復(fù)合材料、用作藥物和疫苗遞送劑的材料、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品和機(jī)械潤滑產(chǎn)品。
[0141]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案是具有至少一個(gè)帶有傳感器的過濾器的裝置，其用于檢測反應(yīng)系統(tǒng)中溶液的壓力差并在某些情況下檢測流率，然后使所述壓力差或流率與顆粒群的存在、累積或衰退相關(guān)聯(lián)從而產(chǎn)生所期望的系統(tǒng)響應(yīng)。
[0142]另外的實(shí)施方案是具有帶有傳感器的過濾器的裝置，其用于檢測壓力差或流率，所述壓力差或流率產(chǎn)生過濾器阻力的時(shí)間依賴性信號。
[0143]另外的實(shí)施方案是具有帶有傳感器的過濾器的裝置，其用于檢測壓力差或流率，所述壓力差或流率產(chǎn)生顆粒累積的時(shí)間依賴性信號。基于流體的性質(zhì)，過濾器阻力能與顆粒累積相關(guān)聯(lián)，其能以信號形式展示。
[0144]其它實(shí)施方案是具有并聯(lián)和/或串聯(lián)的過濾器的組合的裝置，其具有數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)處理裝置和在反應(yīng)期間進(jìn)行的交互關(guān)聯(lián)的裝置以將來自傳感器的數(shù)據(jù)與顆粒的累積相關(guān)聯(lián)。
[0145]其它實(shí)施方案是具有能在短暫的反沖洗循環(huán)中被容易清潔的過濾器或過濾器隊(duì)列的裝置，將它們進(jìn)行配置以在無堵塞操作模式(類似地涉及在冷藏箱和熱泵中的除霜循環(huán)以產(chǎn)生“無霜”操作)中用于進(jìn)一步測量。
[0146]在其它實(shí)施方案中，在適于無堵塞操作的過濾器的情況中，將可以使用反沖洗循環(huán)以在所述工藝期間重置過濾器以用于定期測量。在該操作模式中，壓力信號將隨顆粒的減少而降低。[0147]其它實(shí)施方案是具有壓力和/或流動(dòng)監(jiān)測器的裝置，其會(huì)使流動(dòng)轉(zhuǎn)向至給定的過濾器以防止它們變得堵塞(再次成為無堵塞操作)。這將特別用于下述過濾器陣列，即，在所述過濾器陣列中小孔徑過濾器早期發(fā)信號通告顆粒形成，并當(dāng)較大孔徑過濾器開始產(chǎn)生變化的壓力和/或流動(dòng)時(shí)，更小孔徑的過濾器將發(fā)揮它們的功能并能任選地在它們捕獲更多顆粒前被關(guān)閉。
[0148]其它實(shí)施方案是“無堵塞”操作概念的配套裝置，其中當(dāng)流動(dòng)被轉(zhuǎn)變至可替代的流動(dòng)路徑時(shí)，該可替代的流動(dòng)路徑由同樣多的具有多個(gè)壓力傳感器的串聯(lián)的過濾器組成，所述傳感器產(chǎn)生閥值轉(zhuǎn)換信號，經(jīng)過給定的過濾器或具有多個(gè)壓力傳感器的在串聯(lián)布置中的多個(gè)過濾器的壓力和/或流率能發(fā)信號通告。這樣的布置能包括至少兩個(gè)以及更多個(gè)相同的并聯(lián)過濾流動(dòng)途徑以保持無堵塞操作能持續(xù)長時(shí)間段而不被中斷。該實(shí)施方案能用于使清潔的物流保持流向過濾器下游的檢測器隊(duì)列?？梢跃娌僮髡呋蚣紟煾鼡Q過濾器。
[0149]在其它實(shí)施方案中，過濾器或過濾器陣列可以被包裝在可易于更換的柱中，以至于技師能迅速地將其更換出而沒有顯著的操作停機(jī)。柱本身可以包括多個(gè)多余的流動(dòng)路徑(上文稱為“配套”的)，在需要柱轉(zhuǎn)換之前允許出現(xiàn)大量的阻塞循環(huán)。
[0150]其它實(shí)施方案是泵和過濾器的裝置，其例如能具有非常小的形態(tài)、在厘米和毫米規(guī)模，并且流率為0.0Olml/min至100ml/min。例如，整個(gè)包裝可以安裝在一側(cè)上的6”盒(約 15cm)內(nèi)。
[0151]其它實(shí)施方案是使用通過過濾系統(tǒng)的來自系統(tǒng)反應(yīng)器的直接流動(dòng)的裝置。
[0152]其它實(shí)施方案是使用“膜”類型的2D過濾器的裝置。這些通常為約100 μ m厚并且能由諸如硝化纖維素、乙酸纖維素、聚(偏氟乙烯)、聚碳酸酯、尼龍、特氟龍或混合纖維素酯的材料構(gòu)成。
[0153]其它實(shí)施方案是使用3D過濾器的裝置，該3D過濾器能包括中空纖維過濾器、包裝凝膠的柱過濾器(例如凝膠滲透色譜法類型的過濾器)、包裝硅珠的柱或燒結(jié)金屬過濾器，所述中空纖維過濾器能非常長、數(shù)毫米至數(shù)米。
[0154]其它實(shí)施方案是可以不使用泵的裝置。例如，當(dāng)由反應(yīng)器中的壓力或流動(dòng)來提供過濾動(dòng)力學(xué)原動(dòng)力時(shí)，泵可以不為必要的。
[0155]其它實(shí)施方案是包括泵的裝置。例如，特別地，可以使用產(chǎn)生流率為0.0Olml/min至lOOml/min的泵。可以使用的泵的類型包括齒輪泵、各種活塞泵，包括HPLC泵、FluidMetering, Inc.的偏心凸輪設(shè)計(jì)、蠕動(dòng)泵、隔膜泵、凸輪泵、縫隙泵和螺旋泵或注射泵。
[0156]其它實(shí)施方案為使用ACOMP技術(shù)以自動(dòng)且連續(xù)地稀釋至更適于不迅速堵塞過濾器或不需要頻繁反沖洗循環(huán)的濃度水平的裝置。
[0157]其它實(shí)施方案可以直接從反應(yīng)器中提取，使用ACOMP連續(xù)稀釋，或任何用途建構(gòu)的間歇稀釋系統(tǒng)。
[0158]在其它實(shí)施方案中，通過過濾器的流動(dòng)能為間歇的。這在某些情況是有價(jià)值的(例如，其中迅速發(fā)生過濾器堵塞，能通過僅間歇地開啟通過過濾器的流動(dòng)來延長直至堵塞的時(shí)間，并且僅長到足以從每一傳感器采集單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))。這將仍產(chǎn)生壓力和流率的時(shí)間依賴性，雖然在時(shí)間點(diǎn)之間具有更長的中斷。由此，這將仍產(chǎn)生過濾器阻力vs.時(shí)間，并且在時(shí)間點(diǎn)之間具有同樣更長的中斷。例如，可以為1-200秒流動(dòng)，每小時(shí)I至10次。
[0159]在其它實(shí)施方案中，系統(tǒng)可以用于反向操作，S卩，當(dāng)在反應(yīng)(例如生物燃料的生產(chǎn))期間顆粒在尺寸和/或濃度方面減小時(shí)。在該情況中，策略可以是不同的，因?yàn)椴东@顆粒的過濾器的壓力隨著顆粒在尺寸和/或濃度方面的減少可以依然增加，但數(shù)學(xué)特征可以與增加顆粒的情況有更多不同。
[0160]其它實(shí)施方案是僅涉及定期測量壓力差和/或流動(dòng)(即，非連續(xù)的)以保持過濾器不被過快堵塞的裝置。
[0161]在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明能測量具有穩(wěn)定的顆粒群的溶液中的粒度分布，所述溶液例如聚合的最終產(chǎn)物或者已被提取并淬滅的中間體反應(yīng)等分部分。這樣的表征可以包括確定粒度分布(PSD)，即顆粒篩分領(lǐng)域的主要焦點(diǎn)，目前基于光學(xué)的技術(shù)占優(yōu)勢。
[0162]在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明表征了在物理或化學(xué)方面不反應(yīng)、S卩，處于平衡的系統(tǒng)中的顆粒。例如，包含顆粒的溶液中的最終產(chǎn)物將產(chǎn)生有助于表征該顆粒的特有的時(shí)間依賴性過濾器阻力特征Ri (t)，所述溶液例如反應(yīng)后的聚合物溶液(或在反應(yīng)期間取出的等分部分)，其包含微凝膠、微晶等。該測試能在這樣的穩(wěn)定產(chǎn)物上尤其迅速地實(shí)施，這是因?yàn)槟苁褂猛耆珴舛?full strength)的最終溶液或者比在反應(yīng)監(jiān)測中常用的溶液具有更少稀釋度的溶液。然后，這些特征能用作迅速評價(jià)反應(yīng)后的最終產(chǎn)物品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0163]其它實(shí)施方案可以包括用于過濾動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的特定過濾器或者現(xiàn)有的過濾器。這可以包括具有在出售過濾器時(shí)被告知的標(biāo)稱孔徑的過濾器，即使該標(biāo)稱孔徑很少與過濾器上的實(shí)際均勻孔徑相關(guān)。實(shí)施方案可以包括纖維網(wǎng)格和根本不具有任何圓形孔的3D過濾器，其具有“有效”或“等效”的孔徑。其它實(shí)施方案可以包括實(shí)際具有均勻的、明確定義的孔徑的過濾器，例如電子束蝕刻的箔?？梢缘氖沁^濾動(dòng)力學(xué)趨向使用這樣的明確定義的過濾器，但是，使用可變通的模型，通常可以在特定環(huán)境中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)使用更差定義的孔徑的過濾器。
[0164]一些實(shí)施方案會(huì)涉及過濾器陣列以及依時(shí)的多重反壓特征(multiplebackpressure signature in time)的解釋,并且對于一些實(shí)施方案而言，可以在一些應(yīng)用中足以使用具有給定孔徑的一個(gè)單獨(dú)過濾器，對此，給定量的反壓發(fā)信號通告不期望的情形。
[0165]本文描述了實(shí)例和使用方法以作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以任何適當(dāng)?shù)姆绞绞褂帽景l(fā)明的基礎(chǔ)。本文公開的這些實(shí)例不解釋為限定。
[0166]下述的網(wǎng)絡(luò)示例是有助于本發(fā)明的概念設(shè)計(jì)和操作(特別在早期階段中)的裝置的示例性實(shí)施方案，但不解釋為限定。一些復(fù)雜的過濾器系統(tǒng)及其相互作用可能不易適合于該示例。在任何事件中，純經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)據(jù)解釋能與本發(fā)明一起使用以實(shí)現(xiàn)所期望的結(jié)果O
[0167]為了評價(jià)數(shù)學(xué)特征，便于以被動(dòng)電阻網(wǎng)絡(luò)(passive resistive networks)的語言、例如基礎(chǔ)電子學(xué)形式來描述在本發(fā)明不同實(shí)施方案中使用的過濾器網(wǎng)絡(luò)。在其中，歐姆定律簡單地為V=IR,其中V為電壓，I為電流以及R為電阻。
[0168]在這些實(shí)施方案中，P=壓力(達(dá)因/cm2)代替電壓，Q=流率(cm3/s)代替電流，以及R=過濾器阻力(g/cm4-s)將發(fā)揮類似于電阻(歐姆)的作用。因此，P=QR與V=IR類似。在這些實(shí)施方案中，方法將實(shí)驗(yàn)性地測量一個(gè)或多個(gè)過濾器的時(shí)間依賴性阻力R=R(t)，并且從R(t)中盡可能多地確定在流動(dòng)中的顆粒的特性及其依時(shí)演變(或如果不存在演變，則為它的依時(shí)穩(wěn)定性)。在類似的實(shí)施方案中，Q可以以g/s測量，并且過濾器阻力R可以具有1/cm-s的單位。
[0169]在這些實(shí)施方案中，需要測量P (t)和Q(t)。P(t)可以由壓力傳感器測量，該壓力傳感器可以存在許多類型(例如，SMC Corporation of America,型號PSE560-01)。典型的壓力范圍將為I大氣至10，000大氣。流率(Q(t))可以由諸如壓差傳感器(例如ValidyneCorp.)或Bronkhorst Corp.的熱飛行時(shí)間裝置(thermal time-of-flight device)(例如Bronkhorst Liquiflo L13)的裝置來測量。流率通常從 0.0Olml/min 高達(dá)至 50ml/min。
[0170]在類似實(shí)施方案中，有幫助的是，測量本發(fā)明的歐姆定律及其等同物的微觀形式。J=E/P ,其中J為電通量(在MKSA單位中為C/m2-s), P為電阻(Ω-m),并且E=-VV為電場(N/C)，其為電勢的梯度。
[0171]/ = _▽/"http://?是用于本發(fā)明系統(tǒng)的類似方程，其中V/>為沿流動(dòng)路徑的壓力梯度。該方程將適于使用三維過濾器的實(shí)施方案，因?yàn)槠浯頇M截面積A和長度L的三維過濾器。在該3-D情況中，R=pL/A。
[0172]在使用二維過濾器的實(shí)施方案中，對其而言，當(dāng)其直徑大于孔直徑的顆粒遇到該孔時(shí)，一個(gè)孔被堵塞，將僅存在總的可穿過的橫截面積A，孔深度與R(t)的變化無關(guān)。在該情況中，R= P/A，并且穿過過濾器的壓降用于J= Λ P/P (注意的是，VP為P的梯度，并且不應(yīng)與Λ P混淆，Λ P為過濾器前后的壓力差異)。
[0173]圖2示例性說明η個(gè)并聯(lián)的過濾器的示例性網(wǎng)絡(luò)。在該實(shí)施方案中，每一過濾器的時(shí)間依賴性阻力被標(biāo)記為RpR^Rnt5源提供了向網(wǎng)絡(luò)的液體流動(dòng)，無論是否直接來自反應(yīng)器或容器或在由ACOMP或其它裝置稀釋后通過泵。在該實(shí)施方案中，穿過每一過濾器的壓力差是相同的，并且由入口壓力傳感器測量。該壓力可以依時(shí)變化，并且可以不斷地記錄P(t) ο可以由流量傳感器QpQ2,....Qn來測量通過每一過濾器的時(shí)間依賴性流率。因此，可以根據(jù)Ri (t) =P (t) /Qi (t)獲得第i個(gè)過濾器的任何時(shí)刻的阻力Ri (t)。
[0174]使用所獲得的函數(shù)Ri(t)，則可以應(yīng)用正使用的(at hand)系統(tǒng)的特定過濾器模
I Ω I
型以獲得顆粒的特性和時(shí)間演變。由給出網(wǎng)絡(luò)的總過濾器阻力，以至于通過該網(wǎng)絡(luò)的總流動(dòng)為Q(t)=P(t)/R@ (t)。
[0175]在一些實(shí)施方案中，在壓力為恒定的情況下、例如來自恒壓反應(yīng)器的出口，則p(t) =恒量。如果所述源提供了恒定流動(dòng)Qtl，例如來自高壓液相色譜泵，則穿過該系統(tǒng)的壓力為P(t) =QqR總⑴。[0176]圖3示出了示例性的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在該實(shí)施方案中，能根據(jù)Ri (t) = Λ PiUVQa)得到每一 Ri(t)，其中APi為穿過后續(xù)電阻器(過濾器)的壓力差，由APiW=Pi (t)-Pi^a)給出。對于第η個(gè)(最后一個(gè))過濾器，ΛΡη+1=大氣壓(或其中進(jìn)行讀數(shù)的位置的壓力，其可以在大氣壓之上或之下)。在許多實(shí)施方案中，通常采用第一個(gè)為最大孔徑并且按照孔徑的順序降低至該系列的末端的方式來布置串聯(lián)過濾器。注意的是，如果所述源具有恒定流，則可以省略在入口的單個(gè)流量傳感器，而如果所述源具有恒定的已知壓力P1=恒量，則可以省略傳感器P:。
[0177]圖4示出了示例性的串聯(lián)過濾器，每一個(gè)均具有壓力傳感器和雙通換向閥。在位置I中，雙通閥可以將流動(dòng)引導(dǎo)入下一個(gè)過濾器，而在位置2中，流動(dòng)可以被引導(dǎo)至另一個(gè)過濾器集成、引導(dǎo)至檢測器隊(duì)列，或引導(dǎo)至廢棄物。在該實(shí)施方案中，當(dāng)穿過過濾器的壓降ΛPi=P1-Pp1達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，換向閥可移至位置2，由此使網(wǎng)絡(luò)上游的其余部分從該閥的反壓中解除出。盡管未在圖4中示出，但能存在合適的旁路管線和閥以繞過阻塞的過濾器。在其它傳感器上的新的、更低壓力的信號能通過簡單添加APi而與清理前的值相關(guān)。制動(dòng)閥的控制器可以監(jiān)測來自每一傳感器的壓力信號并且當(dāng)滿足某些壓力和壓力差標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)送閥-開動(dòng)信號。控制器本身可以為微型計(jì)算機(jī)、可程控的邏輯控制器、分布的控制系統(tǒng)或能程控信號處理的任何其它裝置?？梢猿炭乜刂破饕酝ㄟ^燈、警報(bào)器、控制室的電子信號等來警告工業(yè)操作者或伺服裝置已經(jīng)達(dá)到某些條件(例如，工藝完成、準(zhǔn)備一下工藝步驟、過程警告或發(fā)生故障等)。在控制器是微型計(jì)算機(jī)或其具有足夠的機(jī)載計(jì)算能力或其向微型計(jì)算機(jī)輸出傳感器數(shù)據(jù)的情況中，可以由信息和做出輸出的決定來進(jìn)行時(shí)間依賴性信號的詳細(xì)分析。
[0178]可以制定與上述實(shí)施方案相類似的實(shí)施方案，其允許串聯(lián)的過濾器以隨機(jī)次序被堵塞，而非由最細(xì)到最粗的順序，如圖4所假設(shè)的。在其接下來的實(shí)施方案中，位置2的換向器將使流動(dòng)從第一堵塞的過濾器轉(zhuǎn)向至下一個(gè)未堵塞的過濾器，以至于所有未堵塞的過濾器保持操作，直至它們依次被堵塞。
[0179]圖5示例性示出如果輸出線路正供給檢測器隊(duì)列而未通向廢棄物時(shí)能使用的示例性變型。在該實(shí)施方案中，使用三通閥，其中位置I和2可以具有與圖4中相同的功能，并且現(xiàn)在的位置3可以切斷通過該閥的流動(dòng)。所述控制器可以再次具有與前述附圖相同的功能，除了其現(xiàn)在能將每一閥控制成三種不同位置而非兩種。
[0180]使時(shí)間依賴性可變阻力R1(T)與顆粒的性質(zhì)、濃度、尺寸分布和演變相關(guān)聯(lián)。
[0181]為了建立模型，將民⑴與顆粒性質(zhì)相聯(lián)系可能需要表征過濾器本身和顆粒的裝置。下面是建立了理想的二維過濾器的解釋模型的示例性方法。這不能解釋為限定，因?yàn)檫€存在三維過濾器，并且將涉及類似的建模。
[0182]當(dāng)完全未堵塞的A0具有面積a。的M。個(gè)孔、即Atj=MtA5時(shí)，假設(shè)在該實(shí)施方案中的過濾器具有總的有效面積。在該模型中，其為在該過濾器中可穿過面積A的時(shí)間依賴性減少量A(t)，這導(dǎo)致阻力的增加。S卩，在R(t) = p/A(t)中，在最簡單模型中過濾器阻力P可以采取為恒量，并且可以僅依賴于過濾器和流動(dòng)液體的詳情；流動(dòng)液體的粘度、溫度以及流動(dòng)液體和孔周圍的過濾器材料之間的摩擦相互作用。
[0183]未堵塞的過濾器具有“凈阻力(clean resistance) ”R。,其由Rtl= P/A。給定,其中R0能直接由Q和穿過過濾器的ΛΡ的知識或測量而確定。
[0184]顆粒特性
[0185]粒度分布可以由N(D，t)dD給定，其為在時(shí)間t處對于尺寸范圍為D至D+dD的顆粒而言每cm3的顆粒數(shù)。本發(fā)明的目的是盡可能好地確定N(D，t)dD。這可能涉及使用一系列的不同尺寸的過濾器、例如在附圖中的圖式化的網(wǎng)絡(luò)之一來確定近似直方圖圖示，以至于可以獲得N (Di, t) Λ Di，在離散范圍內(nèi)的顆粒密度Λ Di=D1-DJ1，其中DJP Df1為連續(xù)過濾器的各自直徑。
[0186]顆粒的另一特性是它們?nèi)绾闻c過濾器中的孔相互作用。例如，微凝膠可以粘附于孔而不完全將其阻塞。在該情況中，在被顆粒覆蓋之后剩余的孔面積的平均零數(shù)(fractional amount)能以f形似引入，并表示“漏泄的”阻塞的過濾器(f為“漏泄因數(shù)”，它的值對于無漏泄顆粒/孔相互作用而言為0，并且當(dāng)被捕獲的顆粒不阻礙流動(dòng)時(shí)為I)。在該情況中，在覆蓋所有孔之后，微凝膠可以繼續(xù)累積，產(chǎn)生一種滲漏問題，并且可能導(dǎo)致在足夠長的時(shí)間內(nèi)過濾器的漸近的總堵塞(total pluggage)。過濾器還可以破壞一些微凝膠，這取決于任何給定的微凝膠的纏結(jié)和強(qiáng)度。如果概率被指定為微凝膠穿過孔而非以相遇形式將其覆蓋，則將出現(xiàn)指數(shù)類型的阻塞函數(shù)?？梢愿鶕?jù)需要來設(shè)計(jì)能描述給定顆粒降低有效過濾器面積的方式的其它情形。
[0187]要記得的是，顆粒通量J(t)對J(t) = AP/p極其重要，并且該通量通過定義以J (t) =Q (t) n (t) /A0形式而給定，其中n (t)為在任何給定的能阻塞在考慮之中的過濾器孔徑
D的時(shí)間內(nèi)每cm3的顆粒總數(shù)；即
【權(quán)利要求】
1.用于監(jiān)測流經(jīng)過濾器的液體中的顆粒的設(shè)備，其包括: 用于使穿過所述過濾器的時(shí)間依賴性壓力變化、通過所述過濾器的液體的流率或其組合的測量值與所述液體中的顆粒的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)裝置；以及 所述過濾器上游的壓力監(jiān)測器和/或用于測量通過所述過濾器的流率的流量計(jì)，其中以每小時(shí)至少6次的頻率測量所述流率或壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少12次。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少30次。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少60次。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少12次。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少60次。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溶液是化學(xué)的、生物化學(xué)的或物理學(xué)的反應(yīng)。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溶液是聚合反應(yīng)溶液、乳液或懸浮液。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溶液是多組分溶液。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述過濾器具有均勻的孔徑。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述過濾器具有非均勻的孔徑。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述過濾器具有短于I毫米的長度。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述過濾器具有長于I毫米的長度。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中監(jiān)測中間產(chǎn)物的顆粒。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中監(jiān)測最終產(chǎn)物的顆粒。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒濃度不依時(shí)而變化。
17.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述機(jī)構(gòu)是模塊化的，并且能易于更換至流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)以用于迅速維護(hù)。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在聚合反應(yīng)中形成所述顆粒。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒包括在聚合反應(yīng)中形成的微凝膠。
20.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒包括微晶。
21.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒包括膠乳顆粒。
22.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒包括交聯(lián)聚合物。
23.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒包括物理締合成聚集體的聚合物。
24.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒的尺寸和濃度保持恒定。
25.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒的尺寸依時(shí)而增加。
26.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒的尺寸依時(shí)而減小。
27.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒的濃度依時(shí)而增加。
28.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述顆粒的濃度依時(shí)而降低。
29.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在單個(gè)流動(dòng)線路中串聯(lián)地使用具有變化的孔徑、組成、幾何形狀或它們的一些組合的兩個(gè)或更多個(gè)過濾器，并且監(jiān)測由這些過濾器中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)致的反壓力。
30.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在分開的并聯(lián)的流動(dòng)線路中使用具有變化的孔徑、組成、幾何形狀或它們的一些組合的兩個(gè)或更多個(gè)過濾器，并且監(jiān)測通過這些過濾器中的一個(gè)或多個(gè)的流率。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中一次僅一個(gè)流動(dòng)路徑是激活的并且保持激活，直至在其過濾器上的壓力信號達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，在所述標(biāo)準(zhǔn)水平點(diǎn)時(shí)所述路徑被關(guān)閉并且所述流動(dòng)轉(zhuǎn)移向下一個(gè)并聯(lián)路徑。
32.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在分開的并聯(lián)的流動(dòng)線路中使用過濾器并且監(jiān)測通過這些過濾器中的一個(gè)或多個(gè)的流率，并且其中一次僅一個(gè)流動(dòng)路徑激活并保持激活，直至在其過濾器上的壓力信號達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，在所述標(biāo)準(zhǔn)水平點(diǎn)時(shí)所述路徑被關(guān)閉并且所述流動(dòng)轉(zhuǎn)移向下一個(gè)并聯(lián)路徑。
33.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括使所述液體流經(jīng)至少一個(gè)過濾器的裝置。
34.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中使樣品間歇地流經(jīng)所述過濾器。
35.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中使樣品連續(xù)地流經(jīng)所述過濾器。
36.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中樣品被轉(zhuǎn)移以測量所述樣品。
37.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括測量穿過所述過濾器的壓力的裝置以及測量樣品通過所述過濾器的流率的裝置。
38.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中測量壓力并且流率是已知恒量。
39.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中測量流率并且壓力是已知恒量。
40.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括將所述流自動(dòng)且連續(xù)地稀釋至任何所期望的稀釋水平的裝置。
41.如權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中設(shè)定所述稀釋水平使得在期望的時(shí)間間隔內(nèi)能進(jìn)行所述機(jī)構(gòu)的無堵塞操作。
42.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括當(dāng)任何給定的過濾器或多個(gè)串聯(lián)的過濾器中達(dá)到所限定的壓力信號或壓力變化速率時(shí)，將流動(dòng)轉(zhuǎn)移經(jīng)過可替代路徑的裝置，以使得不流經(jīng)所述過濾器或所述多個(gè)過濾器。
43.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括當(dāng)流動(dòng)正在通過的流動(dòng)路徑中達(dá)到所限定的壓力信號或壓力變化的速率時(shí)，將流動(dòng)轉(zhuǎn)移經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的可替代流動(dòng)路徑的裝置，每一流動(dòng)路徑具有一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的過濾器的相同布置，從而使得不流經(jīng)所述路徑并且將流動(dòng)依序地轉(zhuǎn)移經(jīng)過每一可替代并聯(lián)流動(dòng)路徑，提供不間斷的無堵塞流動(dòng)。
44.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括當(dāng)達(dá)到壓力或流率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)允許在至少一個(gè)過濾器上的反沖洗以獲得所述過濾器的無堵塞操作的換向閥。
45.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括控制所述系統(tǒng)壓力、流率或它們的一些組合的栗。
46.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括對使用者的所述系統(tǒng)中顆粒狀態(tài)的指示。
47.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括接受關(guān)于所述系統(tǒng)的壓力或流率的信息的控制器。
48.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其還包括向操作者或機(jī)構(gòu)發(fā)送關(guān)于顆粒性質(zhì)的信號，以使所述操作者或機(jī)構(gòu)能根據(jù)所期望的路徑改變反應(yīng)進(jìn)程或工藝進(jìn)程。
49.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其還包括反饋回路，以至于關(guān)于所述顆粒性質(zhì)的信息被發(fā)送至所述控制器以根據(jù)所期望的路徑改變反應(yīng)進(jìn)程或工藝進(jìn)程。
50.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其包括壓力監(jiān)測器。
51.用于測定溶液中的顆粒特性的儀器，其包括:過濾器或一系列過濾器，所述過濾器中的一個(gè)或多個(gè)具有壓力傳感器以測量在所述過濾器之前的壓力； 能表征所述顆粒的特定性質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)檢測器； 使包含顆粒的液體流經(jīng)所述過濾器或一系列過濾器和其它檢測器的泵或壓力源。
52.如權(quán)利要求51所述的儀器，其中所述一個(gè)或多個(gè)檢測器被放置在一個(gè)或多個(gè)過濾器之后。
53.用于測定溶液中的顆粒和聚合物特性的儀器，其包括: 過濾器或一系列過濾器，所述過濾器中的一個(gè)或多個(gè)具有壓力傳感器以測量在過濾器之前的壓力； 能表征所述聚合物和/或所述顆粒的特定性質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)檢測器； 使包含顆粒和聚合物的液體流經(jīng)所述過濾器或一系列過濾器和其它檢測器的泵或壓力源。
54.如權(quán)利要求53所述的儀器，其中所述一個(gè)或多個(gè)檢測器被放置在一個(gè)或多個(gè)過濾器之后。
55.如權(quán)利要求51或53所述的儀器，其中所述一個(gè)或多個(gè)檢測器選自粘度檢測器、光散射檢測器、濁度檢測器、折射率檢測器、pH檢測器、電導(dǎo)率檢測器、UV/可見光吸收檢測器、旋光計(jì)、IR檢測器、圓二色性檢測器、圓雙折射檢測器和熒光檢測器。
56.如權(quán)利要求51或53所述的儀器，其中所述檢測器為SMSLS(同步多樣品光散射)系統(tǒng)?！?br> 57.用于表征容器中的液體的設(shè)備，在所述容器中意欲產(chǎn)生產(chǎn)品，所述設(shè)備包括: (a)用于從所述容器中提取液體的裝置； (b)所述液體流經(jīng)的過濾器； (c)所述過濾器上游的壓力監(jiān)測器和/或用于測量經(jīng)過所述過濾器的流率的流量計(jì)； (d)至少一個(gè)表征檢測器，其選自粘度檢測器、光散射檢測器、濁度檢測器、折射率檢測器、PH檢測器、電導(dǎo)率檢測器、UV/可見光吸收檢測器、旋光計(jì)、IR檢測器、圓二色性檢測器、圓雙折射檢測器和熒光檢測器； (e)關(guān)聯(lián)裝置，其用于以每小時(shí)至少12次的速率自動(dòng)測量由所述壓力監(jiān)測器檢測的壓力或者由所述流量計(jì)檢測的通過所述過濾器的流率并使所述壓力或流率與由元件(d)的所述一個(gè)或多個(gè)檢測器測量的至少一個(gè)特性相關(guān)聯(lián)。
58.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少30次。
59.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少60次。
60.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少12次。
61.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少60次。
62.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其包括壓力監(jiān)測器。
63.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其還包括用于將所述壓力或流率用于預(yù)測在規(guī)定的堵塞限度內(nèi)所述過濾器能繼續(xù)發(fā)揮作用的剩余時(shí)間的裝置。
64.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其還包括用于稀釋從所述容器中提取的液體的稀釋裝置。
65.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其還包括利用由所述關(guān)聯(lián)裝置獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制在所述容器中發(fā)生的反應(yīng)或工藝的控制電路。
66.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其還包括利用由所述關(guān)聯(lián)裝置獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制隨后的反應(yīng)或工藝的控制電路。
67.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其還包括在元件(b)的所述過濾器的下游的并聯(lián)路徑中的其它過濾器和其它傳感器，并且還包括自動(dòng)利用來自所述其它傳感器的信息將流動(dòng)從過濾器被堵塞或接近被堵塞的路徑轉(zhuǎn)移至另一路徑中的未堵塞的過濾器的裝置。
68.如權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其中所述用于從所述容器中提取液體的裝置包括能在至少兩個(gè)階段中自動(dòng)且連續(xù)稀釋和/或混合高粘度流體的裝置，其中發(fā)生所述高粘度流體和稀釋劑的首次混合以產(chǎn)生第一混合流，并且至少發(fā)生第二次混合，在所述第二次混合中所述第一混合溶液與一種或多種稀釋劑在一個(gè)或多個(gè)階段中混合以產(chǎn)生用于測量或評價(jià)的混合流。
69.如權(quán)利要求68所述的設(shè)備，其中所述流體的粘度為50cP至5，000，OOOcP0
70.如權(quán)利要求68所述的設(shè)備，其中所述流體的粘度在反應(yīng)進(jìn)程期間從小于IcP增加至超過5，000, OOOcP,或從超過5，000, OOOcP降低至小于lcP。
71.如權(quán)利要求70所述的設(shè)備，其中所述粘度變化發(fā)生在不少于I分鐘且不多于48小時(shí)的間隔內(nèi)。
72.如權(quán)利要求68至71中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述流體的相對粘度有約300倍至約10，000, 000倍的增加。
73.如權(quán)利要求68至7 2中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述稀釋倍數(shù)為約2至約50，OOO0
74.如權(quán)利要求68至73中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述稀釋的或混合的材料以約0.0Olml/分鐘至1000ml/分鐘的速率被連續(xù)提取以用于分析。
75.如權(quán)利要求68至74中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述高粘度流體包含在聚合反應(yīng)器中。
76.如權(quán)利要求68至75中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中包含所述高粘度流體的所述容器為發(fā)酵反應(yīng)器。
77.如權(quán)利要求68至76中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述高粘度流體為生物學(xué)或生物活性聚合物，例如蛋白、多糖、藥劑等。
78.如權(quán)利要求68至77中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其還包括初始泵和包含高粘度流體的含液體的容器，并且其中所述裝置的所述初始泵使粘性液體再循環(huán)至所述含液體的容器，并且該再循環(huán)流的一部分被連續(xù)地或間隔地轉(zhuǎn)移以用于混合或稀釋。
79.如權(quán)利要求68至78中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述粘性液體的混合或稀釋發(fā)生在低壓混合室中。
80.如權(quán)利要求68至79中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其還包括檢測器和脫泡裝置，其中任何泡沫在混合/稀釋階段中散發(fā)出并且不存在于用于測量的到達(dá)所述檢測器的混合流中。
81.如權(quán)利要求68至80中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述用于測量的混合流足夠稀釋以至于能夠通過至少一種測量裝置進(jìn)行有用的測量，所述測量裝置選自光散射檢測器、濃度檢測器、紫外線/可見光分光儀、折射計(jì)、蒸發(fā)光散射裝置、粘度計(jì)以及電導(dǎo)率檢測器。
82.如權(quán)利要求68至81中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述稀釋倍數(shù)能保持恒定，或能在使用期間手動(dòng)或自動(dòng)地改變。
83.如權(quán)利要求68至82中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中包含微處理器的裝置(例如微型計(jì)算機(jī))用于控制一個(gè)或多個(gè)泵，以至于所述稀釋倍數(shù)和/或檢測器供給流率能被自動(dòng)控制。
84.如權(quán)利要求68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低約I, OOO倍至約100，000倍。
85.如權(quán)利要求68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低至少100倍。
86.如權(quán)利要求68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低至少500倍。
87.如權(quán)利要求68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低至少1,000倍。
88.如權(quán)利要求68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低至少5，000倍。
89.如權(quán)利要求68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低至少50，000倍。
90.如權(quán)利要求·68至83中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中所述流體的相對粘度增加或降低至少500，000倍。
91.如權(quán)利要求68至90中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中在產(chǎn)生所述第一混合流之后存在至少兩個(gè)混合階段。
92.如權(quán)利要求68至90中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中在產(chǎn)生所述第一混合流之后存在至少三個(gè)混合階段。
93.如權(quán)利要求68至90中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中在產(chǎn)生所述第一混合流之后存在至少四個(gè)混合階段。
94.如權(quán)利要求68至90中任一權(quán)利要求所述的發(fā)明，其中在產(chǎn)生所述第一混合流之后存在至少五個(gè)混合階段。
95.如權(quán)利要求81所述的設(shè)備，其中所述用于從所述容器中提取液體并稀釋所述液體的裝置包括用于從所述容器中連續(xù)提取所述液體的第一流和第二流的提取裝置；用于在一個(gè)或多個(gè)階段中連續(xù)稀釋和/或調(diào)節(jié)所述第一流的第一稀釋/調(diào)節(jié)裝置，由此所述稀釋的和/或調(diào)節(jié)的第一流促進(jìn)所述顆粒的分散體的表征；用于稀釋和/或調(diào)節(jié)所述第二流的第二稀釋/調(diào)節(jié)裝置，由此所述稀釋的和/或調(diào)節(jié)的第二流促進(jìn)可溶性組分的表征，并且其中所述稀釋的和/或調(diào)節(jié)的第一流流經(jīng)所述過濾器；并且其中所述至少一個(gè)特性檢測器表征所述第二流中的可溶性組分。
96.如權(quán)利要求95所述的設(shè)備，其還包括顆粒表征裝置，所述顆粒表征裝置包括至少一個(gè)選自下列的裝置:粒度測量裝置、粒度分布測定裝置、平均粒度分布測定裝置、顆粒數(shù)密度測量裝置、顆?；瘜W(xué)組成測定裝置、顆粒形狀和形態(tài)學(xué)測定裝置、顆粒結(jié)構(gòu)測量裝置。
97.用于實(shí)時(shí)檢測和分析在容器中的顆粒的存在、起始和演變的方法，在所述容器中意欲產(chǎn)生產(chǎn)物，所述方法包括: (a)從所述容器中提取液體； (b)提供所述液體流經(jīng)的過濾器； (c)提供所述過濾器的上游的壓力監(jiān)測器和/或用于測量通過所述過濾器的流率的流量計(jì)； (d)使用至少一個(gè)表征檢測器測量所述液體的至少一個(gè)特性，所述表征檢測器選自粘度檢測器、光散射檢測器、濁度檢測器、折射率檢測器、pH檢測器、電導(dǎo)率檢測器、UV/可見光吸收檢測器、旋光計(jì)、IR檢測器、圓二色性檢測器、圓雙折射檢測器和熒光檢測器； (e)以每小時(shí)至少12次的速率自動(dòng)測量由所述壓力監(jiān)測器檢測的壓力或者由所述流量計(jì)檢測的通過所述過濾器的流率并使所述壓力或流率與步驟(d)中所測量的至少一個(gè)特性相關(guān)聯(lián)。
98.如權(quán)利要求97所述的方法，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少30次。
99.如權(quán)利要求97所述的方法，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少60次。
100.如權(quán)利要求97所述的方法，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少12次。
101.如權(quán)利要求97所述的方法，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少60次。
102.如權(quán)利要求97所述的方法，其包括提供壓力監(jiān)測器。
103.如權(quán)利要求97所述的方法，其還包括將所述壓力或流率用于預(yù)測在規(guī)定的堵塞限度內(nèi)所述過濾器能繼續(xù)發(fā)揮作用的剩余時(shí)間。
104.如權(quán)利要求97所述的方法，其還包括稀釋從所述容器中提取的液體。
105.如權(quán)利要求97所述的方法，其還包括利用由步驟(e)的關(guān)聯(lián)獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制反應(yīng)或工藝。
106.如權(quán)利要求97所述的方法，其還包括利用由步驟(e)的關(guān)聯(lián)獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制后續(xù)反應(yīng)或工藝。
107.如權(quán)利要求97所述的方法，其中從所述容器中提取液體并稀釋所述液體的步驟包括從所述容器中提取所述液體的第一流和第二流，在一個(gè)或多個(gè)階段中連續(xù)稀釋和/或調(diào)節(jié)所述第一流，由此所述稀釋的和/或調(diào)節(jié)的第一流促進(jìn)所述顆粒的分散體和通過所述過濾器的流動(dòng)的表征，稀釋和/或調(diào)節(jié)所述第二流，由此所述稀釋的和/或調(diào)節(jié)的第二流促進(jìn)可溶性組分的表征，并且表征所述第二流中的可溶性組分。
108.如權(quán)利要求107所述的方法，其中同時(shí)且連續(xù)地提取所述第一流和第二流。
109.如權(quán)利要求97所述的方法，其中所述產(chǎn)生的產(chǎn)物為聚合物和/或膠體，并且還包括在聚合物和/或膠體合成期間監(jiān)測聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變，所述方法包括: a)提供反應(yīng)器，在所述反應(yīng)器中合成刺激響應(yīng)的聚合物和/或膠體； b)提供在所述聚合物和/或膠體合成期間監(jiān)測所述聚合物和/或膠體的刺激響應(yīng)的刺激響應(yīng)監(jiān)測裝置；以及 c)使用所述刺激響應(yīng)監(jiān)測裝置，監(jiān)測在所述聚合物和/或膠體合成期間所述聚合物和/或膠體的刺激響應(yīng)的演變。
110.如權(quán)利要求109所述的方法，其中所述聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變的監(jiān)測用于控制具有所期望的刺激響應(yīng)的聚合物和/或膠體最終產(chǎn)物的產(chǎn)生。
111.如權(quán)利要求109所述的方法，其中聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變與所述聚合物和/或膠體本身的特性的演變相關(guān)聯(lián)。
112.如權(quán)利要求110所述的方法，其中所述聚合物和/或膠體的性質(zhì)的演變與聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變的關(guān)聯(lián)性用于定義所期望的聚合物和/或膠體最終產(chǎn)物的組成和特性。
113.如權(quán)利要求110所述的方法，其中所述聚合物和/或膠體的性質(zhì)的演變與聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變的關(guān)聯(lián)性用于控制所期望的聚合物和/或膠體最終產(chǎn)物的產(chǎn)生。
114.如權(quán)利要求109所述的方法，其中基本上連續(xù)地監(jiān)測所述聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變。
115.如權(quán)利要求109所述的方法，其中通過下列裝置中的一個(gè)或多個(gè)來監(jiān)測所述刺激響應(yīng):以任何形式進(jìn)行分析的靜態(tài)光散射，所述靜態(tài)光散射包括Mie散射、動(dòng)態(tài)光散射、去極化的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)光散射，濁度、范圍是190nm至Imm的電磁輻射的吸收、濁度、熒光、電導(dǎo)率、核磁共振、電子自旋共振、光學(xué)活性、雙折射、線性和橢圓二色性、折射計(jì)、粘度、光學(xué)攝像以及熱攝像。
116.如權(quán)利要求115所述的方法，其中所述用于誘導(dǎo)刺激響應(yīng)的條件包括選自下列中的至少一種: 溫度、壓力、水力剪切、湍流、超聲、溶劑改變、溶劑混合物、pH、離子強(qiáng)度、其它化學(xué)劑和其它生物活性劑、低聚物、其它聚合物和膠體的存在，以及由范圍為190nm至Imm的電磁輻射產(chǎn)生的輻射，所述其它化學(xué)劑例如鹽、表面活性劑、有機(jī)分子、藥物，所述生物活性劑包括生物細(xì)胞和微生物。
117.如權(quán)利要求109所述的方法，其中通過從所述反應(yīng)器中連續(xù)地提取一個(gè)或多個(gè)液體流并將所述流與用于誘導(dǎo)刺激響應(yīng)的溶劑或溶劑混合物相混合來監(jiān)測所述聚合物和/或膠體刺激響應(yīng)的演變，其中用于誘導(dǎo)刺激響應(yīng)的行為或條件包括選自下列中的至少一種: 將反應(yīng)器液體與純?nèi)軇┗蚧旌先軇┫嗷旌?，所述混合溶劑中已?jīng)添加了一種或多種下列試劑:金屬離子、單價(jià)離子、多價(jià)離子、螯合劑、表面活性劑、熒光分子、范圍為190nm至Imm的分子吸收輻射、膠束、乳液、囊泡、脂質(zhì)體、生物聚合物和合成聚合物。
118.如權(quán)利要求109所述的方法，其包括: 從所述反應(yīng)器提取流； 提供在所述聚合物和/或膠體合成期間通過監(jiān)測所述流來監(jiān)測所述聚合物和/或膠體的刺激響應(yīng)的多個(gè)串聯(lián)的相似的刺激響應(yīng)監(jiān)測裝置；以及 使用所述刺激響應(yīng)檢測裝置，監(jiān)測在所述聚合物和/或膠體合成期間所述聚合物和/或膠體的刺激響應(yīng)的演變。
119.產(chǎn)生刺激響應(yīng)的聚合物和/或膠體的方法，其包括使用權(quán)利要求109所述的方法的結(jié)果。
120.如權(quán)利要求97所述的方法，其中所述提取步驟如下完成:至少從包含聚合物和/或聚合物前體的第一溶液中自動(dòng)且連續(xù)提取第一流動(dòng)流，在第一溶液中發(fā)生聚合反應(yīng)，以及自動(dòng)且連續(xù)地將所述第一流動(dòng)流與至少來自包含溶劑的第二溶液的第二流動(dòng)流混合，從而產(chǎn)生足夠稀釋的以允許測量在所述第一溶液中的所述聚合物和/或聚合物前體特性的混合溶液的連續(xù)流。
121.如權(quán)利要求108所述的方法，其中在所述聚合反應(yīng)期間監(jiān)測下列特性中的至少一個(gè):在所述反應(yīng)器中一個(gè)或多個(gè)單體的濃度、在所述反應(yīng)器中聚合物的濃度、單體向聚合物形式轉(zhuǎn)化的程度、降低的粘度、固有粘度、重均分子量以及多分散性指數(shù)。
122.如權(quán)利要求108所述的方法，其中將至少三種溶液混合在一起。
123.用于表征在容器中的液體中的顆粒的設(shè)備，在所述容器中正在意欲產(chǎn)生產(chǎn)物，所述設(shè)備包括: (a)用于從所述容器中提取液體的裝置； (b)用于從所述液體中捕獲顆粒的多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)的過濾器； (C)包括壓力監(jiān)測器和/或流量計(jì)在內(nèi)的多個(gè)傳感器，其具有每一過濾器上游的壓力監(jiān)測器和/或用于測量通過每一過濾器的流率的流量計(jì)； (d)用于在反應(yīng)期間產(chǎn)生交互關(guān)聯(lián)性的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)處理的關(guān)聯(lián)性裝置，使得來自所述傳感器的時(shí)間依賴性數(shù)據(jù)與顆粒累積相關(guān)聯(lián)。
124.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括用于稀釋所述液體的裝置。
125.如權(quán)利要求81所述的設(shè)備，其包括壓力監(jiān)測器。
126.如權(quán)利要求97所述的方法，其還包括將所述時(shí)間依賴性數(shù)據(jù)用于預(yù)測在規(guī)定的堵塞限度內(nèi)一個(gè)過濾器或多個(gè)串聯(lián)的過濾器能繼續(xù)發(fā)揮作用所剩余的時(shí)間的裝置。
127.如權(quán)利要求1·23所述的設(shè)備，其還包括利用由所述關(guān)聯(lián)性裝置獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制反應(yīng)或工藝的控制電路。
128.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括利用由所述關(guān)聯(lián)性裝置獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制隨后的反應(yīng)或工藝的控制電路。
129.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括: 至少一個(gè)特性檢測器，其選自粘度檢測器、光散射檢測器、濁度檢測器、折射率檢測器、PH檢測器、電導(dǎo)率檢測器、UV/可見光吸收檢測器、旋光計(jì)、IR檢測器、圓二色性檢測器、圓雙折射檢測器和熒光檢測器。
130.如權(quán)利要求129所述的設(shè)備，其中: 所述關(guān)聯(lián)性裝置以每小時(shí)至少6次的速率自動(dòng)測量由所述壓力監(jiān)測器檢測的壓力和/或由所述流量計(jì)檢測的通過所述過濾器的流率并使所述壓力或流率與所述至少一個(gè)特性檢測器測量的至少一個(gè)特性相關(guān)聯(lián)。
131.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其中: 所述關(guān)聯(lián)性裝置以每小時(shí)至少6次的速率自動(dòng)測量由所述壓力監(jiān)測器檢測的壓力和/或由所述流量計(jì)檢測的通過所述過濾器的流率。
132.如權(quán)利要求131所述的設(shè)備，其還包括利用由所述關(guān)聯(lián)性裝置獲得的信息并基于壓力或流率隨時(shí)間的變化來控制反應(yīng)或工藝的控制電路。
133.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括用于反沖洗所述過濾器的反沖洗裝置。
134.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括當(dāng)滿足預(yù)定條件時(shí)會(huì)關(guān)閉朝向給定過濾器的流動(dòng)的閥和控制元件。
135.如權(quán)利要求134所述的設(shè)備，其中所述預(yù)定條件為比穿過所述過濾器的初始壓力高預(yù)定量的壓力。
136.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其中所述過濾器被包裝在能易于更換的柱中，使得技術(shù)人員能迅速將這些過濾器更換出而沒有顯著的操作停機(jī)。
137.如權(quán)利要求136所述的設(shè)備，其中可以通過小于30分鐘的操作停機(jī)來更換所述過濾器。
138.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備所具有的尺寸使其能安裝至在一側(cè)上的小于50cm的盒子內(nèi)。
139.如權(quán)利要求138所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備所具有的尺寸使其能安裝至在一側(cè)上的小于30cm的盒子內(nèi)。
140.如權(quán)利要求139所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備所具有的尺寸使其能安裝至在一側(cè)上的小于15cm的盒子內(nèi)。
141.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其中所述過濾器中的至少兩個(gè)過濾器將使不同最小尺寸的顆粒停止。
142.如權(quán)利要求141所述的設(shè)備，其中所述過濾器中的每一個(gè)過濾器將使不同最小尺寸的顆粒停止。
143.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括閥和制動(dòng)所述閥的控制器，所述控制器監(jiān)測壓力信號，并且當(dāng)滿足某些壓力和壓力差標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)送閥-開動(dòng)信號。
144.如權(quán)利要求143所述的設(shè)備，其中所述控制器為微型計(jì)算機(jī)、可程控邏輯控制器、分布的控制系統(tǒng)或能程控信號處理的任何其它裝置。
145.如權(quán)利要求143所述的設(shè)備，其中可以程控所述控制器以通過燈、警報(bào)器、控制室的電子信號等來警告工業(yè)操作者或伺服機(jī)構(gòu)達(dá)到某些條件(例如，工藝完成、準(zhǔn)備下一步工藝步驟、過程警告或發(fā)生故障等)。
146.如權(quán)利要求143所述的設(shè)備，其中所述控制器是微型計(jì)算機(jī)或其具有足夠的機(jī)載計(jì)算能力，或其向微型計(jì)算機(jī)輸出傳感器數(shù)據(jù)，以及可以利用信息和做出輸出的決定來進(jìn)行時(shí)間依賴性信號的詳細(xì)分析。
147.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其包括在諸如化學(xué)和物理反應(yīng)的時(shí)間依賴性過程期間監(jiān)測顆粒群的變化的裝置，以及允許測定粒度分布的裝置。
148.如權(quán)利要求147所述的設(shè)備，其中所述粒度分布的測定能動(dòng)態(tài)地完成。
149.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其還包括SMSLS檢測器。
150.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備,其還包括將時(shí)間依賴性壓力信號與選自池度、光學(xué)活性、粘度、電導(dǎo)率、分子量和交聯(lián)的測量的特性相關(guān)聯(lián)的裝置，并由此校準(zhǔn)關(guān)于所述測量的特性的變化的所述壓力信號。
151.如權(quán)利要求123所述的設(shè)備，其中所述顆粒選自化學(xué)或物理連接的聚合物微凝膠、微晶、高度交聯(lián)聚合物的聚集體、乳化的顆粒、締合蛋白的團(tuán)塊、微生物、纖維素碎片、微晶、聚合物微凝膠、交聯(lián)聚合物、膠乳顆粒和乳液顆粒、生物細(xì)胞、由生物細(xì)胞和纖維組成的團(tuán)簇和纖維、細(xì)菌和其它微生物、細(xì)胞器片段、不完全溶解的聚合物、蛋白質(zhì)顆粒、纖維素顆粒和其它多糖顆粒、絮凝顆粒、沉淀的顆粒、相分離液體系統(tǒng)、鹽晶體、由于氧化或還原過程產(chǎn)生的顆粒，以及源自反應(yīng)或工藝容器本身的顆粒，以及聚集的治療性蛋白。
152.使用權(quán)利要求123所述的設(shè)備監(jiān)測在反應(yīng)或加工期間不期望的顆粒的存在和演變并確定其誘因的方法。
153.在時(shí)間依賴性壓力信號允許預(yù)測在規(guī)定的堵塞限度內(nèi)一個(gè)過濾器或多個(gè)串聯(lián)的過濾器能繼續(xù)發(fā)揮作用所剩余的時(shí)間的方法中使用權(quán)利要求123所述的設(shè)備的方法。
154.用于表征在容器中的液體的設(shè)備，在所述容器中意欲產(chǎn)生產(chǎn)物，所述設(shè)備包括: (a)從所述容器中提取液體的裝置； (b)從所述液體中捕獲顆粒的多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)的過濾器； (c)包括壓力監(jiān)測器和/或流量計(jì)在內(nèi)的多個(gè)傳感器，其具有每一過濾器上游的壓力監(jiān)測器和/或用于測量通過每一過濾器的流率的流量計(jì)；以及 (d)所述過濾器下游的至少一個(gè)特性檢測器，所述特性檢測器選自粘度檢測器、光散射檢測器、濁度檢測器、折射率檢測器、PH檢測器、電導(dǎo)率檢測器、UV/可見光吸收檢測器、旋光計(jì)、IR檢測器、圓二色性檢測器、圓雙折射檢測器和熒光檢測器。
155.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其還包括用于稀釋所述液體的裝置。
156.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中使用壓力傳感器并監(jiān)測時(shí)間依賴性壓力信號，并且還包括將所述時(shí)間依賴性壓力信號用于預(yù)測在規(guī)定的堵塞限度內(nèi)一個(gè)過濾器或多個(gè)串聯(lián)的過濾器能繼續(xù)發(fā)揮作用所剩余的時(shí)間的裝置。
157.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中所述過濾器位于并聯(lián)路徑中，并且還包括自動(dòng)利用來自所述傳感器的信息以將流動(dòng)從過濾器被堵塞或接近堵塞的路徑轉(zhuǎn)換向在另一路徑中的未堵塞的過濾器的裝置。
158.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中所述傳感器包括壓力監(jiān)測器。
159.如權(quán)利要·求154所述的設(shè)備，其還包括: 關(guān)聯(lián)性裝置，其用于以每小時(shí)12次的速率自動(dòng)測量由所述壓力監(jiān)測器檢測的壓力和/或由所述流量計(jì)檢測的通過所述過濾器的流率。
160.如權(quán)利要求159所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少30次。
161.如權(quán)利要求159所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每小時(shí)至少60次。
162.如權(quán)利要求159所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少12次。
163.如權(quán)利要求159所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)測量的速率為每分鐘至少60次。
164.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其還包括用于反沖洗所述過濾器的反沖洗裝置。
165.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其還包括當(dāng)滿足預(yù)定條件時(shí)會(huì)關(guān)閉朝向給定過濾器的流動(dòng)的閥和控制元件。
166.如權(quán)利要求165所述的設(shè)備，其中所述預(yù)定條件為比穿過所述過濾器的初始壓力高預(yù)定量的壓力。
167.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中所述過濾器被包裝在能易于更換的柱中，以使技術(shù)人員能迅速將這些過濾器更換出而沒有顯著的操作停機(jī)。
168.如權(quán)利要求167所述的設(shè)備，其中可以通過小于30分鐘的操作停機(jī)來更換所述過濾器。
169.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備所具有的尺寸使其能安裝至在一側(cè)上的小于50cm的盒子內(nèi)。
170.如權(quán)利要求169所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備所具有的尺寸使其能安裝至在一側(cè)上的小于30cm的盒子內(nèi)。
171.如權(quán)利要求170所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備所具有的尺寸使其能安裝至在一側(cè)上的小于15cm的盒子內(nèi)。
172.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中所述過濾器中的至少兩個(gè)過濾器將使不同最小尺寸的顆粒停止。
173.如權(quán)利要求172所述的設(shè)備，其中所述過濾器中的每一個(gè)過濾器將使不同最小尺寸的顆粒停止。
174.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其還包括閥和制動(dòng)所述閥的控制器，所述控制器監(jiān)測壓力信號，并且當(dāng)滿足某些壓力和壓力差標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)送閥-開動(dòng)信號。
175.如權(quán)利要求174所述的設(shè)備，其中所述控制器為微型計(jì)算機(jī)、可程控邏輯控制器、分布的控制系統(tǒng)或能程控信號處理的任何其它裝置。
176.如權(quán)利要求174所述的設(shè)備，其中可以程控所述控制器以通過燈、警報(bào)器、控制室的電子信號等來警告工業(yè)操作者或伺服機(jī)構(gòu)達(dá)到某些條件(例如，工藝完成、準(zhǔn)備下一步工藝步驟、過程警告或發(fā)生故障等)。
177.如權(quán)利要求174所述的設(shè)備，其中所述控制器是微型計(jì)算機(jī)或其具有足夠的機(jī)載計(jì)算能力，或其向微型計(jì)算機(jī)輸出傳感器數(shù)據(jù)，以及可以利用信息和做出輸出的決定來進(jìn)行時(shí)間依賴性信號的詳細(xì)分析。
178.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其包括在諸如化學(xué)和物理反應(yīng)的時(shí)間依賴性過程期間監(jiān)測顆粒群的變化的裝置，以及允許測定粒度分布的裝置。
179.如權(quán)利要求178所述的設(shè)備，其中所述粒度分布的測定能動(dòng)態(tài)地完成。
180.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其還包括SMSLS檢測器。
181.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備,其還包括使時(shí)間依賴性壓力信號與選自池度、光學(xué)活性、粘度、電導(dǎo)率、分子量和交聯(lián)的測量的特性相關(guān)聯(lián)的裝置，并由此校準(zhǔn)關(guān)于所述測量的特性的變化的所述壓力信號。
182.如權(quán)利要求154所述的設(shè)備，其中所述顆粒選自化學(xué)或物理連接的聚合物微凝膠、微晶、高度交聯(lián)聚合物的聚集體、乳化的顆粒、締合蛋白的團(tuán)塊、微生物、纖維素碎片、微晶、聚合物微凝膠、交聯(lián)聚合物、膠乳顆粒和乳液顆粒、生物細(xì)胞、由生物細(xì)胞和纖維組成的團(tuán)簇和纖維、細(xì)菌和其它微生物、細(xì)胞器片段、不完全溶解的聚合物、蛋白質(zhì)顆粒、纖維素顆粒和其它多糖顆粒、絮凝顆粒、沉淀的顆粒、相分離液體系統(tǒng)、鹽晶體、由于氧化或還原過程產(chǎn)生的顆粒，以及源自反應(yīng)或工藝容器本身的顆粒，以及聚集的治療性蛋白。
183.使用權(quán)利要求154所述的設(shè)備監(jiān)測在反應(yīng)或加工期間不期望的顆粒的存在和演變并確定其誘因的方法。
184.在時(shí)間依賴性壓力信號允許預(yù)測在規(guī)定的堵塞限度內(nèi)一個(gè)過濾器或多個(gè)串聯(lián)的過濾器能繼續(xù)發(fā)揮作用所剩余的時(shí)間的方法中使用權(quán)利要求154所述的設(shè)備的方法。
185.用于監(jiān)測在容器中的液體的設(shè)備，在所述容器中意欲產(chǎn)生產(chǎn)物，所述設(shè)備包括: (a)從所述容器中提取液體并稀釋所述液體的裝置； (b)所述稀釋的液體流經(jīng)的過濾器； (c)所述過濾器上游的壓力監(jiān)測器和/或用于測量經(jīng)過所述過濾器的流率的流量計(jì)； (d)用于測量由壓力監(jiān)測器檢測的壓力或由流量計(jì)檢測的通過所述過濾器的流率并且當(dāng)壓力變化了預(yù)定量或流率降低了預(yù)定量時(shí)產(chǎn)生信號的裝置。
186.如權(quán)利要求97所述的方法，其中利用步驟e)中的關(guān)聯(lián)性，基于信息在預(yù)先確定的時(shí)間量內(nèi)預(yù)測聚合物性質(zhì)。
187.如權(quán)利要求186所述的方法，其中所述預(yù)測用于控制所述工藝。
188.如權(quán)利要求186所述的方法，其中堵塞速率的斜度當(dāng)其與諸如粘度、UV等其它測量值相關(guān)聯(lián)時(shí)提供了預(yù)測能力。
189.基本上如本文所示和所述的發(fā)明。
【文檔編號】G01N21/25GK103547906SQ201280017982
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月14日
【發(fā)明者】韋恩·F·里德 申請人:杜蘭教育基金管委會(huì)