Устройство для контролируемого непрерывного дозирования веществПатент на изобретение №: 2021659 Автор: Балабушевич А.Г., Сероштан В.Ф., Шевьев В.И., Балабушевич Н.В. Патентообладатель: Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза, Совместное предприятие "Свенас" Дата публикации: 30 Октября, 1994 Изображения    Использование: в машиностроении, в частности в устройствах осмотических дозаторов без внешних источников энергии. Сущность изобретения: устройство для контролируемого непрерывного дозирования веществ содержит корпус, в верхней части которого выполнено отверстие. В нижней части корпуса установлена мембрана, выполненная из двух слоев полиэтиленовой пленки толщиной 10 -30 мк, которой покрыта пористая подложка толщиной 20 - 1000 мк. Размер пор на поверхности пористого носителя не более 0,1 см. 4 ил., 1 табл. Изобретение относится к дозаторам, функционирующим без внешних источников энергии за счет термодинамической неравновесности системы устройство - внешняя среда, а конкретно к осмотическим дозаторам, обеспечивающим непрерывное дозирование веществ. Изобретение может найти применение в медицине, сельском хозяйстве, рыборазводных хозяйствах, а также в тех отраслях техники, в которых необходимо контролируемое дозирование веществ, осуществляемое непрерывно во времени. Известные преимущества данного типа устройств для дозирования веществ: дозирование в течение длительного времени, от нескольких часов до нескольких лет; дозирование в широком диапазоне концентраций, особо в малых количествах; функционирования без внешних источников энергии; управление дозированием за счет положительной и отрицательной обратной связи, - указывают на предпочтительное использование таких устройств в медицине, где необходимо дозирование биологически активных веществ в организм животных и человека в строго заданном терапевтическом коридоре, а также в сельском хозяйстве, когда дозирование удобрений в количествах, сравнимых (или равных) потреблению, позволяют говорить об экологической чистоте системы питания растений. Основным элементом, контролирующим дозирование веществ с осмотических устройствах, является мембрана. Влага через мембрану поступает вовнутрь устройства, где происходит растворение дозируемых веществ, и под действием возникающего гидростатического давления через заранее организованное отверстие, раствор вещества истекает из устройства в среду функционирования. Так как структура мембраны при е=const и T=const может позволить пройти вовнутрь строго определенному количеству воды (в виде жидкости или паров), то и количество раствора, истекающего из устройства, будет постоянным. Чем более длительное время мембрана будет сохранять способность быть полупроницаемой (раствор из устройства через мембрану наружу не выводится, в отличие от диффузионных мембран и устройств) без потери производительности, тем дольше будет работать устройство с сохранением первоначальных кинетических характеристик. Скорость дозирования раствора будет постоянна, а это, в свою очередь, определяется постоянным контактом мембраны с дозирующим веществом (c = const). Все приведенные выше рассуждения относятся к осмотическим мембранам, эффективный коэффициент проницаемости которых (Кэф) может колебаться в широких пределах 1х10-2; 1х1010(мл  см/см2ч). Однако при создании осмотических дозаторов кроме Кэфтребуется учесть еще целый ряд параметров: доступность - для массового использования устройства материал мембраны не должен быть дефицитным; технологичность - свойства материала мембраны, которые включают возможность сварки, склейки, формовки и т.д., совместимость с другими материалами; механические свойства - целая группа характеристик, включающих в себя прочность на разрыв, растяжение, деформацию и т.д.; химические свойства - к этим параметрам прежде всего следует отнести химическую инертность по отношению к дозируемым веществам, к воде, к среде функционирования, стабильность химической структуры, а следовательно, сохранение свойств на все время функционирования устройства. Наиболее полно будет удовлетворять этим требованиям мембрана из полиолефинов, а скорее всего - полиэтилен. Однако Кэф для полиэтилена лежит в интервале 10-8-10-10мл/см/см2ч, т. е. величины крайне малые, что препятствует использованию полиэтилена в качестве осмотической мембраны. Известный прием повышения производительности мембраны сводится к увеличению площади массопереноса. По имеющимся данным осмотические мембраны имеют Кэф в интервале 0,3-6х10-5 млсм/см2 ч. Следовательно, при одинаковой толщине площади, мембрана из полиэтилена должна быть в 104-105 раз больше, чем из эфиров целлюлозы, а это уже вносит малопреодолимые конструкторские сложности. Известна обработка материала мембраны ионизирующим излучением [1], что приводит к организации в мембране группы дефектов, резко повышающих ее производительность. При этом мембрана теряет свойство полупроницаемости и селективности, что приводит к изменению механизма работы устройства. Вместе с тем обработка мембраны ионизирующим излучением приводит к ухудшению физико-механических свойств полимера и сокращению срока его службы. Другой прием, который повышает проницаемость мембраны - это уменьшение ее толщины. Однако и этот способ имеет свои ограничения. При толщине менее 10 мк мембрана имеет значительное количество механических дефектов, препятствующих ее использованию в качестве осмотической. При толщине свыше 30 мк массоперенос через мембрану идет очень медленно и требуется резко увеличивать ее площадь. Следовательно, рабочим интервалом толщины для полиэтиленовой мембраны (с Кэф сравнимым с другими материалами), можно считать 10-30 мк, предпочтительно 15 мк. Однако при этих толщинах мембрана легко деформируется даже при незначительных механических воздействиях, что требует использования пористых носителей: керамика, пористый металл, бумага, ткань и т.п. Известно использование бумаги с полиэтиленовым слоем. В этом случае упаковка предохраняет содержимое от попадания влаги и последующей потери качества. Скорость диффузии воды через бумагу и полимер, кроме всего прочего, определяется и осмотическим давлением упакованного вещества. В случае пищевых концентратов, осмотическое давление которых невелико (правда в смеси присутствуют соли с высоким осмотическим давлением - хлорид натрия, нитрит натрия и т.д.), поступлению влаги извне препятствуют, во-первых, сорбционные свойства бумаги, а, во-вторых, кластерообразование воды внутри полимера, что резко снижает скорость диффузии воды внутри [2]. Это явление нарастает при повышении относительной влажности и сохраняется при 100% влажности и даже при погружении в воду. В слоистых структурах (к ним можно отнести и систему полиэтилен-бумага), скорость изменения свойств адгезионной системы в каждом конкретном случае определяется начальными и граничными условиями сорбции агрессивного компонента (воды) из внешней среды, его коэффициентом диффузии, геометрическими характеристиками элементов сэндвичевой системы. Скорость диффузии будет определяться и концентрацией веществ, способствующих диффузии, и их природой по обе стороны сэндвичевой системы. При упаковке лекарственных препаратов в систему полиэтилен-бумага в одних случаях, например, глюконат кальция, имеющий малое осмотическое давление, при погружении в воду не растворяется внутри упаковки в течение 20-25 суток (в зависимости от температуры), хотя неупакованная таблетка разваливается в воде уже через 7-9 мин. На воздухе при влажности менее 100% препарат в упаковке сохраняется длительное время. В другом случае, при упаковке глюкозы - вещества, имеющего очень высокое осмотическое давление, также длительное время гарантировано сохранение даже во влажном воздухе; погружение в упакованном виде в воду на 8-10 ч приводит к растворению активного вещества, разрушению (разрыву) упаковки и неконтролируемому выделению глюкозы наружу. В обоих случаях система полиэтилен - бумага за счет кластерообразования гарантированно предохраняет упакованное вещество от попадания воды вовнутрь. Коэффициент диффузии при этом невелик. При погружении в воду за счет более высокого сродства глюкозы к воде происходит разрушение адгезионного слоя на границе бумага-полиэтилен, деформация полимера и разрушение упаковки. В обоих случаях нельзя говорить об использовании системы полимер - бумага в качестве осмотической мембраны, так как не соблюдается основной признак - контролируемое поступление растворителя к растворяемому веществу - мембраны запираются. Другой эксперимент, подтвердивший этот вывод, заключается в следующем. В упаковках с полиэтиленом на бумаге, с глюкозой и глюконатом кальция, были сделаны отверстия диаметром 150 мк, а затем упаковки поместили в почву, где контролировали выделение активного вещества при влажности 20-85%. Было отмечено, следующее: при влажности 20-85% глюконат кальция не выделялся в течение всего времени эксперимента (30 суток). Глюкоза не выделялась из системы при влажности 20-70% , а при влажности почвы свыше 70% выделялась в течение 6 ч, но не с контролируемой скоростью. Наиболее близким к заявленному техническим решением является устройство, обеспечивающее режим программированного выделения удобрений, выполнено в виде емкости, одна из стенок которой представляет собой мембрану, выполненную из гидрофобного полимера, например, полиэтилена, с гидрофильными включениями. Поступление воды внутрь емкости происходит через гидрофильные включения. Для получения удовлетворительной скорости выделения веществ необходимо определенное соотношение гидрофильных включений к весу гидрофобного материала. Для осуществления равномерного обмена между наружной и внутренней частью упаковки необходимо, чтобы гидрофильные добавки распределялись равномерно по всей ширине. Это усложняет технологию производства мембраны и при несоблюдении всех требований при производстве известной мембраны, равномерный режим обмена между наружной и внутренней частью упаковки осуществляться не будет, стабильность работы снизится. Цель изобретения - надежное контролируемое дозирование веществ, упрощение технологии изготовления, повышение стабильности работы и возможность управления коэффициентом диффузии за счет использования полиэтиленовой мембраны на пористом носителе в сочетании с дозируемым веществом. Указанная цель достигается тем, что в устройстве мембрана выполнена из полиэтилена толщиной 10-30 мк, на пористом носителе - бумага, картон, керамика, пористый металл и т.п., толщиной 20-100 мк и размер пор на поверхности пористого носителя не превышает 0,1 см. Для контролируемой подачи воды вовнутрь устройства загружают отдельные соли или смеси солей, которые имеют осмотическое давление в интервале от 80 до 350 атм, т.е. величины, достаточные для поступления воды в устройство, преодоления кластерообразования и обеспечения контролируемого выделения раствора в среду функционирования. В качестве отдельных солей используют, например, KNO3 и их смеси. Кроме того, для загрузки используют кристалины с соотношением активных компонентов N:P2O5:K2O:MgO=10:5:20:6; 10:5:20:2,5; 10: 5: 20: 0; 20:16:10:0; 18:18:21:0; 18:8:21,5:2. Смеси солей и кристалины при этом могут содержать до 0,12% по весу микроэлементов (Zn, Fe, B, Mn, Mo и др. в виде солей). Таким образом, только сочетание полиэтиленовой мембраны на пористом носителе с загрузкой соответствующими солями обеспечивает контролируемое дозирование активных веществ. Анализ показывает, что полиэтиленовая мембрана на пористом носителе в сочетании с солями, имеющими осмотическое давлении в интервале 80-350 атм, обеспечивают контролируемое дозирование активных веществ. На фиг. 1 показано устройство с мембраной из полиэтилена на бумаге и снаряженного KNO3, поперечное сечение; на фиг.2 - устройство с мембраной из полиэтилена на пористой керамике и снаряженного кристалином N:P2O5:K2O5: MgO=10:5:20:6, поперечное сечение; на фиг.3 - устройство с мембраной из полиэтилена на бумаге, снаряженного кристалином N:P2O5:K2O=20:16:10, поперечное сечение; на фиг.4 - устройство с мембраной из полиэтилена на пористом металле и снаряженного смесью солей Са(NO3)2:NH4NO3; K2HPO4, поперечное сечение. Ниже описаны варианты выполнения и примеры использования устройства. В а р и а н т 1 (фиг.1). Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из полиэтилена. В верхней части корпуса 1 выполнено отверстие 2, связывающее внутренний объем с атмосферой. В нижней части корпуса 1 выполнено выводное отверстие 3, через которое истекает раствор дозируемого вещества (KNO3). В нижней части корпуса 1 выполнены также перфорационные отверстия 4, которые изнутри закрыты полиэтиленовым слоем 5 мембраны. Внутри корпуса 1 мембрана обращена к активному веществу пористым слоем 6 в виде бумажного слоя. Мембрана приварена полиэтиленовым слоем 5 к корпусу 1. Слой полиэтилена выполнен толщиной 10 мк, а бумажный слой толщиной 20 мк. Устройство работает следующим образом. После помещения устройства в среду функционирования (вода, почва, влажный субстрат) через мембрану влага из среды функционирования поступает к дозируемому веществу 7, растворяет его и за счет гидростатического давления, возникающего внутри корпуса 1, через выводное отверстие 3 насыщенный раствор активного вещества 7 поступает в среду функционирования со скоростью 1,5 мг/см2ч. В а р и а н т 2 (фиг.2). В корпусе 1 устройства выполнено отверстие 2, связывающее внутренний объем устройства с атмосферой. В нижней части корпуса 1 выполнено выводное отверстие 3, через которое в среду функционирования выводится насыщенный раствор дозируемого вещества (кристалин N:P2O5:K2O: MgO= 10:5:20:6). В нижней части корпуса 1 посредством герметизирующего приспособления 8 установлена мембрана из двух слоев: из полиэтиленового слоя 5 толщиной 15 мк и пористого слоя 6 в виде керамики толщиной 1000 мк. Устройство работает аналогично примеру 1 после погружения в среду функционирования. В а р и а н т 3 (фиг.3). Корпус 1 представляет собой склеенную из полиэтилена на бумаге емкость, причем наружный слой 5 корпуса 1 представляет собой полиэтиленовую пленку толщину 15 мк, а внутренний слой 6 - бумагу толщиной 40 мк. В корпусе 1 выполнено отверстие 2 для связи внутреннего объема с атмосферой. Выводное отверстие 3 предназначено для выведения раствора дозируемого вещества 7. В зависимости от положения устройства в среде функционирования отверстия 2 и 3 могут менять назначение. В а р и а н т 4 (фиг.4). Корпус 1 устройства в нижней части за счет герметизирующего приспособления 8 отделен от трубопровода 9 мембраной, которая к трубопроводу 9 обращена своей частью из пористого слоя (металла) толщиной 800 мк, а внутрь корпуса 1 частью из полиэтиленового слоя 5 (пленки) толщиной 30 мк. Внутрь корпуса 1 загружают смесь солей 7, раствор которой выводится через отверстие 3 и через трубку 10 поступает в трубопровод 9. Устройство работает аналогично примеру 1. Приведенные варианты устройства показаны для нескольких примеров его использования и не ограничивают другие возможные варианты устройств. В качестве пористой подложки могут быть использованы металл, керамика, бумага, картон, полимеры. Количество открытых пор не менее 10-100%. При количестве открытых пор менее 10% создается очень высокое диффузионное сопротивление потока, которое сравнимо с диффузионным сопротивлением мембраны. Пористый носитель может быть получен любым известным способом: введением порообразователя, вымыванием, спеканием и т.д.(см.таблицу) Размер пор на поверхности пористого носителя не должен превышать 0,1 см, так как при больших порах и малых (10-15 мк) толщинах мембраны, имеют место провисание мембраны и образование микродефектов, что приводит к неконтролируемому истечению раствора. В качестве пористого носителя могут быть пористый никель, пористая нержавеющая сталь, пористая латунь, мипласт, поропласты и т.п. материалы. Выбор носителя определяется условиями эксплуатации устройства: пограничные значения толщины мембраны: при толщине менее 10 мк при существующих технологиях мембраны дефекты и микродефекты на ее поверхности не позволяют обеспечить контролируемую подачу активных веществ; при толщине выше 80 мк резко уменьшается скорость диффузии растворителя к активному веществу, а следовательно, и скорость дозирования. Так, например: при дозировании смеси Ca(NO3)2+NH4NO3+K2HPO4из устройства с мембраной 30 мк на нержавеющей стали (пористой) скорость дозирования составляет 0,7 мг/см2ч, а при толщине 35 мк эта же смесь дозируется со скоростью 0,0015 мг/см2ч, а эта величина уже слишком малая для дозирования удобрений. Таким образом, сочетание полиэтиленовой мембраны на пористом носителе с дозируемым веществом, имеющим осмотическое давление 80-350 атм, обеспечивает необходимый коэффициент диффузии, контролируемое поступление воды к веществу и, соответственно, длительное непрерывное дозирование вещества в среду функционирования. Применение полиэтиленовой мембраны на пористом носителе в значительной степени расширит диапазон применения осмотических устройств, так как полиэтилен весьма инертен, химически стоек, легко формируется, сваривается и перерабатывается. Полиэтилен является наиболее распространенным полимером. Использование таких сендвичевых систем значительно снизит себестоимость изделий и упростит технологию их изготовления. Широкий спектр скоростей дозирования, который можно еще расширить за счет увеличения площади мембраны, позволит использовать осмотические дозаторы как в воде, так и в различных почвах и субстратах. Пористый носитель не только будет играть роль фильтра и диффузионного сопротивления потоку воды к мембране или к активному веществу, но и предохранит мембрану от повреждения.
Формула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОГО НЕПРЕРЫВНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ, содержащее емкость, одна из стенок которой образована мембраной из полиэтиленовой пленки и гидрофильного элемента, отличающееся тем, что гидрофильный элемент выполнен в виде пористой подложки толщиной 20 - 1000 мкм, мембрана выполнена толщиной 10 - 30 мкм, при этом размер пор на поверхности пористого носителя не превышает 0,1 см.MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе Номер и год публикации бюллетеня: 7-2002 Извещение опубликовано: 10.03.2002 Популярные патенты: 2492623 Портативный электроинструмент с управлением спусковым механизмом ... которого закреплен встречный нож 3 и подвижный нож 2, сочлененный с встречным ножом с помощью оси 4, движения перемещения которого осуществляются приводом (не изображенным на чертеже), в общем случае представляющим собой электрический двигатель. Управляющий спусковой механизм, закрепленный на корпусе инструмента, позволяет управлять работой инструмента с помощью управляющей электронной платы, если речь идет об электронных секаторах.Известно питание таких портативных электроинструментов от батареи, переносимой пользователем и размещенной в корпусе, который может также содержать управляющую электронную плату привода подвижного ножа.В соответствии с изобретением, портативные ... 2181542 Способ хранения эритроцитов в условиях охлаждения при отсутствии кислорода (варианты) ... наносит ущерба для их последующего использования. Другая цель настоящего изобретения - обеспечить способ пролонгированного хранения крови при сведении к минимуму сложности процедур, необходимых для приготовления образцов крови для переливания. Дополнительные цели, преимущества и новые свойства изобретения будут изложены частично в следующем описании и частично станут очевидными специалистам в этой области при рассмотрении следующего или могут быть понятыми при практическом применении изобретения. Цели и преимущества изобретения могут быть реализованы и достигнуты посредством технических средств и комбинаций, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения. Краткое описание ... 2182420 Устройство для перерезания стволов деревьев ... в крайнее правое положение, а рычаги 6 и 7 силовыми цилиндрами 2 и 3 установлены в отведенное положение. Затем устройство лесозаготовительной машиной подают к дереву, ствол 8 которого подлежит перерезанию до контакта ствола 8 с упорами 9 и гребенками 10, после чего при помощи силовых цилиндров 2, 3 поворачивают рычаги 6, 7 и зажимают ствол 8, прижимая его к упорам и гребенкам. Далее, используя привод с одним силовым цилиндром (фиг. 2), выдвигают его шток 20, который воздействует на заднюю поперечную сторону 15 полотна, перемещая последнее в направлении ствола 8 перерезаемого дерева. При этом кромки 16 взаимодействуют со стволом 8 и перерезают его в конце хода силового цилиндра ... 2289908 Способ получения рассады стевии ... РАССАДЫ СТЕВИИ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ВЕГЕТАЦИОННЫЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ДАННОГО СПОСОБАПример 1. Опыт проводят в теплице. 100 свежесрезанных зеленых черенков 6 с двумя парами листьев помещают в первые (нижние) емкости 1 в виде стакана объемом 200 мл с почвенным субстратом 4. Влажность почвенного субстрата 4, состоящего из смеси чернозем + перегной (3:1), составляет 70% наименьшей влагоемкости, далее НВ. Среднесуточная температура воздуха в теплице составляет в период опыта +18...+20°С, относительная влажность воздуха около 60%, затем первые (нижние) емкости 1 накрывают вторыми (верхними) емкостями 2, меньшими по объему и равными 100 мл с возможностью вхождения в первую ... 2007081 Способ биологической борьбы с вредителями капусты ... с 1 га при подсеве нектароносов. Наблюдаемая в данном способе интенсификация биологической защиты капусты позволяет снизить кратность химических обработок против вредителей, что повышает выход диетической, экологически чистой продукции одновременно снижает загрязненность окружающей среды инсектицидами. Расширение площади высеваемых нектароносных полос, обеспечивающих цветение в ранние сроки, является важным источником нектара для домашних пчел и насекомых-опылителей, что также является весомой составляющей экономического эффекта. (56) Львович Н. Я. , Цыбульская Г. Н. , Ястребов И. О. Нектароносы защищают капусту. М. : Защита растений, 1985, N 8. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. ... |
Еще из этого раздела: 2188534 Способ уборки льна-долгунца 2232490 Машина для обработки почвы 2446659 Способ и устройство для органического возделывания зерновых культур 2161402 Способ акселерационного содержания и разведения кроликов 2236787 Способ испытаний опрыскивателей и устройство для его осуществления 2272399 Зерноуборочный комбайн 2472336 Соломорезка и оснащенная такой соломорезкой уборочная машина 2079266 Устройство для гранулирования кормов 2216903 Устройство для отделения плодов от ветвей 2453091 Способ обработки почвы |
Изобретения в сельском хозяйстве
Обработка почвы в сельском и лесном хозяйствах
Посадка, посев, удобрение
Уборка урожая, жатва
Обработка и хранение продуктов полеводства и садоводства
Садоводство, разведение овощей, цветов, риса, фруктов, винограда, лесное хозяйство
Новые виды растений или способы их выращивания
Производство молочных продуктов
Животноводство, разведение и содержание птицы, рыбы, насекомых, рыбоводство, рыболовство
Поимка, отлов или отпугивание животных
Консервирование туш животных, или растений или их частей
Биоцидная, репеллентная, аттрактантная или регулирующая рост растений активность химических соединений или препаратов
Хлебопекарные печи, машины и прочее оборудование для хлебопечения
Машины или оборудование для приготовления или обработки теста
Обработка муки или теста для выпечки, способы выпечки, мучные изделия
|
|
||