DE60304002T2

DE60304002T2 - Automatisiertes System und Verfahren zum Herstellen von hochviskosen Flüssigkeitsrezepturen

Info

Publication number: DE60304002T2
Application number: DE60304002T
Authority: DE
Inventors: Michael William North Wales Linsen; Mark Richard Blue Bell Schure; Kristin Raleigh Weidemaier
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: EP1356866A3; US7029164B2; US20030198125A1; CN1269557C; EP1356866B1; JP2004000953A; DE60304002D1; JP4122254B2; TW200306887A; CN1451470A; TW590795B; KR20030082481A; EP1356866A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Herstellung von Fluidformulierungen bzw. Flüssigkeitsrezepturen. Spezifisch betrifft sie eine Ausrüstung in kleinem Maßstab, wie sie beispielsweise in einem Laboratorium verwendet werden mag, zur Herstellung von kleinen Mengen von Fluidformulierungen. Die Erfindung integriert einen Computer mit der mechanischen Formulierungsausrüstung, um ein genaues und reproduzierbares Verfahren zur Herstellung dieser Fluidformulierungen bereitzustellen.
Hintergrund der Erfindung
Kleine oder automatisierte Fluidformulierungsvorrichtungen im Laboratoriumsmaßstab sind in Arbeitsvorgängen der Kombinationschemie, pharmazeutischen Industrie und Klassiersystemen mit hohem Durchsatz bekannt, die in landwirtschaftlichen und anderen derartigen ähnlichen Forschungsgebieten verwendet werden. Der gemeinsame Faden durch alle diese Technologiebereiche ist, daß die Fluide, mit denen sie sich befassen, sehr geringe feste Bestandteile und sehr niedrige Viskositäten aufweisen. Diese Fluide, für die Wasser ein typisches Beispiel ist, weisen Viskositäten auf, die unabhängig von der Scherrate sind, und weisen im allgemeinen Viskositäten von 1 Centipoise auf. Diese werden als Newton'sche Fluide bezeichnet, weil ihre Viskositäten scherunabhängig sind.
Wenn versucht wird, Fluide hoher Viskosität und mit hohen festen Bestandteilen zu formulieren, wie z.B. Aufschlämmungen und Kolloide, schließen ein gewisses inhärentes Design und bearbeitende bzw. Prozeßelemente die Verwendung von Ausrüstung aus, welche gewöhnlich für die Behandlung bzw. Verarbeitung von Newton'schen Fluiden verwendet wird. Wenn das Fluid ein Newton'sches ist, kann das zubereitende und Mischsystem konsistent und genau messen, welche Mengen abgerufen werden mögen. Probleme resultieren aus der Tatsache, daß Nicht-Newton'sche Fluide, wie z.B. Aufschlämmungen und Gele, sehr schersensitiv sind. Wenn Fluide hoher Viskosität und mit hohen Feststoffbestandteilen den Scherkräften unterworfen, die bewirkt werden, indem diese Fluidtypen durch eine Verrohrung unter Druck befördert werden, werden sich die Viskositäten von derartigen Fluiden ändern. Diese Änderung in der Viskosität ist unvorhersehbar und wird die Messung der Fluide beeinflussen, die sich durch das Rohr bzw. die Verrohrung bewegen. Scherabweichungen können volumetrische Messungen dieser Fluide verzerren. Da Vorrichtungen, die Mengen von Fluidbestandteilen basierend auf einem Volumen ausmessen, sehr empfindlich auf Änderungen in der Viskosität sind, kann die Genauigkeit jedes gemessenen Aliquoten nicht sichergestellt werden, sei es für eine einzelne Dosis in einer spezifischen Formulierung oder für wiederholte Dosen in mehrfachen Formulierungen. Die endgültige Formulierungsprobe mag deshalb nicht exakt der gewünschten Formulierung entsprechen.
Es ist auch wichtig für das richtige Funktionieren von ein Volumen erfassenden bzw. Volumenabtastsysteme, daß sie frei von einer Verschmutzung oder Verstopfung ihrer internen Komponenten bleiben. Das Reinigen von Mischvorrichtungen, die für eine Verwendung mit Fluide niedriger Viskosität und mit niedrigen geringen festen Bestandteilen ausgelegt sind, kann mühelos bzw. leicht erreicht werden. Ein Reinigen wird einfach erreicht, indem interne Komponenten mit Wasser oder einem geeigneten Lösungsmittel gespült werden. Ein anderes Problem, dem man sich zuwenden muß, wenn Fluide hoher Viskosität und mit hohen festen Bestandteilen im oben beschriebenen System verarbeitet werden, betrifft den Gegenstand eines Reinigens. Fluide hoher Viskosität und mit hohen festen Bestandteilen werden Filme an den Innenflächen der Komponenten von Fluidabgabe- und -mischsystemen ausbilden, die ausgelegt sind, um Fluide mit niedriger Viskosität zu verarbeiten. Diese Filme sind sehr schwer durch ein einfaches Spülen zu entfernen. Ein Zerlegen der verstopften Komponenten ist häufig der einzige Weg, um diese Ablagerungen zu entfernen. Selbst dieses Verfahren ist jedoch nur für eine relativ kurze Zeitdauer von Wert, weil eine Ablagerung immer wieder auftreten wird. Wenn sie nicht reingehalten werden, lagert sich dieses Material am Innenrohr oder an den Verteilerdüsen ab, was den Durchfluß von Fluiden ernstlich beschränken oder vollständig stoppen wird. Da diese Typen bzw. Arten von Systemen volumensensitiv sind, wird der Filmaufbau ein frei fließendes Fluid verlagern. Die ungenaue Messung von Bestandteilen wird dann resultieren, was ein Formulierungsprodukt erzeugt, welches nicht einer gewünschten Formulierung entsprechen wird. Die Bedienungsperson muß nicht, fast überhaupt, sich dieses Problems bewußt werden, bis zahlreiche Mengen bereits abgegeben bzw. zubereitet worden sind.
Ein Versuch, um einige der oben erwähnten Probleme zu lösen, ist in einer Maschine manifestiert, die für ein Verarbeiten von Färbemitteln hoher Viskosität für Farben bzw. Anstriche verwendet wird. Sie wird gewöhnlich als eine Ab tönmaschine erwähnt und kann in der Farbenabteilung eines Eisenwarenkaufhauses gefunden werden. Diese Type von Maschine verwendet Hochdruckpumpen, um Fluide hoher Viskosität zu bewegen. Während Änderungen in den Viskositäten der verschiedenen Tönungen in einem Farbtönvorgang akzeptabel sein können, können derartige Viskositätsschwankungen, welche dann ungenaue volumetrische Messungen verursachen können, in einem Präzisionsfluidformulierungs-Erzeugungssystem nicht toleriert werden.
Weiterhin ist die Anzahl von Bestandteilen, welche als Formulierungsvorläufer in Vorrichtungen, wie beispielsweise Abtönmaschinen verwendet werden können, durch die maximale Anzahl von Abgabebehältern begrenzt, die auf der Vorrichtung installiert werden können. Wenn eine Änderung in einem der Bestandteile erforderlich ist, würde das gesamte dafür bestimmte Pumpen-, Fluidreservoir- und Verrohrungs- bzw. Rohrsystem auszubauen und zu reinigen sein, was sehr zeit- und arbeitsintensiv ist. Die Fähigkeit, mit einer großen Vielzahl von Fluidvorläuferbestandteilen zu arbeiten, ist deshalb stark eingeschränkt.
Was deshalb benötigt wird, ist ein automatisiertes Fluidformulierungssystem, welches das Verarbeiten einer großen Zahl und Verschiedenheit von Fluidvorläuferbestandteilen aufnehmen kann, die erforderlich sind, um Fluidformulierungen hoher Viskosität und mit hohen festen Bestandteilen herzustellen bzw. vorzubereiten. Das Fluidformulierungssystem muß fähig sein, Mengen von scherempfindlichen Fluiden hoher Viskosität genau zu messen, muß leicht zu reinigen sein, wenn von einer Formulierung auf eine andere gewechselt wird, ohne irgendein Teil oder einen Abschnitt der Vorrichtung zerlegen zu müssen.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein automatisiertes System für die Herstellung von Mengen im kleinen Maßstab von Fluiden mit hoher Viskosität und hohen festen Bestandteilen. Das System besteht aus der mechanischen Ausrüstung, die benötigt wird, um flüssige Vorläuferbestandteile von ihren entsprechenden Lagerbehältern zu einem Mischbehälter zu transportieren. Das System wird durch einen Computer gesteuert bzw. geregelt, welcher die Zufuhr von präzisen Mengen von Vorläuferbestandteilen in den Mischbehälter reguliert. Formulierungsdaten werden in den Computer eingegeben, welcher dann Ausgabesignale an die mechanische Transportausrüstung sendet, um die gewünschten Mengen von Formulierungsbestandteilen an den Mischbehälter zu liefern bzw. abzugeben. Sensoren können in den Mischbehälter eingebaut sein, um zahlreiche physikalische Eigenschaften der Fluidformulierung zu überwachen, wie sie in Echtzeit gemischt wird, so daß, falls erforderlich, Änderungen augenblicklich an der Formulierungsrezeptur und/oder dem Verarbeitungszyklus gemacht werden können, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften der gewünschten Fluidformulierung zu optimieren.
Das System der vorliegenden Erfindung löst das Problem eines Arbeitens mit schersensitiven Fluiden, indem eine Kombination von Rohren, Pumpen und Sensoren verwendet wird, die ausgelegt sind, um Vorläuferformulierungsbestandteile auf der Basis der Masse des Fluids, das abgegeben wird, anstatt seines Volumens auszumessen. Weiterhin kann der Sensor andere physikalische Eigenschaften der Fluidformu lierung messen und Einstellungen an der Rezeptur oder dem Verfahren, wie erforderlich, durchführen.
Das trennende bzw. unterbrechende und zeitraubende Verfahren eines Reinigens der Mischausrüstung wird durch die vorliegende Erfindung durch ein Vorprogrammieren eines Zyklus in das Rezepturverfahren gelöst, wodurch die Mischkomponenten zuerst vom Mischbehälter entfernt, nachdem jede einzigartige Formulierungsrezeptur erzeugt wurde, und dann einem Reinigungsbehälter zugeführt werden. Sobald der vorprogrammierte Reinigungszyklus abgeschlossen worden ist, wird der Computer die Mischkomponenten zurück zum Mischbehälter leiten, um zu helfen, die nächste Formulierung zu verarbeiten. Während dieses automatisierten Zyklus ist keine Beteiligung der Bedienungsperson erforderlich. Weiterhin erfordert, indem dafür bestimmte Rohrleitungen für jeden Formulierungsvorläufer vorliegen und die Fluidkomponenten innerhalb ihrer entsprechenden Rohrleitungen dicht abgeschlossen sind, weder die Rohrleitung bzw. Verrohrung noch die Pumpe eine Stillstandszeit für ein Reinigen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Mengen im kleinen Maßstab von Fluiden hoher Viskosität und mit hohen festen Bestandteilen. Da das Verfahren hoch automatisiert ist, beseitigt es die Notwendigkeit für eine unnötige Überwachung durch eine Bedienungsperson, verbessert merklich die Konsistenz bzw. Beschaffenheit von mehrfachen Chargen derselben Formulierung, und indem der Reinigungsprozess vereinfacht und beschleunigt wird, verringert es markant die erforderliche Menge an Zeit, um von einer Formulierung zur nächsten zu wechseln.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein allgemeines Schema des gesamten Fluidformulierungssystems der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf die Pumpenmittel, die mehrfache flexible bzw. biegsame Leitungen bzw. Rohrleitungen und ihre entsprechenden Durchflußbeschränkungselemente entlang einer Linie 2-2 von 1 genommen zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht in Großaufnahme von einem der Durchflußbeschränkungselemente, die betätigt werden, um den Durchfluß von Fluid durch seine entsprechende flexible Leitung zu beschränken.
4 ist eine Seitenansicht eines Teils des Fluidformulierungssystems der Erfindung, welche den Mischbehälter und die Reinigungskammer zeigt. Die Mischmittel sind in die Reinigungskammer eingesetzt.
Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein System zum Herstellen von Fluidformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Formulierungen, die durch dieses System hergestellt werden können, sind Fluide mit hoher Viskosität und hohen festen Bestandteilen. Beispiele von derartigen Fluiden sind Emulsionen, Gele und Kolloide, welche Viskositäten bis zu und einschließlich 10.000 Poise aufweisen können.
Das System wird vorzugsweise in einem Laboratoriumsbetriebsmaßstab verwendet, wo, vielleicht für Evaluierungs- bzw. Bewertungs- und Vergleichszwecke viele verschiedene Fluidformulierungen hergestellt werden müssen, wobei jede einzelne von der anderen durch lediglich geringe Änderungen in verschiedenen physikalischen Eigenschaften, wie bei spielsweise Viskosität, Masse, Volumen und pH abweicht. Alternativ könnten mehrfache Proben derselben Formulierung auf diesem Weg mit sehr genauer Präzision hergestellt werden.
Jede Formulierung würde beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen, um sie herzustellen, wenn dies mit herkömmlichen Mitteln gemacht wird. Jeder gesonderte Vorläuferbestandteil würde sorgfältig zu messen sein, das Mischen müsste sorgfältig überwacht werden, wobei vielleicht eine Probeentnahme bei verschiedenen Zeitpunkten in den Vermengungs- und Mischphasen erfordern würde, um sicherzustellen, daß die gewünschten endgültigen Fluideigenschaften erreicht wurden.
Die vorliegende Erfindung kombiniert das unabhängige Zuführen der verschiedenen Formulierungsvorläuferbestandteile mit einem automatisierten Computer-Regel- bzw. -Steuersystem. Ein zusätzliches Merkmal des automatisierten Computer-Regel- bzw. -Steuersystems ist die Echtzeitüberwachung der physikalischen Eigenschaften der Fluidformulierung, während sich ein Mischen ereignet. Eine Computerregulierung, und wenn notwendig Feedback- bzw. Rückkopplungsüberwachung jedes Vorläuferbestandteils stellt sicher, daß die endgültige Fluidformulierung so nahe wie durchführbar zur gewünschten Formulierung ist. Eine präzise Wiederholbarkeit ist auch ein zusätzlicher Nutzen, wenn mehrfache Proben derselben Formulierung hergestellt werden müssen.
Nochmals bezugnehmend auf 1 besteht das Farb- bzw. Anstrichsystem aus einer Mehrzahl von flexiblen bzw. biegsamen Leitungen bzw. Rohrleitungen 12, 14, 16 und 18, wobei jede ein Einlaßende 20, 22, 24 bzw. 26 und ein Auslaßende 28, 30, 32 bzw. 34 aufweist. Während nur vier flexible bzw. biegsame Leitungen und ihre damit verbundene Ausrüstung gezeigt werden, wird dies lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung getan. Es sollte sich verstehen, daß mehr oder weniger in der Praxis, wie erforderlich, verwendet werden können. Diese flexiblen Leitungen sind betriebsfähig bzw. operativ innerhalb wenigstens eines einer Mehrzahl von Pumpenmitteln 36 angeordnet. Pumpenmittel sind in der Technik gut bekannt. Verschiedene Pumpentypen können in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Einige geeignete Beispiele sind Pumpen mit fortschreitendem bzw. sich bewegendem Hohlraum, wie z.B. jene, die von Moyno oder Seepex erhältlich sind, peristaltische Pumpen, im Handel erhältlich von MasterFlex und Watson-Marlow, Spritzenpumpen, welche von Sage und Harvard erhältlich sind, Diaphragmapumpen, welche von KNF erworben werden können, Zahnradpumpen, erhältlich von Micropump, und Kolbenpumpen, welche im Handel von Fluid Metering Inc. erhältlich sind. Lediglich der Veranschaulichung halber und nicht um den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken, wird nur eine einzelne peristaltische Pumpe gezeigt. Für eine detailliertere Beschreibung von repräsentativen peristaltischen bzw. Peristaltikpumpen kann ein Verweis auf U.S. Patente 4,025,241 und 4,365,943 gemacht werden.
Jedes Einlaßende jeder flexiblen Leitung ist innerhalb von einem einer Mehrzahl von Speicherbehältern 38, 40, 42 und 44 angeordnet. Jeder dieser Speicherbehälter enthält einen unterschiedlichen flüssigen Vorläuferbestandteil, oder eine Kombination von Bestandteilen, welche, wenn sie zusammengemischt werden, die gewünschte Fluidformulierung bilden bzw. ergeben werden.
Die Auslaßenden 28, 30, 32 und 34 der Mehrzahl von flexiblen Leitungen sind so positioniert, um in den Mischbehälter 46 zu liefern bzw. zuzuführen, wobei jeder der Vorläuferbestandteile entsprechend darin enthalten ist. Die Pumpe 36 ist zwischen den Speicherbehältern 38, 40, 42 und 44, und dem Mischbehälter 46 positioniert, um die Übertragung bzw. den Transfer einer präzisen Menge jedes der Vorläuferbestandteile von ihrem entsprechenden Speicherbehälter in den Mischbehälter 46 zu erleichtern.
Die einzelne peristaltische Pumpe 36, wie sie in 1 und 2 gezeigt ist, besteht aus gleichmäßig beabstandeten Walzen bzw. Rollen 37a, 37b, 37c, 37d, 37e und 37f, die in einer zylindrischen Form konfiguriert sind, die äquidistant rund um einen mittleren Antriebsachsbolzen 136 beabstandet sind. Der Motor 137 treibt den Achsbolzen 136 in einer kreisförmigen Bewegung an, so daß die Walzen 37a bis 37f rund um die Achse des Achsbolzens 136 rotieren. Flexible Leitungen 12, 14, 16 und 18 sind über den Walzen der Pumpe 36 angeordnet.
Jede flexible Leitung 12, 14, 16 und 18 ist an ihrer eigenen Klammer- bzw. Trägeranordnung 13, 15, 17 bzw. 19 sicher befestigt. Jeder Träger ist innerhalb eines Gehäuses 21 angeordnet und ist fähig, sich in einer im allgemeinen vertikalen Richtung unter der unabhängigen Steuerung bzw. Regelung eines Solenoids, eines hydraulischen Systems, eines unter Druck stehenden Gases oder ähnlichen derartigen Mitteln (im Folgenden "Aktivierungsmittel") 131, 151, 171 bzw. 191 zu bewegen. Die Aktivierungsmittel 131, 151, 171 und 191 sind unabhängig durch einen Computer 62 durch Leitungen 132, 152, 172 bzw. 192 geregelt bzw. gesteuert. Wenn jedes Aktivierungsmittel 131, 151, 171 oder 191 aktiviert ist bzw. wird, wird sein jeweiliger Träger in der Richtung der Pumpe 36 beaufschlagt bzw. getrieben. An den Kontaktpunkten mit den Walzen 37a, 37b, 37c, 37d, 37e und 37f werden die flexiblen Leitungen 12, 14, 16 und 18 komprimiert bzw. zusammengedrückt, wodurch der Durchfluß von Fluid beschränkt wird, während gleichzeitig Taschen von Fluid zwischen benachbarten Kontaktpunkten mit jeder Walze geschaffen werden. Wenn die Pumpe 36 in Eingriff ist, rollen die Walzen entlang der flexiblen Leitungen und bewegen diese Taschen von Fluid aufeinanderfolgend bzw. sequentiell in einer im allgemeinen linearen Richtung in Richtung zum Mischbehälter 46. Die Pumpe 36 kann auch im Rückwärtsgang laufen, um irgendeines oder alle der Vorläuferfluide zu ihren entsprechenden Speicherbehälter zurückzuschicken, wenn das Formulierungsverfahren abgeschlossen worden ist oder wenn einer oder mehrere der Fluidvorläufer für einen anderen Fluidvorläufer auszutauschen ist.
Innerhalb des Mischbehälters 46 sind Mittel 56 für ein Mischen der Vorläuferbestandteile angeordnet, um die gewünschte Fluidformulierung zu erzeugen. Das Mischmittel 56, welches in der Praxis bzw. bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist eines, das geeignet ist für einen Betrieb mit einer Laboratoriumsausrüstung kleinen Maßstabs. Beispiele von solchen Mischmitteln umfassen bzw. enthalten Overheadmischer, wie beispielsweise jene, die von Cole-Palmer Servodyne und IKA Laboratories erhältlich sind, Magnetrührer, wie sie beispielsweise von Corning erworben werden können, Rotor-Stator-Homogenisierapparate bzw. -Homogenisierer, erhältlich von PowerGen, Schallhomogenisierapparate, im Handel erhältlich von Thomas Scientific, und Wirbelmischer, erhältlich von Cole-Palmer. Lediglich für exemplarische bzw. beispiel hafte Zwecke und nicht um den Umfang der Erfindung zu beschränken, ist in 1 ein Überkopf- bzw. Overheadmischer dargestellt. Wie gezeigt, besteht der Mischer 56 aus einem Motor 80, der durch eine Welle 82 mit einem oder mehreren Rührblatt (-blättern) bzw. -schaufel(n) verbunden ist, allgemein gezeigt als 84. Der Mischer 56 ist an einem Abstütz- bzw. Supportträger 88 befestigt. Lineare Stellglied- und Regel- bzw. Steuermittel 86 regulieren die vertikale und seitliche Bewegung des Mischers 56. Die linearen Stellglied- und Steuermittel 86 können aus einem Schrittmotor, einem Solenoid oder einem Hydraulikventil bestehen. Die linearen Stellglied- und Steuermittel 86 sind fähig, den Mischer 56 vollständig von jeglichen Kontakt mit dem Mischbehälter 46 zurückzuziehen.
Der Computer 62 ist programmiert, um die verschiedenen Prozeßschritte des Fluidformulierungssystems der vorliegenden Erfindung zu regeln bzw. zu steuern. Die Rezeptur, auf die gewöhnlich bezug genommen wird, der gewünschten oder hypothetischen Fluidformulierung(en) wird in die Datenbank von Computer 62 durch verschiedene Mittel, wie beispielsweise manuell durch eine Bedienungsperson oder von anderen Datenbanksystemen eingegeben, mit welchen der Computer 62 verbunden ist, wie z.B. einem LIMS System (Laboratory Information Management System) oder einem Expertensystem, welches gewöhnlich in Beschichtungsvorgängen verwendet wird.
Ein anderer Nutzen eines Verwendens eines Computers, um das Fluidformulierungssystem zu regeln bzw. steuern, ist, daß es programmiert werden kann, um den gesamten Formulierungsprozeß zu überwachen, und um Anpassungen an der Rate einer Zugabe der verschiedenen Vorläuferbestandteile zu machen, oder um die Menge(n) eines oder mehrerer dieser Bestandteile einzustellen. Während eines Mischens kann es nützlich sein, verschiedene physikalische Eigenschaften der Fluidformulierung zu überwachen, wie sie sich entwickelt. Dies wird als eine Feedbackloop bzw. Rückkopplungsschleife bezeichnet. Zu viel von einem Bestandteil oder nicht genug von einem anderen kann das Ergebnis der gewünschten Formulierung total verändern. Deshalb können fakultativ multifunktionelle Sensormittel 58 innerhalb des Mischbehälters 46 installiert sein, um quantitativ eine oder mehrere einer Mehrzahl von physikalischen Eigenschaften der Fluidformulierung zu messen. Diese physikalischen Eigenschaften sind typischerweise die Gesamtmasse, Volumen, Viskosität und pH der Fluidformulierung. Der multifunktionelle Sensor 58 ist fähig, jede der verschiedenen gemessenen physikalischen Eigenschaften in einen entsprechenden gemessenen Wert einer physikalischen Eigenschaft zu konvertieren bzw. umzuwandeln. Da der Sensor 58 programmiert sein kann, um kontinuierlich während des gesamten Mischzyklus wirksam zu sein, weist er die Fähigkeit auf, eine Echtzeitanalyse des Fluids bereitzustellen, wenn es formuliert wird.
Angefügt an den Sensor 58 sind elektronische Sendemittel 60, welche die gemessenen Werte einer physikalischen Eigenschaft an den Computer 62 über einen Draht 61 übertragen. Wenn bzw. da der Computer 62 kontinuierlich Feedbackinformation vom Sensor 58 empfängt, kann er eine Echtzeitanalyse eines dynamischen Prozesses erzeugen. Mit dynamisch ist gemeint, daß sich die verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Endprodukts über die Zeit ändern, wie die verschiedenen Vorläuferbestandteile zu dem Mischbehälter 46 zugefügt werden. Der Computer 62 empfängt Werte einer gemessenen physikalischen Eigenschaft, die durch die Sende mittel 60 übertragen wurden, und vergleicht jeden gemessenen Wert einer physikalischen Eigenschaft mit seinem entsprechenden gewünschten Wert einer physikalischen Eigenschaft bzw. Wert einer gewünschten physikalischen Eigenschaft. Die gewünschten Werte einer physikalischen Eigenschaft wurden bereits in die Computerdatenbank eingegeben, wie dies hierin oben beschrieben ist. Wenn ein Überwachen des Fortschritts der Fluidformulierung durch die Bedienungsperson gewünscht ist, dann kann die Rückkopplungsschleife zwischen dem Sensor 58 und Computer 62 aktiviert werden.
Einer der kritischsten bzw. entscheidensten Werte einer physikalischen Eigenschaft, welcher durch den Sensor 58 gemessen werden kann, ist die dynamische Viskosität der Fluidformulierung. Die dynamische Viskosität ist eine Funktion des Verdrehungswiderstands, der durch das Fluid gezeigt wird, wenn es formuliert wird, und wird von 1 Centipoise bis 10.000 Poise reichen. Poise ist definiert als ein Gramm pro Zentimeter-Sekunde. Die dynamische Viskosität kann auch in Pascal-Sekunden gemessen werden, wobei jede Einheit als eine Newton-Sekunde pro Quadratmeter definiert ist. Zur vergleichenden Relevanz sind 1000 Pascal-Sekunden gleich 10.000 Poise.
Ob der Computer ausschließlich auf Rezepturinformation arbeitet oder nicht, die zuvor in seine Datenbank eingegeben worden ist, oder programmiert ist, um Information kontinuierlich zu empfangen und zu verarbeiten, die vom Sensor 58 während des Formuliervorgangs rückgeführt wird, muß der Fluß bzw. Strom der verschiedenen Vorläuferfluide durch ihre entsprechenden flexiblen Leitungen sorgfältig gesteuert bzw. geregelt werden. Bezugnehmend auf 2 sind gesonderte Strömungs- bzw. Durchflußbeschränkungselemente 48, 50, 52 und 54 betriebsfähig an jeder der Mehrzahl von flexiblen Leitungen angeordnet, um die Menge jedes der Vorläuferbestandteile zu regulieren, die dem Mischbehälter 46 zugeführt werden. Obwohl verschiedene Designs von Durchflußbeschränkungselementen bzw. -einrichtungen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfaßt ein bevorzugtes Design, wie es in 3 gezeigt ist, einen Ventilstößel bzw. -plunger 49, welcher beispielsweise durch ein hydraulisches System, mit Druck beaufschlagtem Gas oder Solenoidmitteln (im Folgenden "Ventil") 51 betätigt wird. Jedes Flußbeschränkungselement 48, 50, 52 und 54 ist mit dem Computer 62 durch elektrisch leitende Drähte 64, 66, 68 bzw. 70 verbunden. Zum Beispiel wird als Antwort bzw. Reaktion auf ein Signal vom Computer 62, das über den Draht 64 zum Durchflußbeschränkungselement 48 gesandt wurde, das Ventil 51 aktiviert, wodurch dem Ventilstößel 49 ermöglicht wird, die flexible Leitung 12 zwangsläufig zu kontaktieren und zusammenzudrücken bzw. zu komprimieren.
Abhängig von den Anweisungen, die durch den Computer 62 bereitgestellt werden, kann. der Ventilstößel 49 entweder nur teilweise oder vollständig den Fluidfluß bzw. -strom durch die flexible Leitung 12 blockieren. Wenn ein Fluß in der flexiblen Leitung 12 vollständig abzusperren ist, wird der Computer ein Signal senden, um das Durchflußbeschränkungselement 48 zu aktivieren, um so vollständig den Fluidfluß dadurch abzusperren. Gleichzeitig wird der Computer 62 ein Signal durch einen Draht 132 senden, um die Aktivierungsmittel 131 anzuweisen, die Trägeranordnung 13 weg von der Pumpe 36 zurückzuziehen, um dadurch die Leitung 12 von einem Kontakt mit den Pumpenwalzen 37a bis 37f außer Eingriff zu bringen. An diesem Punkt wird die Bewegung des spezifischen Fluidvorläufers, der innerhalb der Leitung 12 enthalten ist, zum Mischbehälter 46 aufhören.
Alternativ kann der Computer 62 entweder als Antwort auf vorprogrammierte Anweisungen oder auf Signale, die vom Sensor im Mischbehälter empfangen werden, irgendeines der Mehrzahl von Strömungs- bzw. Flußbeschränkungselementen 48, 50, 52 oder 54 anweisen, nur teilweise den Fluidfluß durch seine jeweilige flexible Leitung zu beschränken, wodurch ermöglicht wird, daß nur eine verringerte Menge des entsprechenden Vorläuferbestandteils zum Mischbehälter fließt bzw. strömt. Wie durch die Programmierungsdaten festgelegt, die in den Computer eingespeist worden sind, kann die Zugabe der Bestandteile in den Mischbehälter entweder sequentiell oder seriell durchgeführt werden.
Indem die Rückkopplungsschleife aktiviert wird, werden die gemessenen Werte einer physikalischen Eigenschaft, die zurück zum Computer 62 gesendet wurden, mit ihren entsprechenden gewünschten Werten einer physikalischen Eigenschaft verglichen. Basierend auf dem Unterschied, wenn überhaupt, zwischen den gemessenen und den gewünschten Werten kann der Computer 62 programmiert sein, um zu bestimmen, ob, und wenn, wieviel mehr von irgendeinem spezifischen individuellen Vorläuferbestandteil benötigt werden mag, um die gewünschte Fluidformulierung herzustellen, die die richtige Balance von physikalischen Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann, wenn die Formulierung gemischt wird, der Sensor 58 detektieren, daß die dynamische Viskosität niedriger ist, als sie für diesen Punkt im Prozeßzyklus vorausgesagt war. In einem derartigen Fall kann mehr des Vorläuferbestandteils, welcher beispielsweise ein Verdickungsmittel enthält, zugefügt werden, um das gewünschte Viskositätsniveau zu erreichen.
Wie durch das vorprogrammierte Formulierungsprotokoll angewiesen, wird der Computer 62 das gesamte System stillegen, sobald gewisse vorbestimmte Parameter erfüllt sind, wie beispielsweise Gesamtmasse, gewünschte Viskosität und/oder Ziel pH. Alternativ wird, wenn der Sensor 58 aktiviert wird, um Echtzeitprozeßinformation zum Computer 62 rückzuführen, sobald dann jede der physikalischen Eigenschaften, welche überwacht werden, ihrem entsprechenden gewünschten vorprogrammierten Wert einer physikalischen Eigenschaft entspricht, dann das Liefer- bzw. Zufuhrsystem stillgelegt. Jedoch kann es unverändert notwendig sein, entweder gemäß einem vorprogrammierten Protokoll, oder wie durch die Rückkopplungsinformation bestimmt, den Mischer für eine zusätzliche Zeitdauer eingeschaltet bleiben zu lassen, um die spezifischen Prozeßanforderungen für jede Formulierung zu erfüllen.
Ein zusätzliches wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Fluidformulierungssystems ist die Fähigkeit, das Reinigungsverfahren der Komponenten des Mischers 56 zu automatisieren. Wie in 1 gezeigt, ist benachbart zum Mischbehälter eine Reinigungskammer 90. Die Reinigungskammer 90 enthält einen Innenbehälter 92, welcher ein Reinigungsfluid enthält. Jegliche geeignete Reinigungskammer ist innerhalb der Betrachtung der vorliegenden Erfindung, wie z.B. Ultraschallkammern, Rührvorrichtungen, Innenspray- bzw. -sprühwascheinrichtungen oder Abriebschrubber. Das Reinigungsfluid kann irgendeines sein, das für ein Reinigen des Rests des Fluids, welches formuliert worden ist, von den verschiedenen Oberflächen des Mischers 56 geeignet ist. Der artige Reinigungsfluide können aus Wasser, Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln, wäßrigen oberflächenaktiven Stoffen, superkritischen bzw. überkritischen Fluiden oder irgendeiner Kombination davon bestehen.
Wenn eine Änderung von einem Typ einer Fluidformulierung zu einem anderen gemacht wird, ist es unumgänglich, den Mischer 56 zu reinigen, so daß die folgenden Fluidformulierungen nicht durch einen Rückstand von der vorhergehenden Formulierung verunreinigt werden. Der Computer 62 kann programmiert werden, um den Mischer 56 vom Mischbehälter 46 zu entfernen, indem die Regel- bzw. Steuermitteln 86 aktiviert werden, um den Mischer 56 vom Mischbehälter 46 vertikal zurückzuziehen. Der Mischer 56 wird dann entlang eines Abstützarms 88 durch irgendwelche herkömmliche mechanische, elektromagnetische oder hydraulische Mittel zu einer Position unmittelbar über der Spitze der Reinigungskammer 90 bewegt. Wenn sie in dieser Position sind, setzen die Regel- bzw. Steuermittel 86 die Mischerblätter bzw. -flügel 84 und die Welle 82 vollständig in den Innenbehälter 92 ein, wie dies in 4 gezeigt ist. Die Reinigungskammer 90 wird dann aktiviert, um einen vorprogrammierten Reinigungszyklus durchzuführen. Wenn dieser Zyklus fertig bzw. abgeschlossen ist, wird der Mischer aus der Reinigungskammer 90 zurückgezogen und dann entlang des Abstützträgers 88 zu einer Position direkt über dem Mischbehälter 46 bewegt, um Instruktionen vom Computer 62 abzuwarten, um den Mischbehälter einzubringen und seine Mischfunktion an einer neuen Formulierung zu beginnen.

Claims

System zum Herstellen einer Fluid- bzw. Flüssigkeitsformulierung, wobei die Fluidformulierung aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus Emulsion, Gel und kolloidalen Fluiden, umfassend: – eine Mehrzahl von flexiblen Leitungen, die jeweils ein Einlaß- und ein Auslaßende aufweisen, wobei die Mehrzahl von flexiblen Leitungen operativ innerhalb wenigstens einem aus einer Mehrzahl von Pumpenmitteln angeordnet ist, – wobei jedes Einlaßende der Mehrzahl von flexiblen Leitungen innerhalb einer Mehrzahl von Speicherbehältern angeordnet ist, wobei die Speicherbehälter jeweils einen unterschiedlichen flüssigen Fluidformulierungs-Vorläuferbestandteil enthalten, – wobei die Auslaßenden der Mehrzahl von flexiblen Leitungen angeordnet sind, um jeden der Vorläuferbestandteile in einen Mischkessel abzugeben bzw. zu liefern, – wobei das wenigstens eine aus der Mehrzahl von Pumpenmitteln zwischen den Speicherbehältern und dem Mischbehälter angeordnet ist, um eine Menge von jedem der Vorläuferbestandteile von seinem entsprechenden Speicherbehälter durch seine entsprechende flexible Leitung in den Mischkessel zu transportieren, – eine Mehrzahl von Strömungs- bzw. Flußbeschränkungselementen in operativer Verbindung mit jeder aus der Mehrzahl von flexiblen Leitungen, um unabhängig die Menge von jedem der Vorläuferbestandteile zu regulieren, die in den Mischkessel geliefert sind bzw. werden, – Mittel zum Mischen der kombinierten Vorläuferbestandteile in die Fluidformulierung innerhalb des Mischbehälters, – Reinigungsmittel, die benachbart den Mischmitteln angeordnet sind, und – einen Computer in operativer Verbindung bzw. Wechselwirkung mit den Pumpenmitteln, der Mehrzahl von Flußbeschränkungselementen und den Mischmitteln; – wobei das System weiters umfaßt, Sensormittel, die innerhalb der Mischmittel an geordnet sind, um quantitativ wenigstens eine aus einer Mehrzahl von physikalischen Eigenschaften der Fluidformulierung während eines Mischens zu messen, wobei die physikalischen Eigenschaften aus der Gruppe gewählt sind, bestehend aus Masse, Volumen, Viskosität und pH, wobei die Sensormittel die wenigstens eine aus der Mehrzahl von Messungen der physikalischen Eigenschaft in wenigstens eine aus einer Mehrzahl von entsprechenden gemessenen Werten einer physikalischen Eigenschaft konvertieren bzw. umwandeln, und – elektronische Sendemittel, um die wenigstens eine aus der Mehrzahl von Werten der gemessenen physikalischen Eigenschaften zu dem Computer zu übermitteln, wobei der Computer den wenigstens einen aus der Mehrzahl von Werten der gemessenen physikalischen Eigenschaft erhält, jeden Wert der gemessenen, physikalischen Eigenschaft mit einem entsprechenden gewünschten Wert einer physikalischen Eigenschaft vergleicht, wobei der gewünschte Wert der physikalischen Eigenschaft zuvor in die Computerdatenbank eingegeben wurde, und Ausgabesignale zu jedem aus der Mehrzahl von Flußbeschränkungselementen und den Pumpenmitteln sendet, um unabhängig die Menge an Vorläuferbestandteil zu regulieren, die durch jede entsprechende flexible Leitung in den Mischkessel fließt.
System nach Anspruch 1, wobei die Pumpenmittel eine peristaltische Pumpe sind.
System nach Anspruch 1, wobei die dynamischen Viskositäten der Fluidformulierung von 1 Centipois bis 10.000 Pois liegen.
Automatisiertes Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkeits- bzw. Fluidformulierung unter Verwendung des Systems von Anspruch 1, wobei die Fluidformulierung aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus Emulsion, Gel und kolloidalen Fluiden, umfassend die Schritte: – Eingeben eines Fluidformulierungsrezepts in die Datenbank eines Computers, wobei der Computer das automatisierte Verfahren steuert bzw. regelt, um die Fluidformulierung herzustellen, und wobei die Rezeptur alle Vorläuferbestandteile und Verfahrensschritte auflistet, die notwendig sind, um die Fluidformulierung auszubilden, wobei die Rezeptur auch wenigstens einen aus einer Mehrzahl von gewünschten Werten einer physikalischen Eigenschaft der Fluidformulierung umfaßt, – Abgeben bzw. Liefern einer Mehrzahl von Fluidformulierungs-Vorläuferbestandteilen zu einem Mischbehälter in Übereinstimmung mit den Anweisungen, die durch den Computer zur Verfügung gestellt sind, wobei jeder aus der Mehrzahl von Vorläuferbestandteilen durch eine aus einer Mehrzahl von flexiblen Leitungen durchtritt, wobei die Vorläuferbestandteile zu dem Mischkessel über die Tätigkeit von Pumpenmitteln gezwungen bzw. beaufschlagt sind, – Mischen der Vorläuferbestandteile in dem Mischkessel durch Mischmittel, um eine Fluidformulierung zu generieren, – Stoppen des automatisierten Verfahrens, wie dies durch den Computer angewiesen ist, wenn alle Vorläuferbestandteile, die durch die Rezeptur erforderlich sind, zu dem Mischbehälter zugefügt wurden und alle Mischverfahrensschritte, die in der Rezeptur enthalten sind, durchgeführt wurden und – Entfernen der Mischmittel aus dem Mischbehälter, Fördern der Mischmittel zu einem und Einsetzen derselben in einen Reinigungsbehälter, der in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Mischbehälter angeordnet ist.
Automatisiertes Verfahren nach Anspruch 4, weiters umfassend ein quantitatives Messen durch Sensormittel, die in dem Mischbehälter angeordnet sind, von wenigstens einer aus einer Mehrzahl von physikalischen Eigenschaften der Fluidformulierung während eines Mischens, wobei die physikalischen Eigenschaften aus der Gruppe gewählt sind, bestehend aus der Masse, Volumen, Viskosität und pH der Fluidformulierung, und ein Generieren bzw. Erzeugen eines entsprechenden Werts einer gemessenen physikalischen Eigenschaft für jede aus der Mehrzahl von gemessenen physikalischen Eigenschaften, – Senden des wenigstens einen aus der Mehrzahl von Werten der gemessenen physikalischen Eigenschaft zu dem Computer, – Vergleichen von jedem Wert einer gemessenen physikalischen Eigenschaft mit seinem entsprechenden Wert der gewünschten physikalischen Eigenschaft, wobei der Wert der gewünschten physikalischen Eigenschaft zuvor in die Computerdatenbank eingegeben wurde, – Senden von Ausgabesignalen von dem Computer zu jeder aus einer Mehrzahl von Strömungs- bzw. Flußbeschränkungseinrichtungen und den Pumpenmittel, um unabhängig die Menge von jedem der Vorläuferbestandteile zu regulieren, die zu dem Mischkessel abgegeben werden, und – Abschalten der Pumpenmittel und der Mischmittel, wenn die Kombination von jedem aus der Mehrzahl von Werten von physikalischen Eigenschaften mit jedem der Mehrzahl von Werten von gewünschten physikalischen Eigenschaften übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Pumpenmittel eine peristaltische Pumpe sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Viskosität der Fluidformulierung von 1 Centipois bis 10.000 Pois liegt.