CN107107076B - 撞击式离心分离器及其制造方法和级分收集*** - Google Patents

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Abstract

分离器(例如，撞击式离心分离器)用于在超临界流体***中收集两相流动流的液体部分。分离室界定内部空间，该内部空间由螺旋通道围绕并且具有在分离室的下部处的出口。流动流引导器(例如，入口管)集中流动流使得流动流以促使液体组分凝聚的角度撞击螺旋通道的壁。螺旋通道可以在撞击之后促使液体部分在约束螺旋通道内进一步凝聚。中心引导器也可以包含在分离室的内部空间中以促使气体组分朝向出口流动。可以包括滴落部，该滴落部例如在出口处与螺旋通道流体连通并且引导凝聚的液体进入收集容器。

Description

撞击式离心分离器及其制造方法和级分收集***
技术领域
本实施例的领域涉及包括超临界流体色谱(SFC)和超临界流体提取(SFE)在内的超临界流体***中的级分收集。
背景技术
一般地，填充柱色谱***使用分离单元(例如，色谱柱)来分离样品的分析物。例如，可以利用喷射阀将溶解在溶剂溶液中的样品(其包含各种分析物(例如，化合物)或其他样品成分)喷射到流动相流体流中，其中该流动相通常包括一种或多种溶剂。包含样品的流动相流动经过色谱柱，该色谱柱选择性地存留来自样品的分析物。来自样品的分析物利用柱的固定相(例如使用色谱柱内的填充材料或吸附剂)和流动相的相对洗脱强度经受有差别的存留。然后，被分离的分析物被引导到检测器以用于检测和分析，其中，与那些分析物在色谱柱内相应有差别的存留相对应地，每一种分析物在不同时刻从色谱柱中析出。经过一段时间的检测导致分别与样品的分析物对应的“峰值”，其中，每一个峰值的大小与样品中相应分析物的量相互关联。在制备型色谱***中，可以通过各种级分收集装置收集被分离的样品成分。
通常，流动相是由相应的泵送***提供的溶剂的混合物。溶剂至少包括强溶剂和弱溶剂，强溶剂和弱溶剂是指具有彼此相关并且与使用的固定相相关的相对洗脱强度的溶剂。强溶剂有助于将样品组分分到流动相中，由此减少存留，或者强溶剂有助于使色谱柱较快地传送。弱溶剂有助于将样品组分分到柱的固定相上，由此增加存留，并且弱溶剂可以用于缓和强溶剂的效果。尝试平衡流动相成分或强溶剂和弱溶剂之间的比率，以在色谱操作的速度和分析结果的质量之间提供可接受的折中。
一种类型的色谱***是超临界流体色谱(Supercritical FluidChromatography，SFC)。具有填充柱的SFC通常使用被称为改性剂的有机溶剂(例如，甲醇、乙醇、丙醇等)作为强溶剂并且使用高度压缩的致密气体(最常见的是二氧化碳(CO2))作为弱溶剂。应注意，尽管技术名称SFC暗示使用处于超临界状态的流体，但是实际使用的流体包括尽管致密但不一定为超临界的流体。
超临界流体提取(Supercritical Fluid Extraction，SFE)是使用与SFC流动相类似的流体作为提取溶剂以从其他组分(基质)中分离一种或多种组分(提取物)的方法。提取物通常来自固体基质，但是也可以来自液体。SFE可以用作用于分析目的的样品制备步骤，或者大规模地应用于从生成物中除去不期望的材料或收集期望的生成物。又，二氧化碳(CO2)是最常用的超临界流体，有时被更换成共溶剂，例如乙醇或甲醇。
可以通过使压力和温度变化来改变超临界流体的性质，从而允许有选择的提取。典型的SFE***包括用于CO2和任何共溶剂的泵送***、容纳样品的压力单元和一个或多个收集容器，其中，压力单元能够保持***中的压力。可以将液体泵送到加热区，在该加热区中，液体的温度可以升高到真正的超临界条件。然后，液体进入提取容器，在提取容器中，液体迅速地扩散到固体基质中并且溶解待提取的材料。溶解的材料从提取单元涌入处于较低压力的分离器，并且提取的材料被去除。
存在各种样品收集方法并且这些方法在以下文件中被公开：Kanamoto的与基于瓶盖的***有关的美国专利No.8,327,725“Sample collection container,samplecollection apparatus,and sample collection method in supercritical fluidsystem”；Berger的与加压管收集器有关的美国专利No.6,413,428“Apparatus and methodfor preparative supercritical fluid chromatography”；Perrut的与高压旋风收集有关的美国专利No.4,478,720“Fractionation process for mixtures by elutionchromatography with liquid in supercritical state and installation for itsoperation”；Fogelman的与近大气分离器有关的美国专利No.8,262,760“ProcessFlowstream Collection System”；以及Sidhu的与利用加压分离器内的专用滴注器有关的美国公开No.2014/0190890“Collection system for purification flowstreams”。Fogleman等人的名称为“Self Cleaning Gas-Liquid Separator for Serial orParallel Collection of Liquid Fractions”的美国公开No.2014/0283688与用作气液分离器的一部分的多孔凝聚式过滤器有关。
一般地，很多这些现有的方法包含在中等压力下或者在一些情形下在受控压力下分离流出物。在容纳容器中分离之后，通常从液体出口的相对端或与收集液体池相对地去除CO2。这些传统分离器通常在批量(手性(chiral))模式或顺序(库)模式下操作。批量模式操作通常避免需要强力清洗收集器，这是因为需在每一个(或多个中的一个)收集器上看到相同的化合物以避免被带出。顺序收集器通常需要展现出较高的、使带出最小化的自清洗度，并且展现出较高的流体元素的扩大度，这是因为每一次收集可以立即更换成下一个级分/容器。此外，成功地收集在分离器的下游处被切割的顺序级分可能需要高度确定(及时)的识别起始级分和终止级分的方式。在级分切割之前扩大分离器内的峰值可能引起相邻峰值出现，从而导致收集级分的纯度和回收两者损失。
期望提供一种级分收集，该级分收集无需所包含的容器来分离气体组分，无需外部压力控制来减少气雾的形成，或者无需专用的收集容器，同时还允许下游级分切割。
附图说明
结合附图阅读以下详细描述较佳地理解代表性实施例。在任何适用和实用的情况下，相同的附图标记指代同样的元件。
图1是根据代表性实施例的包括自动级分收集器的色谱***的简化框图。
图2是根据另一个实施例的包括多个唯一可用的级分收集器的另一个色谱***的简化框图。
图3是用于图1和图2的级分收集的撞击式离心分离器的实施例的侧视图。
图4是图3的撞击式离心分离器的仰视图。
图5是示出根据代表性实施例的撞击式离心分离器的制造方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，为了解释而非限制，阐述揭示具体细节的示意性实施例，以对根据本教导的实施例进行透彻的理解。然而，已经了解本公开的益处的人将清楚根据本教导的不具有本文公开的具体细节的其他实施例落入所附权利要求的范围内。而且，省略公知的装置和方法的描述，以避免使示例性实施例的描述变得不清楚。这种方法和装置落入本教导的范围内。
一般地，应当理解，如在说明书和所附的权利要求书中所使用的，术语“一”、“一个”和“该”包括单数指代对象和复数指代对象两者，除非本文另有明确说明。因此，例如，“一装置”包括一个装置和多个装置。
如在说明书和所附的权利要求书中所使用的，除了其普通含义外，术语“基本的”或“基本地”是指在可接收的界限或程度内。例如，“基本地被取消”是指本领域技术人员将考虑取消可被接受。作为另外的示例，“基本地被移除”是指本领域技术人员将考虑移除是可被接受的。
如在说明书和所附的权利要求书中所使用的，除了其普通含义外，术语“近似”是指在本领域技术人员可接收的界限或数量内。例如，“近似相同”是指本领域技术人员将考虑被比较的物品是相同的。
根据理论定义，超临界流体是温度和压力高于其临界点的任何物质，在该临界点处不存在明显的液相和气相。对于本公开的目的，术语超临界流体应当被认为还包括含有低于临界点的致密气体的流体，该流体仍然能够与液体有机改性剂混合并且表现为单相流体。该定义与如今使用的基于二氧化碳的“超临界流体”色谱***的常用用途相容。
优选实施例可以用于从流动流中收集液相样品或流的过程。液体可以来自过程流***的全部或一部分，该过程流***可以包含在压力下与液体混合的超临界流体或液化气体，并且对实质上在大气压下从流动流中分离的液相进行收集。优选实施例可以用于使用超临界和近临界材料的制备型色谱和提取。
图1是根据代表性实施例的色谱***的简化框图。参照图1，将描述从离开示例性超临界流体色谱(SFC)***100的流出物中收集级分的实施例。该SFC***100使用流动相，该流动相通常包括通过相应的泵12和22泵送的储液器10中非极性组分(例如二氧化碳)和储液器20中的极性有机液体。泵12和22被图示为单个泵，但是也可以额外地包括公知的特征(未示出)(例如冷却器、减震器)和额外的泵，以便提高效率或传输特性。在汇合成色谱流动相之前，被计量并且被加压的流体分别离开泵12和22并进入管路14和24中。
色谱流动相流动经过喷射器30。喷射器30将待分离的等分样品喷射到色谱流动相中。喷射器30可以通过自动液体取样***或基于阀的喷射方法来实现，如本领域的技术人员所理解的。在离开喷射器30之后，含有等分样品的色谱流动相将被引导到分离柱40。分离柱40包括填充固定相，其通过分离柱40的固定相和色谱流动相之间有差别的亲和性来分离样品成分。在被引导到例如一个或多个检测器50和52之前，在色谱流动相内被分离的样品成分离开分离柱40。检测器52(可选地作为SFC***100的一部分被包括在内)可以是破坏性检测器，例如质谱仪。
检测器50示例性地作为非破坏性检测器(例如，使用例如圆二色性技术的基于手性的检测器或UV二极管阵列检测器)被包含在SFC***100内。一个或多个检测器(例如，检测器50和52)检测来自分离柱40的流出物中的样品成分并且向控制器400提供表示样品成分的信号。在不脱离本教导的情形下，检测器50和52每一者可以包含各种类型的多个独立的检测器。在离开检测器50之后，柱流出物经过后压力调节器(BPR)60。该后压力调节器60将上游压力保持为高于如下压力：在该压力下，色谱流动相与检测器相兼容并且色谱流动相保持为单相。由后压力调节器60维持的该上游压力可以在90bar到200bar的示例性范围内操作。可选泵76可用于将额外的补充流体从储液器70泵送经过管路78，以与柱流出物汇合。该补充流体通常包括诸如甲醇之类的有机液体，该有机液体可能夹带有添加剂以增强检测器操作。管路78的接点被示例性地示为后压力调节器60的下游，但是也可以等效地位于后压力调节器60的上游和分离柱40的下游的点处。
在离开后压力调节器60之后，包含样品成分和色谱流动相组分的柱流出物的压力下降并且变成两相。在离开后压力调节器60之后，二氧化碳膨胀并且冷却，由此变成不与有机液体组分混合。可选加热器80可用于恢复离开的二氧化碳在膨胀时所损失的一些热量。然后，离开后压力调节器60和加热器80的膨胀的色谱流出物被引导到一个或多个级分收集器200和300。
级分收集器200和300示例性地通过控制器400来知晓由一个或多个检测器50、52检测到的分离样品成分的存在。在各种实施例中，级分收集器200和300示例性地为相似的类型并且包括收集换向阀270。收集换向阀270包括通向收集位置或转向位置的两个位置，在收集位置，膨胀的流出物经由连接到阀口274的管路230进入，然后流出物被引导到口276和管路240，，在转向位置，膨胀的流出物被引导到与阀口272相连接的管路250。管路250离开级分收集器200并且可以被引导到一个或多个后续级分收集器300、检测器或废料池。级分收集器200还可以包括多个收集容器220、222和224和定位臂210，该定位臂210使撞击式离心分离器260位于特定收集容器的上方。尽管示出三个收集容器220、222和224，但是经由定位臂210可用的容器的数量通常更大。
控制器400可以基于来自检测器50和52中的一者或多者的信号或者基于时间来作出收集膨胀的流出物的等分式样或级分的决定，其中，该时间通常与喷射器30对等分样品的喷射有关。当控制器400已经确定期望收集的级分存在于阀口274处的管路230中时，指示阀270将流动流从换向位置切换到收集位置。该切换被示例性地示为将连接阀口274和阀口272的凹槽278移动到将阀口274连接到阀口276的不同位置。在阀270处于收集位置(在该位置处，凹槽278将口274和276相连接)的情况下，流动流沿着管路240进入撞击式离心分离器260。当基于时间、检测器信号或收集体积来检测级分的过程终止时，控制器400可以指示阀270切换到转向位置，在该位置处，凹槽278将口272和274相连接。定位臂继而可以移动到后续收集容器220、222和224，并且可以重复进行收集过程。正如本领域技术人员理解的，阀270的实施方式不限于示出的旋转阀，并且还可以包括电磁阀或其他类型的阀。
控制器400可以指示级分收集器300或其他后续级分收集器(如果存在)(未示出)以类似的方式收集级分。在收集特定样品的任何以及所有级分之后，喷射器30可以喷射后续样品以便由级分收集器200和300进行检测和收集。在收集级分的动作中，级分收集器可以串联地进行操作，即，在使用后续收集器中的器皿之前，来自特定样品的所有级分被收集于串联地布置在特定收集器内的收集容器中，或者可替代地，级分收集器可以在第一收集器内的容器中收集第一级分并且在后续收集器中收集第二级分，或者相合用，其中，来自多次喷射的共同级分收集在共用(合用)容器中。此外，最后的收集器可以用作回收收集器或废料收集器，从而未被上游收集器收集的所有样品成分被收集成单一的回收级分。在未收集到真正感兴趣的级分的情况下，可以随后再次喷射该回收级分。
在示例性库(顺序)提纯情形中，喷射器30可以使用自动液体取样器来相继地喷射一个或多个样品，从而在控制器400的指示下进行提纯。针对每一个连续样品，包括泵12和22的流动相输送***可以无梯度模式或者以组合、压力和/或流动梯度模式操作。控制器400可以通过监测信号、时间或一个或多个检测器50和52来识别期望的、可收集的样品组分的存在。通过识别出每一种期望的可收集组分，控制器400控制级分收集器200将其定位臂210位于所需的干净的收集容器220、222和224的上方，并且控制级分收集器200通过将收集换向阀270切换到收集位置(在该位置处，凹槽278与阀口276流体连通)来开始进行收集。在识别到期望组分的洗脱终止时，控制器400将指示级分收集器200将收集换向阀270切换到转向位置(在该位置处，凹槽278与阀口272相连通)并且将定位臂210移动至下一个干净的容器220、222和224并且因此将当前容器认为是使用过的。对于每一个待提纯的样品，可以继续重复该过程。
在图2中示出另一个实施例。在该实施例中，使用多个本发明的撞击式离心分离器。图2的色谱***100以与图1中所述的方式相同的方式操作。然而，图2示出多口转动式收集阀470。收集阀470包括连接到凹槽478的共用入口471，凹槽选择性地连接到口472、474、476。每一个阀出口472、474、476分别连接到管路572、574、576。管路572、574、576分别连接到撞击式离心分离器582、584、586的入口管。每一个撞击式离心分离器582、584、586分别物理地定位在收集容器692、694、696的上方。由收集阀470可用的口的实际数量取决于所选阀并且可以示例性地包括8、10或12个单独的可寻址口。每一个阀口472、474、476以及任何额外的可选口、相应的管路、分离器和容器(未示出)可以按照相同的方式操作。
通过后压力调节器60和可选加热器80而离开SFC***100的柱流出物经过管路430进入收集阀470的共用口471。转动凹槽478示为连接到阀口472。在该位置，柱流出物通过收集阀被引导到管路572并且进入撞击式离心分离器582。如本文所述，撞击式离心分离器582将流动相的气体部分和液体部分分离。离开分离器582的液体部分收集在容器692中。
在控制器400基于来自检测器50和52的信号或者基于时刻的指示下，转动式收集阀470可以切换到不同的位置。例如，凹槽478可以转动为将共用口471连接到出口474，由此引导柱流出物从管路430进入管路574。被引导经过管路574的任何流出物将在撞击式离心分离器584中被分离并且液体部分被收集在容器694中。控制器400还可以指示收集阀470切换成例如经由凹槽478将共用口471连接到出口476。在该示例性位置，柱流出物从管路430行进到管路576由此进入撞击式离心分离器586。进入撞击式离心分离器586的流出物被分离并且液体部分被收集在收集容器696中。
在示例性基于手性的(批量)分离中，喷射器30将等分手性样品喷射到流动相，同时控制器400可以开始指示选择阀470定位为使得凹槽478将共用口471连接到出口474，从而允许在容器694中收集柱流出物。当控制器400在共用口471处识别到第一分离对映体存在于管路430中时，控制器400可以指示选择阀470将凹槽472切换到出口472，因此在容器692中收集第一分离对映体。当控制器400基于来自检测器50和52的信号或基于时刻识别到第一分离对映体的洗脱终止时，指示收集阀返回到出口474。
当在共用口471处识别到第二分离对映体存在于管路430中时，控制器400可以指示收集阀470使凹槽478转动为将共用口471连接到出口476，由此引导柱流出物经过管路576并且指示撞击式离心分离器586将液体部分收集在容器696中。在控制器400识别到第二对映体的洗脱终止时，控制器400可以指示收集阀470将凹槽472返回到出口474。在本领域中被称为堆叠喷射的过程中，可以继续对相应容器692和696中的第一对映体和后续第二对映体进行该重复的喷射、识别和收集。
如图1和图2中教导的撞击式离心分离器760的操作被描述为位于阀的下游以执行级分切割并且位于最后的收集容器的尾上游。根据本教导应当清楚，撞击式离心分离器760可以位于进入的两相流动流中并且连续地分离该两相流动流，从而分离液体沉积到中间容器中以被主动地排出。在该实施例中，从撞击式离心分离器760流出的、被收集在中间容器中的液体流以如下速率被连续地泵送到下游液体级分收集器：该速率防止在中间容器内汇集。在没有扩大或融合液体元素的情形下，撞击式离心分离器760的连续性和行进通过撞击式离心分离器760的时间的确定性特别适合于这种下游级分切割。
所示出的使用图1和图2中的超临界流体色谱(SFC)***的色谱分离的示例性操作所产生的流出物与超临界流体提取(SFE)技术产生的流出物性质相似且相容。在两种技术中，分别含有夹带有样品成分的有机改性剂和二氧化碳的柱或提取腔的流出物被引导经过后压力调节器，以用于膨胀和后续的收集。上游SFC和SFE流动流可以互换地使用参照图1和图2所述的实施例所教导的下游收集机构和装置。
控制器400可以包括与流动相泵送部件、进样部件、分离部件、检测装置和级分收集器连接的处理器，以控制色谱过程的方面。应当理解，在不脱离本教导的范围的情况下，色谱***100的控制器和处理器以及其他部件之间的各种连接可以是能够控制通信的任何类型的有线连接和/或无线连接。例如，处理器可以控制泵和泵送***的操作、进样装置中的压力水平和/或混合比率，并且处理器可以监测各种控制参数，例如流速、时间等。此外，处理器可以接收来自各种检测装置的与样品检测相关的数据(例如，与被分离分析物对应的检测峰值、峰值宽度、分辨率、效率)。接收到的数据可以被显示和/或被存储以例如用于分析或者用于调整与例如喷射、泵送或分离有关的控制要素。
一般地，控制器400的处理器可以通过使用软件、固件、硬接线逻辑电路或其组合的(例如，个人计算机(PC)或专用工作站的)计算机处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编辑门阵列(FPGA)或其组合来实现。具体地，计算机处理器可以包括硬件、固件或软件构架的任何组合，并且可以包括存储器(例如，易失存储器和/或非易失存储器)，该存储器用于存储允许其执行各种功能的可执行的软件/固件可执行码。在实施例中，计算机处理器可以包括例如执行操作***的中央处理单元(CPU)。
此外参照图3和图4，现在将描述如在图1和图2中示出的级分收集(这里被标记为260、582、584和586)中所使用的撞击式离心分离器760的实施例的其他细节。撞击式离心分离器760可以在进入的流动流上连续地以及顺序地操作，从而被动地将废气与液体流分离。分离包括使作为高速流进入分离器的气雾液滴凝聚，由此慢慢变为从分离器离开的低能量流和一系列液滴。撞击式离心分离器760可以仅使用穿过分离器的进入流动流的动能，而无需任何外部气流或装置，以在分离器内产生更均匀的流动。对进入流动流进行的这种连续以及顺序的分离操作可以使所需的和所期望的传送时间确定，以允许在撞击式离心分离器760的下游处进行级分切割的时间准确并且精确。
如上所讨论的，撞击式离心分离器760用于在超临界流体***(例如，SFC***或SFE***)中收集两相流动流的液体部分。如上所详细讨论的，两相流动流包括气体组分(例如，CO2)和液体组分(例如，甲醇)。撞击式离心分离器760包括分离室762，例如，该分离室被示为盘绕管。内部空间764由分离室762界定并且由向该内部空间764开口的约束螺旋通道766围绕。约束螺旋通道766位于分离室762的内壁上。约束螺旋通道766可以是分离室762的内壁的组成部分或者可以设置为例如与分离室762的内壁邻近的分离的且不同的特征。
内部空间764和约束螺旋通道766在分离管762的下部或底部处具有共用出口768。如图3和图4所示，分离器760具有水平的取向，其中，向下出口沿着竖直轴线。当然，具有约束螺旋通道766的分离室762可以以其他方式(例如，通过模制)形成。约束螺旋通道766可以具有可变的特性，例如形状、半径、螺距、尺寸和深度。约束螺旋通道766的形状可以具有包括圆形、抛物线形、椭圆形和矩形轮廓的各种凹形示例；具有或不具有例如唇形上缘或下缘的特征。内部空间764的形状可以随着直径的增加或减小而变化，以改变约束螺旋通道766在其长度上的有效半径。约束螺旋通道766的尺寸在其长度上可以是恒定的或变化的。例如，在接近共用出口768时加深的约束螺旋通道766有利于约束缓慢的液体。
流动流检测器由具有远端772的入口管770界定，该入口管770被构造为运送和集中两相流动流。入口管770进入分离室762，使得离开远端772的两相流动流在以如下促使角度撞击约束螺旋通道766的壁时集中在不同的区域上：该角度促使液体组分在约束螺旋通道766内凝聚。入口管770可以径直进入分离室762，或者可以包括约束螺旋通道766内的一个或多个弯曲或绕回，以使液体朝入口管770的外壁附加地移动，从而有利于改变离开入口管770的远端的出口锥的形状。通过将液体流集中并继而约束在螺旋通道内，避免因流体沿不均匀路径行进而导致级分沿较大表面(例如管壁)扩大。约束螺旋通道766是向下螺旋的通道并且被构造为：在两相流动流撞击壁之后，促使约束螺旋通道766内凝聚的液体在约束螺旋通道766内行进期间进一步凝聚，这是因为液体向心地减速。流动流撞击约束螺旋通道766的壁的角度产生凝聚气雾的集中撞击区域。离开入口管770的远端772的流体与和约束螺旋通道766相切的直线所形成的撞击角度应示例性地小于约30°，以促使形成细流和滑动的撞击并且没有反弹。更接近于竖直的过大的撞击角度可能导致带有反弹的液滴撞击，由此产生并溅出位于约束通道之外并进入到离开的气体流中的气雾组分。纯相切角度可以防止离开入口管770的远端772的锥形两相气雾流撞击约束螺旋通道766并且在壁上凝聚。当然，使流动流集中以撞击约束螺旋通道766的壁的其他流动流引导器布置是可行的。
与旋风分离器(其中，允许气雾组分进入或具体地被引向空间的内部部分，并且允许有时间朝外表面漂移)不同，本实施例的液体组分由流动流引导器集中，以立即沿着约束螺旋通道766的壁撞击，并且本实施例的液体组分通常没有机会围绕内部空间764移动同时朝外壁漂移。在撞击之后，力矩使液体组分沿着约束螺旋通道766移动。向心减速使得液体损失能量和速度，从而进一步凝聚成较大的且较慢的流。较慢的流在下降时易于沿着位于分离室762的下部的终端边缘或者可选地通过滴落部776离开约束螺旋通道766。通过移动经过分离室762而无需额外的能量维持流动，液体在入口流动停止时自然地离开。
中心引导器774可以定位在分离管762的内部空间764中，并且构造为促使两相流动流的气体组分围绕引导器并且朝向分离管762的底部处的共用出口768流动。中心引导器不是必需的，并且本实施例可以在没有中心引导器的情形下操作。然而，中心引导器774对流动流的气体部分提供了额外的约束，从而有利于围绕中心引导器774旋动。在撞击约束螺旋通道766壁的液滴将要发生反弹并且进入气体流的情况下，围绕中心引导器774的类似旋风的效果将有利于被约束在螺旋通道766内的剩余液体凝聚。这些类似旋风的效果尽管是有益的，但是与撞击提供的凝聚相比是次要的。共用出口768中的可选滴落部776与分离室762的底部处的约束螺旋通道766流体连通并且被构造为将凝聚液体引导到例如收集容器中(如图1和图2所示)。滴落部776(当存在时)将缓慢的且凝聚的液体流运送至出口768的中心，在该中心处离开的气体流可以对形成的液滴提供额外的剪切力，从而有助于吹动液滴离开滴落部776。
在实施例中，中心引导器774是在共用出口768的方向上变窄的锥形中心引导器。这里，入口管770在邻近锥形中心引导器的锥体的开始处进入分离室762。中心引导器774的上部778使分离室762的顶部闭合。在实施例中，入口管770进入分离室762并且在远端772之前遵循约束螺旋通道766的一部分以用于例如转动的一部分或全部，在远端772处两相流动流离开并且撞击约束螺旋通道766的壁。在实施例中，可以加热中心引导器774以在入口管770处减少或消除一些冷流效应。
在实施例中，约束螺旋通道766可以具有可变螺距，该可变螺距在共用出口768中的滴落部776处明显接近于竖直。此外，在实施例中，在分离器下方可以包括漏斗以接收来自约束螺旋通道766的终端边缘或者可选地滴落部776的凝聚液体。撞击式离心分离器760的其他实施例可以包括其他改进，例如对分离器760、中心引导器774或进入的两相流动流进行加热。这种加热减少环境水分凝聚的可能性。如果进入流动流通过或沿着较大面积表面经过，单个入口管770集中流动流以在单个撞击区域撞击约束螺旋通道766的特性防止实质上会发生的扩大。如果允许液滴在约束螺旋通道766内的各种或多个位置处进入离开的流动流，经由入口管770进入约束螺旋通道766内的集中进入点进一步防止将发生的流体元素的混杂。尽管已经教导单个约束螺旋通道766和入口管770，但是在不脱离本教导的范围的情形下可以围绕内部空间764实施多个约束螺旋通道766和入口管770的实例，从而增加撞击式离心分离器760的过流能力。多个并联的约束螺旋通道766和入口管770的实例可能需要约束螺旋通道的形状和长度以及入口管770的内径和流速相一致，以维持通过每一个约束螺旋通道766的相同的液体流速和传送时间。
将参照图5描述本实施例的方法的方面。该方法用于制造在超临界流体***中收集两相流动流的液体部分的撞击式离心分离器760。又，两相流动流包括气体组分和液体组分。该方法开始并且包括提供(块800)分离室762，该分离室界定由向内部空间764敞开的约束螺旋通道766围绕的内部空间764，约束螺旋通道766位于分离室762的内壁上，内部空间764具有在分离室762的下部或底部处的出口768。该方法包括将流动流引导器(例如，具有远端772的入口管770)定位成(块802)使两相流动流集中进入约束螺旋通道766中，使得离开远端772的两相流动流以促使液体组分在约束螺旋通道766内凝聚的角度撞击约束螺旋通道766的壁。
如上所讨论的，约束螺旋通道766构造为：在两相流动流撞击壁之后，促使液体部分在约束螺旋通道766内向心减速期间进一步凝聚。该方法可以包括将中心引导器774定位(块804)在分离室762的内部空间764中，并且该中心引导器被构造为促使两相流动流的气体组分朝向分离管762的底部处的共用出口768流动。在块806，该方法可以包括形成滴落部776，该滴落部776在位于分离室762的底部的共用出口768处与约束螺旋通道766流体连通，该滴落部被构造为将凝聚的液体引导到收集容器中(如图1和图2所示)。
通过级分收集器的开管状撞击式离心分离器实现了级分的收集，而无需被包含的容器来分离CO2并且无需外部压力控制来减少气雾的形成。
本领域技术人员理解，根据本教导的变形例是可行的并且落入所附权利要求书的范围内。在查阅本文的说明书、附图和权利要求书之后本领域技术人员将清楚这些或其他变形例。因此，本发明受所附权利要求书的精神和范围的限制。

Claims (20)

1.一种用于在超临界流体***中收集两相流动流的液体部分的撞击式离心分离器，所述两相流动流包括气体组分和液体组分，撞击式离心分离器包括：
分离室，其界定由螺旋通道围绕的内部空间，所述螺旋通道向所述内部空间敞开，所述内部空间具有在所述分离室的下部处的出口；和
流动流引导器，其由具有远端的入口管界定，其中，所述入口管进入所述分离室，使得离开所述远端的所述两相流动流集中进入所述螺旋通道中，使得所述两相流动流以促使所述液体组分在所述螺旋通道内凝聚的角度撞击所述螺旋通道的壁。
2.根据权利要求1所述的撞击式离心分离器，其中，所述流动流引导器包括入口管，所述入口管具有远端，所述入口管进入所述分离室使得离开所述远端的所述两相流动流集中并且以促使所述液体组分在约束螺旋通道内凝聚的角度撞击所述螺旋通道的所述壁。
3.根据权利要求2所述的撞击式离心分离器，其中，所述入口管进入所述分离室并且在所述入口管的所述远端引导所述两相流动流撞击所述螺旋通道的所述壁之前遵循所述螺旋通道的一部分。
4.根据权利要求1所述的撞击式离心分离器，还包括锥形中心引导器，所述锥形中心引导器位于所述分离室的所述内部空间中并且被构造为促使所述两相流动流的所述气体组分朝向所述分离室的下部处的所述出口流动。
5.根据权利要求4所述的撞击式离心分离器，其中，所述锥形中心引导器的上部使所述分离室的顶部闭合。
6.根据权利要求1所述的撞击式离心分离器，其中，所述螺旋通道被构造为：在所述两相流动流撞击所述壁之后，促使所述液体部分在所述螺旋通道内向心减速期间进一步凝聚。
7.根据权利要求1所述的撞击式离心分离器，还包括滴落部，所述滴落部在所述出口处与位于所述分离室的所述下部的所述螺旋通道流体连通并且被构造为将凝聚的液体引导到收集容器中。
8.根据权利要求1所述的撞击式离心分离器，其中，所述螺旋通道被界定在所述分离室的内壁中。
9.根据权利要求1所述的撞击式离心分离器，其中，所述螺旋通道具有至少一个能够变化的特性，并且所述能够变化的特性选自形状、半径、螺距、尺寸和深度中的一个。
10.一种用于在超临界流体***中收集两相流动流的液体部分的级分收集***，所述两相流动流包括气体组分和液体组分，所述级分收集***包括：
至少一个撞击式离心分离器，其被构造为将所述两相流动流分离成所述气体组分和所述液体组分，并且引导所述液体组分被收集到至少一个收集容器中；
每一个所述撞击式离心分离器包括
分离室，其界定由螺旋通道围绕的内部空间，所述螺旋通道向所述内部空间敞开，所述内部空间具有在所述分离室的下部处的出口；和
流动流引导器，其由具有远端的入口管界定，其中，所述入口管进入所述分离室，使得离开所述远端的所述两相流动流集中进入所述螺旋通道中，使得所述两相流动流以促使所述液体组分在所述螺旋通道内凝聚的角度撞击所述螺旋通道的壁。
11.根据权利要求10所述的级分收集***，还包括定位机构，其联接到所述至少一个撞击式离心分离器并且被构造为将所述至少一个撞击式离心分离器选择性地定位在多个所述收集容器中的每一者的上方。
12.根据权利要求10所述的级分收集***，其中，所述至少一个撞击式离心分离器为多个撞击式离心分离器，所述多个撞击式离心分离器中的每一个与多个所述收集容器中的一者相对应。
13.一种用于在超临界流体***中收集两相流动流的液体部分的撞击式离心分离器的制造方法，所述两相流动流包括气体组分和液体组分，所述方法包括以下步骤：
形成分离室，所述分离室界定由螺旋通道围绕的内部空间，所述螺旋通道向所述内部空间敞开，所述内部空间具有在所述分离室的下部处的出口；
提供流动流引导器，所述流动流引导器由具有远端的入口管界定，其中，所述入口管进入所述分离室，使得离开所述远端的所述两相流动流集中进入所述螺旋通道中，使得所述两相流动流以促使所述液体组分在所述螺旋通道内凝聚的角度撞击所述螺旋通道的壁。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述流动流引导器包括入口管，所述入口管具有远端，所述入口管进入所述分离室使得离开所述远端的所述两相流动流集中并且以促使所述液体组分在约束螺旋通道内凝聚的角度撞击所述螺旋通道的所述壁。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述入口管进入所述分离室并且在所述入口管的所述远端引导所述两相流动流撞击所述螺旋通道的所述壁之前遵循所述螺旋通道的一部分。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：将锥形中心引导器定位在所述分离室的所述内部空间中，所述锥形中心引导器被构造为促使所述两相流动流的所述气体组分朝向所述分离室的下部处的所述出口流动。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述锥形中心引导器的上部使所述分离室的顶部闭合。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述螺旋通道被构造为：在所述两相流动流撞击所述壁之后，促使所述液体部分在所述螺旋通道内向心减速期间进一步凝聚。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：形成滴落部，所述滴落部在所述出口处与位于所述分离室的所述下部的所述螺旋通道流体连通并且被构造为将凝聚的液体引导到收集容器中。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述螺旋通道形成在所述分离室的内壁中。
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