專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以流體為攜帶介質(zhì)進(jìn)行粉碎或乳化的過(guò)程裝備，尤其涉及以流體間的剪切 力來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)化均質(zhì)多相料液的細(xì)化均質(zhì)機(jī)，屬于過(guò)程裝備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在過(guò)程工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)有效地將一種物質(zhì)(液體或固體)細(xì)化或均勻地分散在不相 溶的流體中的目的，通常采用細(xì)化均質(zhì)機(jī)來(lái)進(jìn)行處理。其中又涉及到很多需要依靠流體間 的剪切力來(lái)進(jìn)行細(xì)化均質(zhì)處理的多相料液，如韌性物質(zhì)的細(xì)化、不相容液體的乳化。對(duì)于 這類(lèi)待均質(zhì)的料液，能夠有效地實(shí)現(xiàn)超細(xì)粉碎或超細(xì)乳化的高剪切過(guò)程裝備具有很強(qiáng)的工 業(yè)實(shí)用性。下面以當(dāng)前的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)來(lái)說(shuō)明這類(lèi)過(guò)程急需解決的問(wèn)題。當(dāng)前，高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)可以分為以壓力來(lái)推動(dòng)流體通過(guò)微型孔道的壓力式高剪切細(xì) 化均質(zhì)機(jī)和以原動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀齒式高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)兩類(lèi)。壓力式細(xì)化均質(zhì)過(guò)程中 流體間的高剪切應(yīng)力主要集中在細(xì)微通道的壁面邊界層內(nèi)，而主流區(qū)域中流體間的剪切應(yīng) 力很小；致使主流區(qū)域內(nèi)所攜帶的顆粒粒子只經(jīng)歷很小的剪切應(yīng)力作用而難以達(dá)到細(xì)化均 質(zhì)的目的；即使循環(huán)處理多次也難以保證所有的顆粒粒子都經(jīng)歷邊界層內(nèi)的高強(qiáng)剪切作用。旋轉(zhuǎn)刀齒式高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)由于其離心擠壓力的作用，只有一部分流體及其所攜帶 的顆粒粒子進(jìn)入刀齒之間的間隙而經(jīng)歷高剪切作用，而相當(dāng)部分的流體及其所攜帶的顆粒 粒子直接從齒間的空隙流出而只經(jīng)歷很小的剪切作用，致使這部分流體消耗大量的機(jī)械能 卻沒(méi)有對(duì)顆粒粒子起到高剪切的作用；為了達(dá)到一定的均質(zhì)效果，如公告號(hào)為CN1340375所描述的那樣，通常將其與一個(gè)容器結(jié)合來(lái)進(jìn)行循環(huán)操作，但均質(zhì)后的單分散性仍然受到 限制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要解決當(dāng)前高剪切細(xì)化均質(zhì)過(guò)程中存在相當(dāng)數(shù)量的流體及其所攜帶 的顆粒粒子經(jīng)過(guò)高剪切過(guò)程裝備卻沒(méi)有經(jīng)歷高剪切作用的技術(shù)問(wèn)題，提供一種以流體高剪切作用來(lái)有效實(shí)現(xiàn)粉碎或乳化的過(guò)程裝備。該過(guò)程裝備可以根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求來(lái)調(diào)節(jié)流 體間高剪切作用的強(qiáng)度，使其中的流體及其所攜帶的顆粒粒子均有經(jīng)歷流體間高剪切作用 的機(jī)會(huì)，直接得到單分散性良好的產(chǎn)品，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)。為此，本發(fā)明提供了一種高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，除包含有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)料通道、出料通道、底座外，還包含有由旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的外表面、外圓筒的內(nèi)表面和端面 檔板的內(nèi)端面構(gòu)成的高剪切細(xì)化均質(zhì)室；其中，旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的軸心線與外圓筒的軸心線位 于同一軸線上，端面擋板位于旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒外表面與外圓筒內(nèi)表面所構(gòu)成的環(huán)隙空間的端部， 構(gòu)成高剪切細(xì)化均質(zhì)室的相鄰部件間具有密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)料通道和出料通道分別與高剪切細(xì) 化均質(zhì)室相通。其工作原理為當(dāng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度超過(guò)一定程度時(shí)，待處理料液在高 剪切細(xì)化均質(zhì)室內(nèi)形成二次渦流，二次渦流在高剪切細(xì)化均質(zhì)室圓筒壁面附近形成遠(yuǎn)高于 環(huán)隙內(nèi)流體空間平均剪切應(yīng)力的高剪切區(qū)域，高剪切區(qū)域內(nèi)的顆粒粒子經(jīng)受高剪切的作用 而得到細(xì)化均質(zhì)的料液；同時(shí)，二次渦流在環(huán)隙尺度范圍內(nèi)將高剪切細(xì)化均質(zhì)室內(nèi)未經(jīng)歷 高剪切作用的顆粒粒子輸送到壁面附近的高剪切區(qū)域進(jìn)行均質(zhì)處理，從而在不需要循環(huán)操 作的條件下就可以確保得到單分散性良好的細(xì)化均質(zhì)產(chǎn)品；再加上二次渦流在小環(huán)隙尺度 范圍內(nèi)沿軸向在近壁區(qū)域交替形成的強(qiáng)沖擊流動(dòng)以及沿徑向向外的強(qiáng)射流流動(dòng)，所形成的 沖擊效應(yīng)與剪切效應(yīng)都將進(jìn)一步細(xì)化和破碎料液中的顆粒粒子。本發(fā)明中的外圓筒是可以旋轉(zhuǎn)的；當(dāng)外圓筒與旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在較低轉(zhuǎn)速條 件下就能夠提高在高剪切細(xì)化均質(zhì)室內(nèi)流體間的平均剪切應(yīng)力。本發(fā)明中的髙剪切細(xì)化均質(zhì)室的環(huán)隙在徑向方向上的尺寸可以是不一致的；在環(huán)隙徑 向尺寸較大的空間內(nèi)的流體間的平均剪切應(yīng)力較小，但消耗的能源較小，適合進(jìn)行較大顆 粒的細(xì)化均質(zhì)或預(yù)細(xì)化均質(zhì)過(guò)程；環(huán)隙徑向尺寸較小的空間內(nèi)的流體間的平均剪切應(yīng)力較 大，適合進(jìn)行較小顆粒的細(xì)化均質(zhì)，保證最終產(chǎn)品的細(xì)化均質(zhì)指標(biāo)；其結(jié)構(gòu)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn) 內(nèi)圓筒的外半徑和外圓筒的內(nèi)半徑在軸向方向上的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中的進(jìn)料通道可以包含一個(gè)總管路和一個(gè)或一個(gè)以上的支管路，總管路與一個(gè) 或一個(gè)以上的支管路的一端相通，支管路的另一端與料液儲(chǔ)罐相通，且支管路上設(shè)有流量 調(diào)節(jié)裝置；當(dāng)只需要均質(zhì)一種料液時(shí)，就可以只使用其中的一個(gè)進(jìn)料管支路，而將其余進(jìn) 料管支路關(guān)閉；當(dāng)需要對(duì)不同的料液進(jìn)行均質(zhì)處理時(shí)，不同的料液可以分別從不同的進(jìn)料 支路管經(jīng)匯總后進(jìn)入高剪切細(xì)化均質(zhì)室；不需要預(yù)混合處理就可以實(shí)現(xiàn)細(xì)化均質(zhì)過(guò)程。本發(fā)明可以在旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的軸心線位置設(shè)置中心通道，中心通道的一端與進(jìn)料通道的 總管相通；旋轉(zhuǎn)圓筒的徑向方向具有徑向通道，徑向通道的一端與中心通道相通，徑向通 道的另一端與高剪切細(xì)化均質(zhì)室相通；徑向通道中的流體在隨旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生 的離心力將待處理的料液輸送到高剪切細(xì)化均質(zhì)室進(jìn)行高剪切細(xì)化均質(zhì)處理，使本發(fā)明的 高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)具有自吸料能力。本發(fā)明中的外圓筒的外表面可以有散熱結(jié)構(gòu)，其目的是將料液在高剪切細(xì)化均質(zhì)過(guò)程 中產(chǎn)生的熱量帶走，從而可以避免高剪切均質(zhì)過(guò)程中料液溫度變化對(duì)料液性質(zhì)產(chǎn)生的不良影響；散熱結(jié)構(gòu)可以由外圓筒的外柱面上設(shè)置一定數(shù)量的散熱翅片進(jìn)行空冷或水冷，也可 以是在外圓筒的外柱面上形成夾套空間，向夾套空間內(nèi)通入冷卻介質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)料液的溫度。 本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)圓筒的轉(zhuǎn)速可以由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)， 以此調(diào)節(jié)高剪切細(xì)化均質(zhì)室內(nèi)流體產(chǎn)生的剪切力的大小，從而達(dá)到給定的細(xì)化程度而又要 求不發(fā)生過(guò)度細(xì)化的產(chǎn)品要求。


圖1高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)的進(jìn)料管路示意圖。圖3高剪切細(xì)化均質(zhì)室的輪廓示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及工作原理本發(fā)明的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例如圖l所示，包含有聯(lián)軸器l、旋轉(zhuǎn)軸2、調(diào) 頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、定位軸承壓蓋4、密封軸承5、出料端軸承座7、換熱夾套IO、固定圓筒ll、 旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒12、固定拉桿16、緊固螺釘17、進(jìn)料軸承壓蓋20、進(jìn)料端軸承座21。本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)料液的細(xì)化均質(zhì)過(guò)程為調(diào)頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)3通過(guò)聯(lián)軸器1驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸2， 旋轉(zhuǎn)軸2又帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓柱旋轉(zhuǎn)；在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，待處理的料液通過(guò)進(jìn)料管路經(jīng) 過(guò)軸承壓蓋20后，從旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓柱12上的中心通道18進(jìn)入徑向通道14，繼而進(jìn)入高剪切細(xì) 化均質(zhì)室9中；待處理料液在高剪切細(xì)化均質(zhì)室內(nèi)形成二次渦流；在二次渦流的作用下于 高剪切細(xì)化均質(zhì)室的內(nèi)壁面附近區(qū)域形成極化了的流體高剪切區(qū)域；在高剪切區(qū)域內(nèi)流體 中所攜帶的固體顆?；蛞旱谓?jīng)歷高剪切的作用而得以細(xì)化均質(zhì)；當(dāng)細(xì)化均質(zhì)處理達(dá)到一定 的要求后經(jīng)出料口 6排出而完成細(xì)化均質(zhì)過(guò)程。本實(shí)施例中有一個(gè)中心通道18，該中心通道18與均勻布置的徑向通道14相通；徑向通道內(nèi)的流體在旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的作用下形成離心壓力，該離心壓力對(duì)進(jìn)料管路中的流體產(chǎn)生吸入力，并將旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒通道中的料液輸送到高剪切細(xì)化均質(zhì)室內(nèi)進(jìn)行細(xì)化均質(zhì)過(guò)程；以 此形成高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)的自吸料能力。本實(shí)施例中采用的散熱結(jié)構(gòu)為夾套式換熱方式；在細(xì)化均質(zhì)過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量通過(guò) 圓筒11傳入到由圓筒11和換熱夾套IO之間的冷卻介質(zhì)中；冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)入口 8進(jìn)入冷卻介質(zhì)傳熱空間13，將高剪切過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量經(jīng)過(guò)冷卻介質(zhì)出口 22帶出高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)均質(zhì)過(guò)程中料液溫度的控制和調(diào)節(jié)，避免細(xì)化均質(zhì)過(guò)程中料液溫度變 化對(duì)細(xì)化均質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。盡管實(shí)施例中是采取間壁傳熱的方式，但可以變形為在固定圓筒外壁預(yù)制螺紋齒或翅片的形式來(lái)強(qiáng)化傳熱過(guò)程。本發(fā)明的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)的進(jìn)料管路示意如圖2所示，含有三個(gè)分支路，其中，總 管23上有調(diào)節(jié)閥24，支管路上除有調(diào)節(jié)閥外還有流量計(jì)25，支管的進(jìn)口端與帶均質(zhì)的儲(chǔ) 料罐相連；當(dāng)只處理一種需要細(xì)化均質(zhì)的料液時(shí)，就只需要開(kāi)啟一個(gè)通路來(lái)進(jìn)行均質(zhì)化處 理；當(dāng)需要將兩種或兩種以上的料液進(jìn)行細(xì)化均質(zhì)處理時(shí)，可以相應(yīng)地丌啟不同料液的支 管路來(lái)匯集待處理料液；可以根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量組份的要求來(lái)控制調(diào)節(jié)不同待處理料液間流量 的比例關(guān)系，根據(jù)產(chǎn)品的均質(zhì)化的程度要求來(lái)控制調(diào)節(jié)料液的總處理量；對(duì)多種料液不需 要預(yù)混合就可以直接進(jìn)料進(jìn)行細(xì)化均質(zhì)處理，直接得到符合均質(zhì)要求的產(chǎn)品。本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的外衾面和外圓筒的內(nèi)表面的形狀除了采用等直徑的旋轉(zhuǎn)同軸 圓筒結(jié)構(gòu)外，還可以釆用圓柱形、階梯形、或者漸變形中的一種及其組合；圖3是其中的 一種組合所構(gòu)成的高剪切細(xì)化均質(zhì)室的輪廓示意圖， 一般將高剪切細(xì)化均質(zhì)室27內(nèi)環(huán)隙大 的部位作為進(jìn)料位置以處理大顆粒粒子或?qū)α弦哼M(jìn)行粗處理，以減小環(huán)隙小的部位的處理 負(fù)擔(dān)。以上所述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。本發(fā)明要求保護(hù)的構(gòu) 思和范圍，都已在權(quán)利要求書(shū)中作了聲明。
權(quán)利要求
1. 一種高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、高剪切細(xì)化均質(zhì)室、進(jìn)料通道、出料通道、底座，其特征在于高剪切細(xì)化均質(zhì)室由旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的外表面、外圓筒的內(nèi)表面和端面檔板的內(nèi)端面構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的軸心線與外圓筒的軸心線位于同一軸線上；端面擋板位于旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒外表面與外圓筒內(nèi)表面所構(gòu)成的環(huán)隙空間的端部；高剪切細(xì)化均質(zhì)室的相鄰部件間具有密封結(jié)構(gòu)；進(jìn)料通道和出料通道分別與高剪切細(xì)化均質(zhì)室相通。
2、 按照權(quán)利要求1所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的外圓筒是可以旋轉(zhuǎn)的。
3、 按照權(quán)利要求1所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的外圓筒的內(nèi)半徑在軸向 方向上是變化的。
4、 按照權(quán)利要求1所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的外半徑在 軸向方向上是變化的。
5、 按照權(quán)利要求1所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的進(jìn)料通道包含一個(gè)總管 路和一個(gè)或一個(gè)以上的支管路，總管路與一個(gè)或一個(gè)以上的支管路的一端相通，支管路的另 一端與料液儲(chǔ)罐相通;支管路上設(shè)有流量調(diào)節(jié)裝置。
6、 按照權(quán)利要求1所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的軸心線位 置設(shè)置有中心通道，中心通道的一端與進(jìn)料通道的總管相通；旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的徑向方向具有徑 向通道，徑向通道的一端與中心通道相通，徑向通道的另一端與高剪切細(xì)化均質(zhì)室相通。
7、 按照權(quán)利要求1所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的外圓筒的外表面安裝有 換熱構(gòu)件。
8、 按照權(quán)利要求1或2所述的高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)圓筒上安裝有 連接和調(diào)速裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)，屬于過(guò)程裝備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、高剪切細(xì)化均質(zhì)室、進(jìn)料通道、出料通道、底座，其特征在于高剪切細(xì)化均質(zhì)室由旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的外表面、外圓筒的內(nèi)表面和端面檔板的內(nèi)端面構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒的軸心線與外圓筒的軸心線位于同一軸線上；端面擋板位于圓筒的端部；高剪切細(xì)化均質(zhì)室的相鄰部件間具有密封結(jié)構(gòu)；進(jìn)料通道和出料通道分別與高剪切均質(zhì)室相通。采用本發(fā)明在既不進(jìn)行預(yù)混合處理，也不進(jìn)行循環(huán)處理的條件下就可以得到符合給定要求的細(xì)化均質(zhì)產(chǎn)品；不僅可以自動(dòng)吸取料液，還可以控制料液流體的剪切力，同時(shí)還可以調(diào)控細(xì)化均質(zhì)過(guò)程中料液的溫度，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)化過(guò)程。
文檔編號(hào)B01F7/02GK101259389SQ200710037818
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者周先桃, 潘家禎, 巖 石, 陳理清 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)