具有反向流動的均質(zhì)化工藝和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的目的是利用反向流動的均質(zhì)工藝和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 在EP0810025A1中引用的現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為是最接近的已知技術(shù)。
[0003] 實際上，本發(fā)明涉及用于使流體微粉化的裝置的領(lǐng)域，特別是呈液態(tài)的含有顆粒 的可流動材料、凝聚物或纖維，即，基本上液態(tài)且不溶解但遭受為固體或在任何情況下都具 有不同密度的部分的形成的產(chǎn)品。
[0004] 均質(zhì)/微粉設(shè)備（在下文中，術(shù)語均質(zhì)化和微粉化及其它形式應(yīng)當(dāng)用作同義詞） 通常包含具有入口和出口的泵和均質(zhì)閥，該泵可能是高壓可變流量泵，其中所述入口連接 到所述泵的遞送件以便接收加壓的流體，所述出口在低壓下用于均質(zhì)的流體。
[0005] 要實現(xiàn)的微粉化實質(zhì)上在于所述顆粒的分解，為了最小化其尺寸并致使尺寸均勻 的目的。
[0006] 為了實現(xiàn)這個目的，流體通過減小尺寸的受迫通道從第一高壓腔室（連接到泵的 遞送件）進(jìn)入第二微粉化腔室（連接到閥出口）。
[0007] 該通道由牢固地受限于（并且由此固定到）閥體并且流體穿過其中的通道頭部和 由可相對于所述通道頭部軸向地運動的沖擊頭界定。具體地，所述通道存在于界定在沖擊 頭和較小通道頭部之間界定的間隙。
[0008] 第一腔室中高壓下的流體壓在沖擊頭的表面上，在沖擊頭的表面上壓施加力趨向 于使通道變寬。推桿作用于沖擊頭，并且它沿軸向方向?qū)⒘κ┘釉跊_擊頭上，以便抵抗流體 的壓力。
[0009] 以這種方式，通過合適地管理推桿的動作，使通道的寬度維持在基本上恒定并且 可以在任何情況下進(jìn)行調(diào)整的期望值是可能的。該力應(yīng)當(dāng)基于均質(zhì)設(shè)備的操作流速和壓力 水平來確定。
[0010] 因此，當(dāng)流體通過所述受迫通道從第一腔室流向第二腔室時，流體經(jīng)歷壓力的下 降，同時根據(jù)能量守恒方程，流體還加速。該加速導(dǎo)致流體的顆粒的分解。此外，沖擊環(huán)已經(jīng) 知曉布置在第二腔室中，以便攔截加速的流體；以這種方式，流體以高速撞擊在沖擊環(huán)上， 并且這構(gòu)成了對顆粒的分解的進(jìn)一步貢獻(xiàn)。沖擊環(huán)還保護了沖擊發(fā)生所在的腔室免受磨 損。
[0011] 一般來說，我們想要最優(yōu)化在均質(zhì)化過程中使用的能量，即，應(yīng)用于流體的能量相 當(dāng)，我們想要以上述方式獲得流體的均質(zhì)化的最可能的結(jié)果或結(jié)果相同，我們想要減少使 用的能量（壓力）。
[0012] 在上面描述的現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)品實質(zhì)上流過趨向于變寬的環(huán)形室（參考現(xiàn)有技術(shù) 的圖1和2)，并且均質(zhì)效果通過當(dāng)產(chǎn)品從中心通道向前流出環(huán)形室時該產(chǎn)品遭遇的增加的 切削力來提供。
[0013] 然而，很多能量無益地浪費在均質(zhì)化和微粉化步驟中并轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，這是高壓均質(zhì) 設(shè)備的本質(zhì)低效的原因。
[0014] EP0850683A1公開了一種細(xì)顆粒生產(chǎn)裝置，其中，根據(jù)在其中公開的第三實施例， 預(yù)先處理單元已經(jīng)添加在高壓泵與所述細(xì)顆粒生產(chǎn)裝置之間。所述第三實施例需要與主要 裝置或第一實施例（具有固定幾何形狀和恒定剪切速率的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)完全不同于本發(fā) 明的目的）集成在一起或相關(guān)聯(lián)，它并不能用作獨立裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的目的是限制在上面闡述的缺點，并實現(xiàn)使減少能量浪費并且由此使它們 更有效率成為可能的改善的均質(zhì)化-微粉化工藝和設(shè)備。
[0016] 另一目的是借助于"獨立"裝置來實現(xiàn)，所述"獨立"裝置能夠產(chǎn)生顆粒減小，而不 需要在上游或下游的輔助設(shè)備。
【附圖說明】
[0017] 所述目的通過構(gòu)成本發(fā)明的目的的均質(zhì)化-微粉化工藝和設(shè)備來實現(xiàn)，并且所述 均質(zhì)化-微粉化過程和設(shè)備按照在下文中闡述的權(quán)利要求的內(nèi)容來表征。
[0018] 具體地，產(chǎn)品的正常流動是相反的，即，現(xiàn)有技術(shù)的出口在本發(fā)明中是產(chǎn)品入口， 而現(xiàn)有技術(shù)的入口現(xiàn)在是出口。
[0019] 此外，所述設(shè)備為獨立類型，具有兩級（由偏轉(zhuǎn)塞組成），所述兩級具有共有的協(xié) 作元件，并且第二級旨在產(chǎn)生背壓。
[0020] 偏轉(zhuǎn)塞與它們共用的相互作用元件一起操作，在第一級之內(nèi)產(chǎn)生剪切速率和背壓 的增加。
[0021] 根據(jù)在附圖中純粹以非限制性示例的方式圖示的優(yōu)選實施例的以下描述，這個及 其他特征將會變得更顯而易見，其中：
[0022] -圖1和2分別以縱截面和以橫截面示出了現(xiàn)有技術(shù)的均質(zhì)閥，且包括了產(chǎn)品流 線；
[0023] -圖3圖形地圖示了現(xiàn)有技術(shù)的閥的剪切速率（切削力）的曲線；
[0024] -圖3A、3B和3C圖示了根據(jù)三個不同的實施例圖形的構(gòu)成本發(fā)明的目的的均質(zhì)設(shè) 備的剪切速率（切削力）的曲線；
[0025] -圖4以縱截面圖示了根據(jù)本發(fā)明的均質(zhì)閥；
[0026] -圖5A、5B、5C和以沿線A-A的橫截面、沿線B-B的橫截面、沿線C-C的橫截面 沿和線D-D的橫截面相應(yīng)地圖示了在圖4中出現(xiàn)的閥，；
[0027] -圖6、7和8是圖4和5的放大示圖，其包括了流線；
[0028] -圖9A、9B、9C和9D根據(jù)協(xié)作元件與第一偏轉(zhuǎn)塞的組合的變體且連同流線呈現(xiàn)了 在圖8中出現(xiàn)的視圖；
[0029] -圖10和IOa圖示了一種變體，其中背壓借助于校準(zhǔn)孔實現(xiàn)。
[0030] -圖11示出了背壓通過將兩個設(shè)備或兩個"第一級"串聯(lián)設(shè)置而實現(xiàn)的變體；
[0031] -圖12示出了氣壓缸的特定使用。
【具體實施方式】
[0032] 高壓區(qū)域和低壓區(qū)域在附圖中分別由HP和LP表示，而BP表示背壓區(qū)域。
[0033] 參考附圖，數(shù)字1整體上表示均質(zhì)設(shè)備或閥，并提供有用于要均質(zhì)的流體的入口 2〇
[0034] 流體可以例如由乳劑（液體中有液體，其具有不能溶合且往往密度不同的特性）、 懸浮液（液體中有粉末，其具有不能溶合且往往密度不同的特性的粉末物質(zhì)）、或膠體系統(tǒng) (不能混溶的液體中或尺寸小于1 μπι的固體中有液體）構(gòu)成。
[0035] 在當(dāng)前的閥中，在給定壓力（通常為高壓）下來自入口 2的產(chǎn)品流在環(huán)形腔室3 中朝向涉及參考標(biāo)號4、6、7、13和14的均質(zhì)區(qū)域前進(jìn)。
[0036] 環(huán)形腔室3包圍在其內(nèi)的推桿5,所述推桿5由合適的致動器控制，并且推桿5在 其頂端處支承偏轉(zhuǎn)塞6 (稱為"可調(diào)的流量偏轉(zhuǎn)塞"）、用于校準(zhǔn)切削力的剪切速率（切削速 度）調(diào)節(jié)器或偏轉(zhuǎn)塞。
[0037] 在新的意義上，偏轉(zhuǎn)塞以及相互作用元件的任務(wù)是來自縱向路線的流動轉(zhuǎn)向到朝 向內(nèi)部的外部且中心的徑向路線。此外，利用該裝置，在基本上不改變表征該系統(tǒng)的幾何形 狀的情況下改變處理的強度是可能的，因此，具有圓形或類似底部的腔室在同樣具有圓形 或類似底部的同心腔室上縮窄，而且具有更小容積。
[0038] 均質(zhì)化步驟在均質(zhì)區(qū)域4、6、7、13和14中發(fā)生，隨后在間隙中，行進(jìn)以創(chuàng)造性和新 穎性的方式從外部朝向內(nèi)部前進(jìn)，即，從具有較大直徑（或更大容積）的區(qū)域前進(jìn)到具有較 小直徑（或更小容積）的區(qū)域：該系統(tǒng)配合由第二偏轉(zhuǎn)塞12提供的背壓而完善，通過提供 必需的背壓，這有助于支配剪切速率并穩(wěn)定整個設(shè)備的操作，使其構(gòu)造完善。
[0039] 微粉化/均質(zhì)化設(shè)計為這樣的過程，在區(qū)域4中開始，并繼續(xù)直至在背壓區(qū)域之后 到達(dá)低壓區(qū)域或出口 10,集成設(shè)備中的所有背壓區(qū)域都能夠產(chǎn)生水頭損失并且由此產(chǎn)生背 壓。
[0040] 參考數(shù)字7表示間隙（圖8中的中空空間）和顆粒在起作用的均質(zhì)化區(qū)域中從外 部向內(nèi)行進(jìn)的路線（行程）4(圖7)。
[0041] 結(jié)合偏轉(zhuǎn)塞6,相互作用元件9(也稱為"流動偏轉(zhuǎn)元件"或"協(xié)作元件"，與偏轉(zhuǎn)塞 6和12兩者相互作用）的任務(wù)是使來自圓形區(qū)段的外部的流動向內(nèi)轉(zhuǎn)向，因此有助于特有 的剪切速率形式的形成。此外，結(jié)合偏轉(zhuǎn)塞6,由于更有限的容積，它傳輸流動以至于相互影 響。
[0042] 彼此相互作用的元件6和9不必相互平行。實際上，元件6和9的面對面的表面的 互補構(gòu)造是完美的，直至到達(dá)對于最大化同質(zhì)化作用的有效性而言可能的最合適的剪切速 率形式。所有這些都基于產(chǎn)品的類型、在元件6與9之間產(chǎn)生的通過、和意圖使用的流速。
[0043] 表面的傾斜（圖9A、9B、9C和9D)可以如下設(shè)置：
[0044] -兩者朝向中心區(qū)域?qū)ΨQ地會聚（收斂）（圖9A)(表面彼此接近）；
[0045] -相對于相互作用元件9的"平行"，僅偏轉(zhuǎn)塞6會聚（圖9B);或反之亦然，相對于 偏轉(zhuǎn)塞6元件的"平行"，僅相互作用元件的表面會聚。
[0046] -兩者發(fā)散分離（圖9C)(朝向中心區(qū)域表面遠(yuǎn)離）；
[0047] -相對于相互作用元件9的"平行"，僅偏轉(zhuǎn)塞6發(fā)散分離（圖9D);或反之亦然，相 對于偏轉(zhuǎn)塞6元件的"平行"，僅相互作用元件的表面發(fā)散分離。
[0048] 由兩級（具有第一偏轉(zhuǎn)塞6的第一級、具有第二偏轉(zhuǎn)塞12的第二級）共用的可調(diào) 協(xié)作元件的使用允許元件的有效壽命長達(dá)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造中存在的元件的有效壽命的兩倍，因為 考慮到偏轉(zhuǎn)塞6和12的直徑并且由此它們產(chǎn)生的磨損斑痕的直徑是不同的協(xié)作元件9是 可逆的（即，兩面的）（圖8)。
[0049] 協(xié)作-相互作用元件9可以部分地或完全地容納變窄隨后變寬的特定區(qū)段，該特 定區(qū)段能夠朝向嵌入件的出口邊緣、即朝向中心孔（德-拉伐爾噴嘴）賦予更大的速度。
[0050] 沿著流體在閥內(nèi)部的行進(jìn)路線，流體基本上同時遇到偏轉(zhuǎn)塞6和相互作用元件9。
[0051] 在均質(zhì)化步驟4-7之后，產(chǎn)品朝向出口 10前進(jìn)，該出口 10實質(zhì)上由在協(xié)作元件9 與第二偏轉(zhuǎn)塞12的座部之間提供的另一間隙構(gòu)成。
[0052] 在出口 10處，產(chǎn)品的勢能低于其在入口 2處的勢能。
[0053] 所述工藝的新穎性尤其在于這一事實，即微粉化現(xiàn)象由于協(xié)作元件以及兩個偏轉(zhuǎn) 塞的使用而發(fā)生，兩個偏轉(zhuǎn)塞提供系統(tǒng)的勢能（壓力）到速度的轉(zhuǎn)換、并且因此的特定剪切 速率曲線在微粉化的整個工藝中的發(fā)展、適合于產(chǎn)生效率的剪切速率曲線。
[0054] 沿著行進(jìn)路線的壓力到速度的轉(zhuǎn)換具有特定的益處：在現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造中（