[發(fā)明專利]一種高剪切細(xì)化均質(zhì)機(jī)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710037818.0
• 申請(qǐng)日: 2007-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101259389A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周先桃;潘家禎;石巖;陳理清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01F7/02
• 分類號(hào): B01F7/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

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。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)明中的高剪切細(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。