超細勻化器及其生產工藝的製作方法
2023-05-01 12:16:01
專利名稱：超細勻化器及其生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非金屬礦物的超細、粉碎、勻化裝置及生產工藝，它適用於非金屬礦物、煤、乳品食品加工工業、醫藥、化工工業、化妝品以及菌體細胞壁的破碎加工方面。
目前勻化器是用於固-液兩相或液-液兩相的分散、均化過程，主要用來代替球磨機的工作，如在乳品和奶油等加工中，用於加工奶油巧克力、黃油冰淇淋、勻質鮮奶、奶油乳酪等;在食品工業中，用於加工食用香料、各種果汁、蔬菜漿、豆奶、調味品及液態蛋製品等;在醫藥工業中，用於加工抗生素等各種醫製劑等;在化學工業中，用於加工消毒劑、乳化燃料油、水煤漿、塗料、橡膠、乳液矽膠乳液、肥皂以及殺蟲劑乳液等。
本發明還可用於菌體細胞壁的破碎。如在生物發酵中，有許多我們所需要的物質(如基因工程生產的胰島素、胞內酶等產品)都在細胞內部，要提取這些物質，首先是破碎細胞壁，傳統的方法是使用溶菌酶、球磨機，以及超聲波處理等，但是這些方法的實用性和經濟性沒有過關，因而目前較好的方法就是採用超高壓勻化器(工作壓力通常在500-1000bak)來達到此目的。
非金屬礦物的剝片、超細產品是高產值、高利潤的深加工產品。但目前的非金屬礦物的剝片、超細技術及設備效率低，超細處理能力差，德國AKW公司生產的高壓勻漿器主要是採用往復式活塞泵及彈簧軸來提供壓力，使礦漿處於高壓之中，高壓礦漿通過一細小直線形噴嘴以很高的線速度擠出並噴射在常壓葉輪上，藉助於擠出噴嘴時礦漿的互相摩擦、剪切作用以及礦漿噴射在常壓葉輪上所產生的強大衝擊力，使被處理的非金屬礦物晶體層間的氫鍵斷裂而達到剝片和超細目的。但是該設備僅能用於高嶺土的剝片加工，而且壓力源是通過往復式活塞和彈簧軸來提供，因此這些部件的材質要求相當高，造價昂貴，難以普及推廣應用，同時還存在處理量小、效率低等缺陷，從其試驗數據看當給料中高嶺土-2微米含量為18%時，經該設備一次性剝片處理後，-2微米含量僅能達到37%。
另外，丹麥APVRANNIEA/S企業生產的高壓勻化器，主要由「高壓活塞泵、勻化閥、閥座體」幾部份組成，被處理的物料通過高壓活塞泵加壓至100-1000bar，然後通過勻化閥突然減壓來產生很高的剪切力，來達到破碎固體小顆粒，使固-液兩相勻化成為穩定的懸浮液或使液-液兩相勻化成為穩定的乳狀液。在該設備中，由於操作壓力很高，要求其元器件的材質能耐高壓及突然減壓變化。因而多用精加工後的氧化鋯金屬陶瓷來製成勻化閥;用氧化鋁陶瓷來製成高壓活塞泵的活塞柱，這使元件加工非常困難，成本很高，另外該設備在高壓下操作還會引起振動和噪音及閥座體開裂，為防止這些現象出現，要附設許多其它結構，使整個高壓勻化器系統複雜製造困難。
本發明目的是為解決現有高壓勻化器存在的結構複雜、設備材質、加工精度高，以及粉碎、勻化效率低的缺陷，而提出一種工藝技術簡單，粉碎、勻化效率高，可連續工作的設備和生產工藝。
本發明的技術解決方案是藉助高壓水作為動力，使被處理的非金屬礦物或其它固體、液體物質與高壓水在一耐高壓容器內處於高壓狀態，然後使該固-液或液-液混合物進入一螺旋線型噴嘴。混合物在高壓下，快速在噴嘴的螺旋線型流道中運動，根據流體力學原理，此時的固-液或液-液混合物的運動處於紊流狀態，物體在改變運動方向時，每瞬間都要受到沿原運動方向的高壓剪切力作用，而且紊流運動又可造成固體物質、固體與液體以及混合物與噴嘴壁面間的碰撞、摩擦作用力，使被處理物質非常迅速地被破碎、分散和勻化，從而可以達到超細、勻化的目的。為提高超細、勻化的效率，本發明技術解決方案中還在噴嘴出口處設置了檔耙，當固-液或液-液混合物在受到諸多力作用後，被高速擠出噴嘴出口的瞬間，由於壓力的突然降低所產生的空穴效應以及噴嘴射流碰撞在檔耙上而產生的強大衝擊力，可進一步破碎物質，並使固-液混合物勻化成為穩定的懸浮液，或使液-液混合物高度分散，勻化成為穩定的乳狀液。
下面結合本發明實施例進行詳細說明
圖1是本發明實施例一的工藝流程示意2是本發明實施例二的工藝流程示意3是本發明實施例三的工藝流程示意4是本發明實施例四的工藝流程示意5是本發明中噴嘴結構示意圖從本發明實例一的工藝流程示意圖1中可知按工藝處理要求被加至一定壓力的高壓水，由進水管3經三通1分流後穿過截止閥2，12，經管路進入已放置被處理物質的上、下兩高壓料罐22、23內，上、下高壓料罐22、23和管路間設有截止閥4、13，以便控制高壓水的輸入量，當高壓混合物通過與上、下高壓料罐22、23及噴嘴9、18相聯的截止閥8、17後在高壓下分別進入螺旋型噴嘴9、18內，並沿噴嘴內的螺旋線型槽道高速曲折運動，由於混合物壓力高，因而在噴嘴9、18內的運動速度很高，從而產生強烈的紊流運動，在此過程中，固-液或液-液混合物之間以及噴嘴壁間會產生很大的摩擦力及碰撞力;另外混合物在噴嘴9、18內的高速曲線運動也要產生很大的剪切力，這些力破壞了被處理物質的層間結構和晶體層間的氫鍵結構，從而產生剝片，超細作用;由噴嘴9、18出口的射流穿過由11、20組成的檔板噴射在檔耙10、19上，並藉助於噴嘴出口壓力突然降低的空穴效應及與檔耙的強大衝擊力進一步達到進行剝片、超細、勻化目的，在圖1中，位於高壓料罐22、23上部並分別由截止閥5、14來控制的管路是作開啟高壓料罐前排氣之用;位於高壓料罐22、23底部分別由截止閥7、16控制的管路主要用於卸料;截止閥6、15控制的管路是為加料之用，同時還可以與截止8、17控制的管路一起用來連接多個料罐的串聯繫統而設置的。由圖1可見，通過三通1而連接上、下平行的兩組系統，其目的是為了使整個工作過程可連續進行，當上面的高壓料罐22工作時，下面的高壓料罐23用於裝料、待升壓，反之，下面料罐工作時，上面也是如此。由圖2知，本發明實施例二的工藝流程與實施例一不同之處在於分別在截止閥2、12和4、13之間的管路上增設一三通21、24，三通21、24的一端經管路的截止閥25、26分別聯於上、下高壓料罐22、23側下方，增設這一管路是為了解決高壓料罐22、23工作時，在罐內底部一些比重較大或分散性較差的介質會因自重、粘結而壓結在輸出口孔處，造成板結而堵塞料罐底孔口問題而設置的。
本發明實施例三、四是在實施例一、二基礎上，由多個高壓料罐27、28、29、和30、31、32分別串聯於高壓料罐22、23之後組成一個串聯繫統而構成的，單罐工作時，由於貯料、加高壓水量相對較少，因而上、下兩罐的交替卸料、放氣，加料頻率較高、勞動強度大，通過附加若干個料罐後，可以大減少勞動強度，提高處理量，而且可以降低生產成本。
由附圖5可知，本發明採用的螺旋線型噴嘴9、18，主要由錐形塞34和與之相配套的錐形套35組成，錐形塞34的長度一般為10-1000mm;在錐形塞34上加工有不同齒形的螺旋槽道36，其螺旋距t為5-600mm，截面齒形可為牙形、三角形、梯形、鋸齒形、園形或半園形。噴嘴9、18進口截面積A與出口截面積B之比為2-15。
本發明在工作壓力為100-1000bar下，採用不同截面形狀，螺距和錐形塞長度先後對軟質高嶺土、硬質高嶺巖、沸石、伊利石、雲母等進行超細粉碎，其結果為1、軟質高嶺土。當給料粒度為100目時，在300bar壓力下，經一次性剝片，超細處理後，產品中-2微米含量為85-95%以上，-10微米含量達100%。可提高產品-2微米含量為80%以上。
2、煤系硬質高嶺巖。當給料粒度為200目時，在500bar壓力下，經一次性剝片超細後，產品中-2微米含量為67-85%以上，-10微米含量達到100%，可提高產品-2微米含量65%以上。
3、沸石。當給料粒度為100目時，在400bar壓力下，對其進行一次性超細處理產品中-2微米含量為75-80%以上，-10微米含量達100%可提高產品-2微米含量為70%以上。
4、伊利石。當給料粒度為100目時，在650bar壓力下，對其進行一次性剝片超細處理，產品中-2微米含量為80-85%以上，-10微米含量達100%，可提高產品-2微米含量為75%以上。
5、雲母。當給料粒度為80目時，在800bar壓力下，對其進行一次性剝片超細處理，產品中-2微米含量為35-65%以上，-2微米含量達100%，可提高產品-2微米含量為50%以上。
由此可見，本發明超細、粉碎、勻化效果顯著，結構簡單，生產成本低，易於操作，可以連續長時間工作，是一種理想易於普及、推廣應用的工藝方法和設備。
權利要求
1.一種超細勻化器，其特徵在於它主要由進水管3、上、下兩高壓料罐22、23，螺旋線型噴嘴9、18以及檔耙10、19組成。進水管3與三通1相連，三通1的另外兩端經截止閥2、12和4、13分別連接管路於上、下高壓料罐22、23上端；高壓料罐22、23底孔口經截止閥8、17與螺旋形噴嘴9、18進口相聯；螺旋形噴嘴9、18出口相聯於檔板11、20，並與檔耙10、19相對，另外，在高壓料罐22、23上端分別設有截止閥5、14控制的排氣管路；下端分別設有由截止閥7、14控制的卸料管路以及高壓料罐22、23上端側面相連的由截止閥6、15控制的液相輸入管路。
2.權利要求1所述超細勻化器，其特徵在於在截止閥2、12和4、13之間管路上可設置一三通21、24;三通21、24的一端出口聯結一由截止閥25、26控制與高壓料罐22、23側下端相連的管路。
3.權利要求1、2所述超細勻化器，其特徵在於上、下兩料罐22、23可分別是一個罐，也可由一組平行串聯的料罐27、28、29、各30、31、32串聯組成。
4.權利要求1所述的超細勻化器，其特徵在於螺旋線型噴嘴9、18是由錐形塞34和與之相配套的錐形套35組成。
5.權利要求1、4所述超細勻化器，其特徵在於螺旋線型噴嘴9、18的錐形塞34上加工有不同截面齒形的螺旋槽道36;其中錐形塞長度為10-1000mm，螺旋槽36的螺距t為5-600mm，螺旋線型噴嘴9、18的進口截面積A與出口截面積B之比為2-15。
6.一種超細勻化生產工藝，其特徵在於它是由100-1000bar不同壓力下的高壓水作為動力源，使被處理物質在高壓料罐中與高壓水混合升壓後，穿過螺旋線型噴嘴9、18並射流碰擊在檔耙10、19上來完成的。
全文摘要
本發明涉及一種非金屬礦物的超細勻化器及生產工藝。已有的勻化器普遍存在造價高、處理量小、效率低等缺陷，本發明通過將100—1000bar高壓水作動力源，使被處理物質在高壓料罐22、23內與高壓水混合升壓後，穿過噴嘴9、18並射流在噴嘴9、18後的擋耙10、19上，來完成固—液或液—液混合物的超細、勻化。本發明具有系統結構簡單、造價低、可連續工作、處理量大、效率高等優點。
文檔編號B01F5/08GK1081121SQ92107639
公開日1994年1月26日 申請日期1992年7月8日 優先權日1992年7月8日
發明者潘業才 申請人:中國礦業大學