一種高剪切細化均質裝置的製作方法

2023-08-05 05:54:31 1

專利名稱：一種高剪切細化均質裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及以流體為攜帶介質進行粉碎或乳化的過程裝備，尤其涉及以流體間的 剪切力來實現細化均質多相料液的細化均質裝置，厲於過程裝備技術領域。
背景技術：
在過程工業中，為了實現有效地將一種物質(液體或固體)細化或均勻地分散在不相 溶的流體中的目的，通常採用細化均質裝覽來進行處理。其中又涉及到很多銪要依靠流體 間的剪切力來進行細化均質處理的多相料液，如韌性物質的細化、不相容液體的乳化。對 於這類待均質的料液，能夠有效地實現超細粉碎或超細乳化的高剪切過程裝備具有很強的 工業實用性。下面以當前的離剪切細化均質裝置來說明這類過程急需解決的問題。當前，高剪切細化均質裝置可以分為以壓力來推動流體通過微型孔道的壓力式高剪切 細化均質裝黃和以原動機來驅動的旋轉刀齒式髙剪切細化均質裝置兩類。壓力式細化均質 過程中流體間的高剪切應力主要集中在細微通道的壁面邊界層內，而主流區域中流體間的 剪切應力很小；致使主流區域內所攜帶的顆粒粒子只經歷很小的剪切應力作用而難以達到 細化均質的目的；即使循環處理多次也難以保證所有的顆粒粒子都經歷邊界層內的高強剪 切作用。旋轉刀齒式高剪切細化均質裝置由於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入刀齒之間的間隙而經歷高剪切作用，而相當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歷很小的剪切作用，致使這部分流體消耗大量的 機械能卻沒有對顆粒粒子起到高剪切的作用；為了達到一定的均質效果，如公告號為 CN1340375所描述的那樣，通常將其與一個容器結合來進行循環操作，但均質後的單分散性 仍然受到限制。發明內容本實用新型的目的就是要解決當前離剪切細化均質過程中存在相當數量的流體及其所 攜帶的顆粒粒子經過高剪切過程裝備卻沒有經歷高剪切作用的技術問題，提供一種以流體高剪切作用來有效實現粉碎或乳化的過程裝備。該過程裝備可以根據產品的質量要求來調 節流體間高剪切作用的強度，使其中的流體及其所攜帶的顆粒粒子均有經歷流體間高剪切 作用的機會，直接得到單分散性良好的產品，易於實現工業化的連續生產。為此，本實用新型提供了一種高剪切細化均質裝置，除包含有旋轉驅動裝置、旋轉傳
動機構、進料通道、出料通道、底座外，還包含有由旋轉內圃銜的外表面、外圓筒的內表 面和端面檔板的內端面構成的高剪切細化均質室；其中，旋轉內圓簡的軸心線與外圓筒的 軸心線位於同一軸線上，端面擋板位於旋轉內圓筒外表面與外圓簡內表面所構成的環隙空 間的端部，構成髙剪切細化均質室的相鄰部件間具有密封結構，進料通道和出料通道分別 與高剪切細化均質室相通。其工作原理為當旋轉內簡的旋轉強度超過一定程度時，待處 理料液在高剪切細化均質室內形成二次渦流，二次渦流在高剪切細化均質室圃筒壁面附近 形成遠高於環隙內流體空間平均剪切應力的髙剪切區域，髙剪切區域內的顆粒粒子經受高 剪切的作用而得到細化均質的料液；同時，二次渦流在環隙尺度範圍內將髙剪切細化均質 室內未經歷離剪切作用的顆粒粒子輸送到壁面附近的高剪切區域進行均質處理，從而在不小環隙尺度範圍內沿軸向在近壁區域交替形成的強衝擊流動以及沿徑向向外的強射流流 動，所形成的衝擊效應與剪切效應都將進一歩細化和破碎料液中的顆粒粒子。本實用新型中的外圓筒是可以旋轉的；當外圓簡與旋轉內圓筒反向旋轉時，在較低轉 速條件下就能夠提髙在高剪切細化均質室內流體間的平均剪切應力。本實用新型中的離剪切細化均質室的環隙在徑向方向上的尺寸可以是不一致的；在環 隙徑向尺寸較大的空間內的流體間的平均剪切應力較小，但消耗的能源較小，適合進行較 大顆粒的細化均質或預細化均質過程環隙徑向尺寸較小的空間內的流體間的平均剪切應 力較大，適合進行較小顆粒的細化均質，保證最終產品的細化均質指標；其結構可以通過本實用新型中的進料通道可以包含一個總管路和一個或一個以上的支管路，總管路與 一個或一個以上的支管路的一端相通，支管路的另一端與料液儲罐相通，且支管路上設有 流量調節裝置；當只需要均質一種料液時，就可以只使用其中的一個進料管支路，而將其 餘進料管支路關閉；當需要對不同的料液進行均質處理時，不同的料液可以分別從不同的 進料支路管經匯總後進入高剪切細化均質室不需要預混合處理就可以實現細化均質過程。本實用新型可以在旋轉內圓簡的軸心線位置設置中心通道，中心通道的一端與進料通 道的總管相通；旋轉圓簡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 向通道的另一端與髙剪切細化均質室相通；徑向通道中的流體在隨旋轉內圓簡旋轉過程中 產生的離心力將待處理的料液輸送到離剪切細化均質室進行高剪切細化均質處理，使本實 用新型的高剪切細化均質裝置具有自吸料能力。本實用新型中的外畫筒的外表面可以有散熱結構，其目的是將料液在高剪切細化均質 過程中產生的熱量帶走，從而可以避免高剪切均質過程中料液溫度變化對料液性質產生的
不良影響；散熱結構可以由外圃簡的外柱面上設置一定數量的散熱翅片進行空冷或水冷， 也可以是在外畫簡的外柱面上形成夾套空間，向夾套空間內通入冷卻介質來調節料液的溫度。節，以此調節商剪切細化均質室內流體產生的剪切力的大小，從而達到給定的細化程度而 義要求不發生過度細化的產品要求。


圖1髙剪切細化均糜裝置的結構簡圖。圖2髙剪切細化均質裝置的進料管路示意圖.圖3高剪切細化均質室的輪麻示意圖。
具體實施方式
下面結合附圑詳細據述本實用新型的具體結構及工作屎理本實用新型的高剪切細化均質裝置的一個實施例如圖1所示，包含有聯軸器1、旋轉軸2、調頻驅動電機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、旋轉內圓筒12、固定拉杆16、緊固蠊釘17、進料軸承壓蓋20、進料端軸承座21。本實施例中實現料液的細化均質過程為調頻驅動電機3通過聯軸器1驅動旋轉軸2， 旋轉軸2又帶動旋轉內畫柱旋轉；在旋轉離心力的作用下，待處理的料液通過進料管路經 過軸承壓蓋20後，從旋轉內畫柱12上的中心通道18進入徑向通道14,繼而進入高剪切細 化均質室9中待處理料液在高剪切細化均質室內形成二次渦流；在二次渦流的作用下於 髙剪切細化均質室的內壁面附近區域形成極化了的流體髙剪切區域；在高剪切區域內流體 中所攜帶的固體顆粒或液滴經歷高剪切的作用而得以細化均質當細化均質處理達到一定 的要求後經出料口 6排出而完成細化均質過程。本實施例中有一個中心通道18，該中心通道18與均勻布置的徑向通道14相通；徑向 通道內的流體在旋轉內圃簡的作用下形成離心壓力，該離心壓力對進料管路中的流體產生 吸入力，並將旋轉內圓簡通道中的料液輸送到髙剪切細化均質室內進行細化均質過程；以 此形成高剪切細化均質裝置的自吸料能力。本實施例中採用的敝熱結構為夾套式換熱方式在細化均質過程中所產生的熱量通過 圓簡11傳入到由圃簡11和換熱夾套10之間的冷卻介質中冷卻介質從冷卻介質入口 8進 入冷卻介質傳熱空間13,將髙剪切過程中所產生的熱量經過冷卻介質出口 22帶出離剪切細 化均質裝置，從而實現均質過程中料液溫度的控制和調節，避免細化均質過程中料液溫度
變化對細化均質產品質量的影響。儘管實施例中是採取間壁傳熱的方式，但可以變形為在固定圓簡外壁預製w紋齒或翅片的形式來強化傳熱過程。本實用新型的高剪切細化均質裝置的進料管路示意如圖2所示，含有三個分支路，其 中，總管23上有調節閨24,支管路上除有調節兩外還有流量計25，支管的進口端與帶均 質的儲料蠊相連；當只處理一種需要細化均質的料壤時，就只需要開啟一個通路來進行均 質化處理；當霈要將兩種或兩種以上的料液進行細化均質處理時，可以相應地開啟不同料 液的支管路來匯集待處理料液；可以根據產品質量組份的要求來控制調節不同待處理料液 間流量的比例關係，根據產品的均質化的程度要求來控制調節料液的總處理量；對多種料 液不需要預混合就可以直接進料進行細化均質處理，直接得到符合均質要求的產品。本實用新型中的旋轉內圓筒的外表面和外圓筒的內表面的形狀除了採用等直徑的旋轉 同軸圓筒結構外，還可以採用圓柱形、階梯形、或者漸變形中的一種及其組合；圖3是其 中的一種組合所構成的離剪切細化均質室的輪廓示意圖， 一般將髙剪切細化均質室27內環 隙大的部位作為進料位置以處理大顆粒粒子或對料液進行粗處理，以減小環隙小的部位的 處理負擔。以上所述實施例是對本實用新型進行說明，並非對本實用新型進行限定。本實用新型 要求保護的構思和範圍，都已在權利要求書中作了聲明。
權利要求1、一種高剪切細化均質裝置，包括旋轉驅動裝置、旋轉傳動機構、高剪切細化均質室、進料通道、出料通道、底座，其特徵在於高剪切細化均質室由旋轉內圓筒的外表面、外圓筒的內表面和端面檔板的內端面構成；旋轉內圓筒的軸心線與外圓筒的軸心線位於同一軸線上；端面擋板位於旋轉內圓筒外表面與外圓筒內表面所構成的環隙空間的端部；高剪切細化均質室的相鄰部件間具有密封結構；進料通道和出料通道分別與高剪切細化均質室相通。
2、 按照權利要求1所述的高剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的外圓筒是可以旋轉的。
3、 按照權利要求1所述的離剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的外圓筒的內半徑在軸 向方向上是變化的。
4、 按照權利要求1所述的離剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的旋轉內圓筒的外半徑 在軸向方向上是變化的。
5、 按照權利要求1所述的高剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的進料通道包含一個總 管路和一個或一個以上的支管路，總管路與一個或一個以上的支管路的一端相通，支管路的 另一端與料液儲織相通支管路上設有流量調節裝置。
6、 按照權利要求1所述的高剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的旋轉內畫筒的軸心線 位置設置有中心通道，中心通道的一端與進料通道的總管相通旋轉內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化均質室相通。
7、 按照權利要求1所述的髙剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的外圓簡的外表面安裝 有換熱構件。
8、 按照權利要求.1或2所述的離剪切細化均質裝置，其特徵在於所述的旋轉畫簡上安裝 有連接和調速裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種高剪切細化均質裝置，屬於過程裝備技術領域。本實用新型包括有旋轉驅動裝置、旋轉傳動機構、高剪切細化均質室、進料通道、出料通道、底座，其特徵在於高剪切細化均質室由旋轉內圓筒的外表面、外圓筒的內表面和端面擋板的內端面構成；旋轉內圓筒的軸心線與外圓筒的軸心線位於同一軸線上；端面擋板位於圓筒的端部；高剪切細化均質室的相鄰部件間具有密封結構；進料通道和出料通道分別與高剪切均質室相通。採用本實用新型在既不進行預混合處理，也不進行循環處理的條件下就可以得到符合給定要求的細化均質產品；不僅可以自動吸取料液，還可以控制料液流體的剪切力，同時還可以調控細化均質過程中料液的溫度，易於實現工業生產的連續化過程。
文檔編號B01F7/02GK201049287SQ20072006760
公開日2008年4月23日 申請日期2007年3月5日 優先權日2007年3月5日
發明者周先桃, 潘家禎, 巖 石, 陳理清 申請人:華東理工大學