CN100374210C - 流体撞击腔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体撞击腔，本发明的流体撞击腔，包括管体和管体内的孔道；其中：管体内的孔道是由依次前后连接的进料管、谐振管、缓冲管、分流管、撞击管、射流管、变流管和出料管组成；进料管和出料管分别与外界相通；谐振管直径大于进料管和缓冲管的直径；缓冲管与撞击管之间设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成分流管；射流管的直径小于变流管和出料管的直径。本发明的优点在于：采用进料管、谐振管、缓冲管、分流管、撞击管、射流管、变流管和出料管的结构，让高速液流剧烈碰撞，工作过程中产生高速剪切作用、气穴作用、振动振荡作用、涡旋作用、膨化作用、瞬时温升和瞬时压降等一系列作用，从而破碎得到细小颗粒。

Description

流体撞击腔

技术领域

本发明涉及流体撞击腔。

背景技术

在生物、食品、化妆品、医药等领域，有时需要通过物理机械法得到非常细小的物料颗粒，物理机械法主要有固相法、液相法、气相法和超声波等方式。固相法主要是通过固态研磨作用得到非常细小的物料颗粒，气相法主要是通过高速气流撞击作用，超声波主要通过调频振动作用得到非常细小的物料颗粒，而液相法是将物料配成悬浊液，利用高压阀式均质机和微射流均质机进行液相撞击得到非常细小的物料颗粒。但上述方法通常得到物料颗粒还不够细小，或者对于质地非常坚固的物料破碎效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体撞击腔，用于得到非常细小的物料颗粒。

本发明的技术方案为：

流体撞击腔，包括管体和管体内的孔道；其中：管体内的孔道是由依次前后连接的进料管、谐振管、缓冲管、分流管、撞击管、射流管、变流管和出料管组成；进料管和出料管分别与外界相通；谐振管直径大于进料管和缓冲管的直径；缓冲管与撞击管之间设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成分流管；射流管的直径小于变流管和出料管的直径。

流体撞击腔，其中：谐振管为单一的一元结构。

流体撞击腔，其中：谐振管为平行串联的二元结构。

流体撞击腔，其中：变流管由突变管、缩流管组成；射流管与突变管连接，突变管与缩流管连接，缩流管与出料管连接；突变管的直径大于射流管和缩流管的直径；缩流管的直径小于出料管的直径。

流体撞击腔，其中：变流管由扩流管组成；扩流管的直径大于射流管的直径；扩流管的直径小于出料管的直径。

工作原理：

先将初步破碎的物料悬浮于液体溶液中，依靠现有高压设备产生高速液流。高速液流经过谐振管产生谐振，液流喷射速度进一步提高，两股高速液流在缓冲管内稍做缓冲，又急速的被压迫进入直径细小的分流管中形成两股高速液流并在撞击管中剧烈碰撞。工作过程中产生高速剪切作用、气穴作用、振动振荡作用、涡旋作用、膨化作用、瞬时温升和瞬时压降等一系列作用，从而将悬浮液中的物料颗粒进一步破碎。

悬浊液在高压泵作用下进入流体撞击腔的进料管，在流体撞击腔中有圆柱形空腔作为谐振管(helmholtz)，这有利于产生自振脉冲射流，流体的扰动频度与腔室固有频率相匹配对，激励流体共振，产生大幅值、高频率的波动压力。流体被分成两股高速液流后，由于其强大的纵向速度差造成巨大的剪切作用。当两股相同的高速流体正面相撞，流体猛然失去原来流动方向上的速度，产生巨大的撞击能量。流体中的固体颗粒之间强烈相撞。同时，由于流场相撞产生巨大的压力降，在撞击区会形成强烈的涡旋作用。流体出现强烈横向方向的撞击和摩擦，流体中的颗粒经垂直撞击后又经历横向撞击和摩擦。随着均质机柱塞泵输出功率增加，流体获得越大的动量进行撞击。除垂直方向和横向方向的作用外，其它各个方向的涡旋作用都有程度不同的撞击与摩擦。流体相撞后产生巨大的压力降，当压力低于液体的蒸气压时出现气穴现象。当随着气穴作用的时间和强度的增大，气蚀产生的威力也是不容置疑的，那它巨大能量则更多转嫁在周围流场中，从而对流场产生比高压阀式均质机阀芯中流场更大的破坏作用。

本发明的优点在于：采用进料管、谐振管、缓冲管、分流管、撞击管、射流管、变流管和出料管的结构，特别是谐振管、细小的双股分流管等结构，让高速液流剧烈碰撞。工作过程中产生高速剪切作用、气穴作用、振动振荡作用、涡旋作用、膨化作用、瞬时温升和瞬时压降等一系列作用，从而将悬浮液中的物料颗粒进一步破碎得到细小颗粒。

附图说明

图1为本发明二元主腔结构示意图；

图2为本发明一元主腔结构示意图；

图3为本发明二元副腔结构示意图；

图4为本发明一元副腔结构示意图；

图5：未经处理的黑灵芝孢子粉形貌；

图6：经一元副腔单独处理1次的黑灵芝孢子粉形貌；

图7：经二元主腔处理2次的黑灵芝孢子粉形貌；

图8：经一元副腔在前、二元主腔在后处理2次的黑灵芝孢子粉形貌；

图9：经常规的阀式高压均质机处理3次的黑灵芝孢子粉形貌。

附图标记：进料管1、谐振管2、缓冲管3、分流管4、撞击管5、射流管6、突变管7、缩流管8、出料管9、扩流管10。

具体实施方式

实施例1

流体撞击腔，包括管体和管体内的孔道；其中：管体内的孔道是由依次前后连接的进料管1、谐振管2、缓冲管3、分流管4、撞击管5、射流管6、变流管和出料管9组成；进料管1和出料管9分别与外界相通；谐振管2直径大于进料管1和缓冲管3的直径；缓冲管3与撞击管5之间设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成分流管4；射流管6的直径小于变流管和出料管9的直径。

实施例2

流体撞击腔，其中：谐振管2为单一的一元结构。其余同实施例1。

实施例3

流体撞击腔，其中：谐振管2为平行串联的二元结构。其余同实施例1。

实施例4

流体撞击腔，其中：变流管由突变管7、缩流管8组成；射流管6与突变管7连接，突变管7与缩流管8连接，缩流管8与出料管9连接；突变管7的直径大于射流管6和缩流管8的直径；缩流管8的直径小于出料管9的直径。其余同实施例1。

我们将本实施例的流体撞击腔名命为振荡主反应腔。

如果谐振管2采用单一的一元结构，则为一元振荡主反应腔。

如果谐振管2采用平行串联的二元结构，则为二元振荡主反应腔。

实施例5

流体撞击腔，其中：变流管由扩流管10组成；扩流管10的直径大于射流管6的直径；扩流管10的直径小于出料管9的直径。其余同实施例1。

我们将本实施例的流体撞击腔名命为振荡副反应腔。

如果谐振管2采用单一的一元结构，则为一元振荡副反应腔。

如果谐振管2采用平行串联的二元结构，则为二元振荡副反应腔。

实施例6

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为30-200um。其余同实施例1。

实施例7

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为30um。其余同实施例1。

实施例8

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为50um。其余同实施例1。

实施例9

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为75um。其余同实施例1。

实施例10

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为100um。其余同实施例1。

实施例11

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为125um。其余同实施例1。

实施例12

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为150um。其余同实施例1。

实施例13

流体撞击腔，其中：分流管4的直径为200um。其余同实施例1。

实施例14

下面以黑灵芝孢子粉的破壁作进一步描述：

以黑灵芝孢子粉为原料，先配置10％黑灵芝孢子粉悬浊液，以美国Microfluidic公司生产的Microfluidizer M-700为主体设备提供动力源，分别单独使用副腔；主腔；图4所表示的一元副腔在前、图1所表示的二元主腔在后的方式，处理10％黑灵芝孢子粉悬浊液。将以一定浓度的处理前后黑灵芝孢子粉样品搅拌均匀，用移液枪移取20ul于载玻片上，并滴加10ul瑞士染液，制成涂片，在XS-402型荧光三目显微镜下，放大400倍，对其颗粒大小、形貌、对染料的吸附性等特征进行测量和观察，结果如下：

如图6、图7、图8所示。

如果采用副腔在前主腔在后的方式处理时：一元副腔的出料管9与二元主腔的进料管1连接。一元副腔的进料管1与Microfluidizer M-700的高压部分连接，黑灵芝孢子粉悬浊液在一元副腔和二元主腔中完成破壁后，再经二元主腔的出料管9释放出来。如图8所示。

单独使用副腔的方式处理时；一元副腔的进料管1与Microfluidizer M-700的高压部分连接，黑灵芝孢子粉悬浊液在一元副腔中完成破壁后，再经一元副腔的出料管9释放出来。如图6所示。

单独使用主腔的方式处理时；二元主腔的进料管1与Microfluidizer M-700的高压部分连接，黑灵芝孢子粉悬浊液在二元主腔中完成破壁后，再经二元主腔的出料管9释放出来。如图7所示。

单独使用副腔的方式处理时；二元副腔的进料管1与Microfluidizer M-700的高压部分连接，黑灵芝孢子粉悬浊液在二元副腔中完成破壁后，再经二元副腔的出料管9释放出来。结果与图7所示类似。

单独使用主腔的方式处理时；一元主腔的进料管1与Microfluidizer M-700的高压部分连接，黑灵芝孢子粉悬浊液在一元主腔中完成破壁后，再经一元主腔的出料管9释放出来。结果与如图6所示类似。

其余同实施例2、3、4、5。

实施例15

下面以黑灵芝孢子粉的破壁作进一步描述：

以黑灵芝孢子粉为原料，以美国Microfluidic公司生产的Microfluidizer M-700为主体设备，用于细胞破壁的流体撞击腔主副腔串联，采用主腔在前副腔在后的方式，处理10％黑灵芝孢子粉悬浊液。结果与图8所示类似。

采用主腔在前副腔在后的方式处理时：二元主腔的出料管9与一元副腔的进料管1连接。

二元主腔的主进料管1与Microfluidizer M-700的高压部分连接，黑灵芝孢子粉悬浊液在二元主腔和一元副腔中完成破壁后，再经一元副腔的副出料管9释放出来。

其余同实施例2、3、4、5、14。

实施例16

下面以10％黑灵芝孢子粉悬浊液的破壁作进一步描述：采用传统的阀式高压均质机破壁效果如图9。

图6与图9相比，图6中的黑灵芝孢子粉已经有大部分破壁，且有许多细胞壁内容物附着在残破的细胞壁上显得体积庞大，而图9显然显示绝大多数的细胞壁未被击破。

以上实验结果表明传统的阀式高压均质机破壁效果不理想。对于用于细胞破壁的撞击腔，它主要由二元主腔和一元副腔组合而成。单独使用二元主腔或一元副腔的破壁效果不如二元主腔和一元副腔组合的效果。

实施例17

下面以膳食纤维的液相超微化实施案例作进一步描述：

以酶法制备的豆渣纤维悬浊液为试样样品，以美国Microfluidic公司生产的Microfluidizer M-110EH为主体设备，用于液相超微粉碎的撞击腔主副腔串联，副腔在前主腔在后，以不同的次数处理豆渣纤维悬浊液。将以一定浓度的处理前后样品在XS-402型荧光三目显微镜下，放大400倍，对其颗粒大小、形貌等特征进行测量和观察发现颗粒大小从处理前的50-58um左右降至处理后的20-35.5um左右(实际上的颗粒大小要除以400倍)，并且组织更薄，透光率提高，在美国PSS的Nicomp380粒度仪检测其二次粒度分析可看出经几次处理后的样品粒度峰值前移，主峰从处理前的10-20Knm前移至处理一次后的5-10Knm、处理二次后的500nm-1Knm、处理三次后的50-200nmm等。由于豆渣纤维悬浊液经细化和均一化后其流变性会发生变化，出现粘度升高现象，应用美国的BROOKFIELD DV-III⁺型流变仪检测其结果为表观粘度从60-70cp上升至处理一次后的100-110cp和处理二次后的110-125cp，这可进一步证明其超微化的效果。

如果采用副腔在前、主腔在后的方式处理时一元副腔的进料管1与Microfluidizer M-110EH的高压部分连接，悬浊液中的固体物料在一元副腔和一元主腔中完成破壁后，再经一元主腔的出料管9释放出来。

如果采用高压阀式均质机作为主体设备反复的处理同样的豆渣纤维悬浊液，一般只能得到0.5μm左右的碎片。很难得到更细小的碎片。

其余同实施例2、3、4、5、14。

实施例18

下面以膳食纤维的液相超微化实施案例作进一步描述：用于液相超微粉碎的撞击腔主副腔串联，主腔在前副腔在后，以不同的次数处理豆渣纤维悬浊液。

采用主腔在前副腔在后的方式处理时一元主腔的进料管1与Microfluidizer M-110EH的高压部分连接，悬浊液中的固体物料在一元主腔和一元副腔中完成粉碎后，再经一元副腔的出料管9释放出来。

其余同实施例2、3、4、5、14。实验效果与实施例17类似。

Claims (6)

1.流体撞击腔，包括管体和管体内的孔道；其特征在于：管体内的孔道是由依次前后连接的进料管(1)、谐振管(2)、缓冲管(3)、分流管(4)、撞击管(5)、射流管(6)、变流管和出料管(9)组成；进料管(1)和出料管(9)分别与外界相通；谐振管(2)直径大于进料管(1)和缓冲管(3)的直径；缓冲管(3)与撞击管(5)之间设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成分流管(4)；射流管(6)的直径小于变流管和出料管(9)的直径。

2.根据权利要求1所述的流体撞击腔，其特征在于：谐振管(2)为单一的一元结构。

3.根据权利要求1所述的流体撞击腔，其特征在于：谐振管(2)为平行串联的二元结构。

4.根据权利要求1所述的流体撞击腔，其特征在于：变流管由突变管(7)、缩流管(8)组成；射流管(6)与突变管(7)连接，突变管(7)与缩流管(8)连接，缩流管(8)与出料管(9)连接；突变管(7)的直径大于射流管(6)和缩流管(8)的直径；缩流管(8)的直径小于出料管(9)的直径。

5.根据权利要求1所述的流体撞击腔，其特征在于：变流管由扩流管(10)组成；扩流管(10)的直径大于射流管(6)的直径；扩流管(10)的直径小于出料管(9)的直径。

6.根据权利要求1所述的流体撞击腔，其特征在于：分流管(4)的直径为30-200um。

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