CN101259389A

CN101259389A - 一种高剪切细化均质机

Info

Publication number: CN101259389A
Application number: CNA2007100378180A
Authority: CN
Inventors: 周先桃; 潘家祯; 石岩; 陈理清
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2027-03-05
Also published as: CN101259389B

Abstract

本发明涉及一种高剪切细化均质机，属于过程装备技术领域。本发明包括有旋转驱动装置、旋转传动机构、高剪切细化均质室、进料通道、出料通道、底座，其特征在于高剪切细化均质室由旋转内圆筒的外表面、外圆筒的内表面和端面档板的内端面构成；旋转内圆筒的轴心线与外圆筒的轴心线位于同一轴线上；端面挡板位于圆筒的端部；高剪切细化均质室的相邻部件间具有密封结构；进料通道和出料通道分别与高剪切均质室相通。采用本发明在既不进行预混合处理，也不进行循环处理的条件下就可以得到符合给定要求的细化均质产品；不仅可以自动吸取料液，还可以控制料液流体的剪切力，同时还可以调控细化均质过程中料液的温度，易于实现工业生产的连续化过程。

Description

一种高剪切细化均质机

技术领域

本发明涉及以流体为携带介质进行粉碎或乳化的过程装备，尤其涉及以流体间的剪切力来实现细化均质多相料液的细化均质机，属于过程装备技术领域。

背景技术

在过程工业中，为了实现有效地将一种物质(液体或固体)细化或均匀地分散在不相溶的流体中的目的，通常采用细化均质机来进行处理。其中又涉及到很多需要依靠流体间的剪切力来进行细化均质处理的多相料液，如韧性物质的细化、不相容液体的乳化。对于这类待均质的料液，能够有效地实现超细粉碎或超细乳化的高剪切过程装备具有很强的工业实用性。下面以当前的高剪切细化均质机来说明这类过程急需解决的问题。

当前，高剪切细化均质机可以分为以压力来推动流体通过微型孔道的压力式高剪切细化均质机和以原动机来驱动的旋转刀齿式高剪切细化均质机两类。压力式细化均质过程中流体间的高剪切应力主要集中在细微通道的壁面边界层内，而主流区域中流体间的剪切应力很小；致使主流区域内所携带的颗粒粒子只经历很小的剪切应力作用而难以达到细化均质的目的；即使循环处理多次也难以保证所有的颗粒粒子都经历边界层内的高强剪切作用。

旋转刀齿式高剪切细化均质机由于其离心挤压力的作用，只有一部分流体及其所携带的颗粒粒子进入刀齿之间的间隙而经历高剪切作用，而相当部分的流体及其所携带的颗粒粒子直接从齿间的空隙流出而只经历很小的剪切作用，致使这部分流体消耗大量的机械能却没有对颗粒粒子起到高剪切的作用；为了达到一定的均质效果，如公告号为CN1340375所描述的那样，通常将其与一个容器结合来进行循环操作，但均质后的单分散性仍然受到限制。

发明内容

本发明的目的就是要解决当前高剪切细化均质过程中存在相当数量的流体及其所携带的颗粒粒子经过高剪切过程装备却没有经历高剪切作用的技术问题，提供一种以流体高剪切作用来有效实现粉碎或乳化的过程装备。该过程装备可以根据产品的质量要求来调节流体间高剪切作用的强度，使其中的流体及其所携带的颗粒粒子均有经历流体间高剪切作用的机会，直接得到单分散性良好的产品，易于实现工业化的连续生产。

为此，本发明提供了一种高剪切细化均质机，除包含有旋转驱动装置、旋转传动机构、进料通道、出料通道、底座外，还包含有由旋转内圆筒的外表面、外圆筒的内表面和端面档板的内端面构成的高剪切细化均质室；其中，旋转内圆筒的轴心线与外圆筒的轴心线位于同一轴线上，端面挡板位于旋转内圆筒外表面与外圆筒内表面所构成的环隙空间的端部，构成高剪切细化均质室的相邻部件间具有密封结构，进料通道和出料通道分别与高剪切细化均质室相通。其工作原理为：当旋转内筒的旋转强度超过一定程度时，待处理料液在高剪切细化均质室内形成二次涡流，二次涡流在高剪切细化均质室圆筒壁面附近形成远高于环隙内流体空间平均剪切应力的高剪切区域，高剪切区域内的颗粒粒子经受高剪切的作用而得到细化均质的料液；同时，二次涡流在环隙尺度范围内将高剪切细化均质室内未经历高剪切作用的颗粒粒子输送到壁面附近的高剪切区域进行均质处理，从而在不需要循环操作的条件下就可以确保得到单分散性良好的细化均质产品；再加上二次涡流在小环隙尺度范围内沿轴向在近壁区域交替形成的强冲击流动以及沿径向向外的强射流流动，所形成的冲击效应与剪切效应都将进一步细化和破碎料液中的颗粒粒子。

本发明中的外圆筒是可以旋转的；当外圆筒与旋转内圆筒反向旋转时，在较低转速条件下就能够提高在高剪切细化均质室内流体间的平均剪切应力。

本发明中的高剪切细化均质室的环隙在径向方向上的尺寸可以是不一致的；在环隙径向尺寸较大的空间内的流体间的平均剪切应力较小，但消耗的能源较小，适合进行较大颗粒的细化均质或预细化均质过程；环隙径向尺寸较小的空间内的流体间的平均剪切应力较大，适合进行较小颗粒的细化均质，保证最终产品的细化均质指标；其结构可以通过旋转内圆筒的外半径和外圆筒的内半径在轴向方向上的变化来实现。

本发明中的进料通道可以包含一个总管路和一个或一个以上的支管路，总管路与一个或一个以上的支管路的一端相通，支管路的另一端与料液储罐相通，且支管路上设有流量调节装置；当只需要均质一种料液时，就可以只使用其中的一个进料管支路，而将其余进料管支路关闭；当需要对不同的料液进行均质处理时，不同的料液可以分别从不同的进料支路管经汇总后进入高剪切细化均质室；不需要预混合处理就可以实现细化均质过程。

本发明可以在旋转内圆筒的轴心线位置设置中心通道，中心通道的一端与进料通道的总管相通；旋转圆筒的径向方向具有径向通道，径向通道的一端与中心通道相通，径向通道的另一端与高剪切细化均质室相通；径向通道中的流体在随旋转内圆筒旋转过程中产生的离心力将待处理的料液输送到高剪切细化均质室进行高剪切细化均质处理，使本发明的高剪切细化均质机具有自吸料能力。

本发明中的外圆筒的外表面可以有散热结构，其目的是将料液在高剪切细化均质过程中产生的热量带走，从而可以避免高剪切均质过程中料液温度变化对料液性质产生的不良影响；散热结构可以由外圆筒的外柱面上设置一定数量的散热翅片进行空冷或水冷，也可以是在外圆筒的外柱面上形成夹套空间，向夹套空间内通入冷却介质来调节料液的温度。

本发明中的旋转圆筒的转速可以由旋转驱动装置和旋转传动结构来进行控制和调节，以此调节高剪切细化均质室内流体产生的剪切力的大小，从而达到给定的细化程度而又要求不发生过度细化的产品要求。

附图说明

图1高剪切细化均质机的结构简图。

图2高剪切细化均质机的进料管路示意图。

图3高剪切细化均质室的轮廓示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体结构及工作原理：

本发明的高剪切细化均质机的一个实施例如图1所示，包含有联轴器1、旋转轴2、调频驱动电机3、定位轴承压盖4、密封轴承5、出料端轴承座7、换热夹套10、固定圆筒11、旋转内圆筒12、固定拉杆16、紧固螺钉17、进料轴承压盖20、进料端轴承座21。

本实施例中实现料液的细化均质过程为：调频驱动电机3通过联轴器1驱动旋转轴2，旋转轴2又带动旋转内圆柱旋转；在旋转离心力的作用下，待处理的料液通过进料管路经过轴承压盖20后，从旋转内圆柱12上的中心通道18进入径向通道14，继而进入高剪切细化均质室9中；待处理料液在高剪切细化均质室内形成二次涡流；在二次涡流的作用下于高剪切细化均质室的内壁面附近区域形成极化了的流体高剪切区域；在高剪切区域内流体中所携带的固体颗粒或液滴经历高剪切的作用而得以细化均质；当细化均质处理达到一定的要求后经出料口6排出而完成细化均质过程。

本实施例中有一个中心通道18，该中心通道18与均匀布置的径向通道14相通；径向通道内的流体在旋转内圆筒的作用下形成离心压力，该离心压力对进料管路中的流体产生吸入力，并将旋转内圆筒通道中的料液输送到高剪切细化均质室内进行细化均质过程；以此形成高剪切细化均质机的自吸料能力。

本实施例中采用的散热结构为夹套式换热方式；在细化均质过程中所产生的热量通过圆筒11传入到由圆筒11和换热夹套10之间的冷却介质中；冷却介质从冷却介质入口8进入冷却介质传热空间13，将高剪切过程中所产生的热量经过冷却介质出口22带出高剪切细化均质机，从而实现均质过程中料液温度的控制和调节，避免细化均质过程中料液温度变化对细化均质产品质量的影响。尽管实施例中是采取间壁传热的方式，但可以变形为在固定圆筒外壁预制螺纹齿或翅片的形式来强化传热过程。

本发明的高剪切细化均质机的进料管路示意如图2所示，含有三个分支路，其中，总管23上有调节阀24，支管路上除有调节阀外还有流量计25，支管的进口端与带均质的储料罐相连；当只处理一种需要细化均质的料液时，就只需要开启一个通路来进行均质化处理；当需要将两种或两种以上的料液进行细化均质处理时，可以相应地开启不同料液的支管路来汇集待处理料液；可以根据产品质量组份的要求来控制调节不同待处理料液间流量的比例关系，根据产品的均质化的程度要求来控制调节料液的总处理量；对多种料液不需要预混合就可以直接进料进行细化均质处理，直接得到符合均质要求的产品。

本发明中的旋转内圆筒的外表面和外圆筒的内表面的形状除了采用等直径的旋转同轴圆筒结构外，还可以采用圆柱形、阶梯形、或者渐变形中的一种及其组合；图3是其中的一种组合所构成的高剪切细化均质室的轮廓示意图，一般将高剪切细化均质室27内环隙大的部位作为进料位置以处理大颗粒粒子或对料液进行粗处理，以减小环隙小的部位的处理负担。

以上所述实施例是对本发明进行说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思和范围，都已在权利要求书中作了声明。

Claims

1. 一种高剪切细化均质机，包括旋转驱动装置、旋转传动机构、高剪切细化均质室、进料通道、出料通道、底座，其特征在于高剪切细化均质室由旋转内圆筒的外表面、外圆筒的内表面和端面档板的内端面构成；旋转内圆筒的轴心线与外圆筒的轴心线位于同一轴线上；端面挡板位于旋转内圆筒外表面与外圆筒内表面所构成的环隙空间的端部；高剪切细化均质室的相邻部件间具有密封结构；进料通道和出料通道分别与高剪切细化均质室相通。

2. 按照权利要求1所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的外圆筒是可以旋转的。

3. 按照权利要求1所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的外圆筒的内半径在轴向方向上是变化的。

4. 按照权利要求1所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的旋转内圆筒的外半径在轴向方向上是变化的。

5. 按照权利要求1所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的进料通道包含一个总管路和一个或一个以上的支管路，总管路与一个或一个以上的支管路的一端相通，支管路的另一端与料液储罐相通；支管路上设有流量调节装置。

6. 按照权利要求1所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的旋转内圆筒的轴心线位置设置有中心通道，中心通道的一端与进料通道的总管相通；旋转内圆筒的径向方向具有径向通道，径向通道的一端与中心通道相通，径向通道的另一端与高剪切细化均质室相通。

7. 按照权利要求1所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的外圆筒的外表面安装有换热构件。

8. 按照权利要求1或2所述的高剪切细化均质机，其特征在于所述的旋转圆筒上安装有连接和调速装置。