CN106345367B - 液滴分散装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液滴分散装置，属于胶体化学技术领域，包括具有物料腔的分散罐，在分散罐壁上设置有与物料腔连通的物料入口和物料出口，所述物料出口设置有出料针头，在物料腔内设置有可对物料进行压电震动的压电震动装置，所述压电震动装置包括压电陶瓷振动膜和干扰信号源，压电陶瓷振动膜设置于物料腔的顶部，干扰信号源通过数据线与压电陶瓷振动膜连接。本发明使用压电陶瓷振动膜直接施予流体产生振动干扰，能够得到尺寸高度均匀的液滴，振动效果与重复性好，且通过流速、孔径与外加干扰频率来实现液滴直径的可调性，无需停车与拆卸装置，方便快捷，解决了现有技术振动间接施加于液体、振动效果不佳的问题。

Description

液滴分散装置
技术领域
本发明属于胶体化学技术领域，具体涉及一种用于大颗粒均粒树脂白球聚合工艺的液滴分散装置。
背景技术
离子交换树脂白球广泛地用于物质净化、水处理、合成化学、药物分离与提纯等工业生产与科研领域，其基体是由苯乙烯-二乙烯基苯聚合而成的球体，俗称树脂白球。近来，组合合成化学技术和生物大分子药物色谱分离技术的发展成熟，其中催化剂和担体使用的是特定组分的高尺寸均匀性的大颗粒树脂白球，所谓大颗粒即是十分之一毫米级的颗粒，尤其是0.5mm左右的树脂颗粒是蛋白质分子纯化和药物分离过程所需的主要担体。传统树脂白球聚合工艺采用悬浮聚合或者乳液聚合，就尺寸而言，悬浮聚合工艺合成树脂白球尺寸相对于乳液聚合工艺要大，可以实现十分之一毫米级，而乳液聚合工艺只能达到微米数量级；就尺寸均匀性而言，悬浮聚合工艺合成树脂颗粒白球的多分散系数(PDI,Polydispersity Index)远大于乳液聚合工艺，只能达到0.3-1.25mm的粒径分布。因此，传统聚合工艺不能同时实现特定大尺寸粒径与尺寸均匀性，悬浮聚合生成的树脂白球需要经过不同程度的筛分以达到均匀性要求，从而产生大量的废料，大大增加了均粒树脂的价格。
无论聚合工艺，从聚合过程来看，先将一定比例的单体相与引发剂混合均匀，在搅拌或者其他条件下，单体相分散在含有合适稳定分散剂或者乳化剂的水相中形成一定大小的油珠，随温度升高，单体相内在引发剂作用下发生聚合反应生成聚合物颗粒。由于本体聚合机理，聚合反应都是发生在每一个油珠内部，水相中稳定存在的油珠大小决定了最后形成聚合物颗粒的尺寸，因此整个过程具有两个关键点，其一是如何将单体相分散成为均匀大小的液滴，其二是如何保持分散得到的油珠在分散相中稳定存在，不发生破碎与聚并。
为解决单体相分散成均匀液滴的问题，申请号为02267684.8的中国专利文献公开了一种改进反应罐形状与进料机构的反应釜，采用多孔板分散液滴。在细长反应釜底端设置多孔进料板，单体相从反应釜底部的进料机构B进入反应釜体1的水相中，反应釜中设置搅拌桨，水相随搅拌在釜体中旋转。由于单体相对较轻，穿过进料孔在旋转液体剪切力下形成单个油珠，同时进料孔同圆周分布，在恒定搅拌速度下，单体相穿过进料机构B剪切效果基本相同，因而能够得到大小均一的液滴，并且进料孔的直径决定了聚合物颗粒尺寸大小。
由于多孔板切换需要停车不利于液滴直径可调性，因此有文献提出了一种通过施加振动干扰实现树脂颗粒粒径调控的装置，通过机械振动源或者压电振动源施加于出料口管件外加干扰，可以实现尺寸可调的均匀液滴的分散，且不需要停车更换部件。但是这种结构是通过对喷头施加外加干扰振动，振动间接施加于液体，振动效果不佳，同时装置稳定性与液滴分散过程的重复性不佳，难于应用于大颗粒均粒树脂白球的工业生产。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于大颗粒均粒树脂白球聚合工艺的压电式液滴分散装置，以射流振动断裂过程为基础，使用压电陶瓷振动膜直接施予流体振动干扰，能够得到尺寸高度均匀的液滴，振动效果与重复性好，且通过流速、孔径与外加干扰频率来实现液滴直径的可调性，无需停车与拆卸装置，方便快捷。
为达到上述目的，本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种液滴分散装置，包括具有物料腔的分散罐，在分散罐壁上设置有与物料腔连通的物料入口和物料出口，在物料腔内设置有可对物料进行压电震动的压电震动装置，所述压电震动装置包括压电陶瓷振动膜和干扰信号源，压电陶瓷振动膜设置于物料腔的顶部，干扰信号源通过数据线与压电陶瓷振动膜连接。
进一步，出料针头的孔径为0.5d～1d，d为液滴直径。
进一步，所述物料入口通过物料管路与进料阀及进料泵连通。
进一步，所述物料出口与出料针头之间设置有转换接头，所述转换接头一端与物料出口螺纹连接，其另一端设置有可连接任意不同直径针头的针头连接口。
进一步，所述干扰信号源包括通过数据线连通的信号发生器和功率放大器。
进一步，还包括设置在分散罐上方通过压电陶瓷振动膜分隔开的缓冲油腔，所述缓冲油腔位于物料腔的上方。
进一步，所述分散罐上还设置有与物料腔连通的排空管，所述排空管上设置有开关控制阀。
本发明的有益效果在于：
本发明以射流振动断裂过程为基础，在物料腔内设置压电震动装置，使用压电陶瓷振动膜直接施予流体产生振动干扰，能够得到尺寸高度均匀的液滴，振动效果与重复性好，且通过流速、孔径与外加干扰频率来实现液滴直径的可调性，无需停车与拆卸装置，方便快捷，解决了现有技术振动间接施加于液体、振动效果不佳的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：
1-物料腔；2-分散罐；3-物料入口；4-物料出口；5-转换接头；6-压电陶瓷振动膜；7-干扰信号源；8-针头连接口；9-缓冲油腔；10-出料针头；11-排空管；12-开关控制阀。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图所示，本发明液滴分散装置，包括具有物料腔1的分散罐2，在分散罐壁上设置有与物料腔1连通的物料入口3和物料出口4，物料入口3通过物料管路与进料阀(未示出)及进料泵(未示出)连通，物料出口4与出料针头10之间设置有转换接头5，转换接头5一端与物料出口4螺纹连接，其另一端设置有针头连接口，可连接任意不同直径的出料针头10，设置转换接头5一方面便于清洗物料腔1的内壁，防止或者解决腔体内部发生堵塞的情况，另一方面可以实现不同的液滴直径。特别的，本实施例在物料腔1内设置有可对物料进行压电震动的压电震动装置，其包括压电陶瓷振动膜6和干扰信号源7，压电陶瓷振动膜设置于物料腔的顶部，干扰信号源7包括通过数据线连通的信号发生器(未示出)和功率放大器(未示出)，通过数据线与压电陶瓷振动膜连接。
反应物料单体相经进料泵、进料阀，从物料入口3进入并充满整个物料腔1，由于压力的作用由连接在针头连接口8的不同孔径的针头射出形成圆柱形射流，通过压电陶瓷振动膜6施予液体一定频率的纵向干扰振动，振动通过腔体中的液体直接传播到射流液柱上，从而促进射流断裂形成粒径均一的液滴。
本装置采用压电陶瓷振动膜，振动性能佳、与液体接触传递性能好，振动传递效率高，与机械振动相比，具有节能、易调节的优点。在运行时，装置上只有压电陶瓷振动膜发生振动，装置稳定性好、不易损耗，液滴的尺寸大小稳定且均匀，液滴分散过程的重复性好。
值得说明的是：液滴的直径大小由射流速度、针头孔径和外加扰动频率决定，本发明的技术方案中，这些参数之间的关系式为：
其中D为由本发明分散所得的液滴直径，d为针头孔径，u为射流速度，f为外加干扰振动频率。k为物性系数，主要受物料的物理性质影响，尤其是表面张力与粘度，其与表面张力与粘度的经验关系式为：k＝1.355μ-0.05·σ-0.04。f0为流体固有振动能量表征量，主要与物系性质和流速相关。
根据所需产品的粒径大小选择不同的操作条件，本发明中，流量通过进料入口3上的进料阀调节，针头孔径通过连接在连接口的针头切换来实现调节，外加干扰频率通过干扰信号源的信号发生器与功率放大器调节。其中针头孔径不宜过小，否则会增大流体阻力，从而降低分散液滴的效率，增加操作成本，但是也不宜过大，否则为实现特定尺寸液滴直径需要增加流体的动能与施加的振动能，针头孔径需要通过经济分析权衡选择，一般在所需液滴直径的0.5-1倍之间为佳。
本实施例为提高振动传递效率，在分散罐上方设有缓冲油腔9，缓冲油腔9与物料腔1通过压电陶瓷振动膜分隔开，且缓冲油腔9位于物料腔的上方，当缓冲油腔9内充满油后，在重力作用下，压电陶瓷振动膜对反应物料作用力更大更强，分散效果更佳。
开始生产前，由于物料腔1内存在空气，会在物料中形成气泡，影响射流断裂过程的稳定性。为此本发明设置了排空管11，在试运行阶段通过排空管11上的开关控制阀12排除腔体中的空气，直到物料流出立即关闭阀门，再进行液滴分散操作。
另外，分散罐可以是整体式，也可以是分体式。为方便加工，本实施例的罐体采取分体式，具体的，缓冲油腔9与物料腔1分开，且物料腔1的底部设置为分体法兰，并用螺栓与物料腔连接，将物料出口固定在法兰上，同时，为增加其密封效果，在各分段连接处设置有聚四氟乙烯垫片。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种液滴分散装置，包括具有物料腔的分散罐，在分散罐壁上设置有与物料腔连通的物料入口和物料出口，所述物料出口设置有出料针头，其特征在于：在物料腔内设置有可对物料进行压电震动的压电震动装置，所述压电震动装置包括压电陶瓷振动膜和干扰信号源，压电陶瓷振动膜设置于物料腔的顶部，干扰信号源通过数据线与压电陶瓷振动膜连接；出料针头的孔径为0.5d～1d，d为液滴直径；所述物料出口与出料针头之间设置有转换接头，所述转换接头一端与物料出口螺纹连接，其另一端设置有可连接任意不同直径针头的针头连接口；还包括设置在分散罐上方通过压电陶瓷振动膜分隔开的缓冲油腔，所述缓冲油腔位于物料腔的上方；所述分散罐上还设置有与物料腔连通的排空管，所述排空管上设置有开关控制阀。
2.根据权利要求1所述的液滴分散装置，其特征在于：所述物料入口通过物料管路与进料阀及进料泵连通。
3.根据权利要求1所述的液滴分散装置，其特征在于：所述干扰信号源包括通过数据线连通的信号发生器和功率放大器。
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