CN107649063B - 一种纳米材料超声共振乳化混配装置 - Google Patents

一种纳米材料超声共振乳化混配装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种纳米材料超声共振乳化混配装置，所述装置包括搅拌混合罐(1)、超声振动混合罐(8)、贮存罐(11)和静态混合罐(15)；所述搅拌混合罐(1)与超声振动混合罐(8)相连通，所述超声振动混合罐(8)与贮存罐(11)相连通，所述贮存罐(11)与静态混合罐(15)相连通，所述静态混合罐(15)与搅拌混合罐(1)相连通。本发明提供了一种利用三次混合最终完成纳米材料、乳化液与基液配置成均匀溶液的混配装置，突破了传统超声乳化混合仅借助静态混合器、搅拌混合以及超声混合的溶液混合方式，引入一种借助共振发生器的共振混合方法，提高了溶液的混合质量和混合效率，更适用于大规模的工业化生产。

Description

一种纳米材料超声共振乳化混配装置
技术领域
本发明涉及一种乳化混配装置，特别涉及一种纳米材料超声共振乳化混配装置。
背景技术
超声乳化是指在超声波能量作用下，使两种(或两种以上)不相溶液体混合均匀形成分散物系，其中一种液体均匀分布在另一液体之中而形成乳状液的工艺过程。该技术的主要原理是利用超声波空化作用实现，工作过程中对已经过初步混合的溶液加以强超声波作用，液体内会产生大量的气泡，小气泡将随着超声振动而逐渐生长和增大，然后又突然破灭和分裂，分裂后的气泡又连续生长和破灭。这些小气泡急速崩溃时在气泡内产生了高温高压，同时气泡周围的液体高速冲入气泡而在气泡附近的液体中产生了强烈的局部激波，也形成了局部的高温高压，从而产生了超声的粉碎、乳化作用。该方法已经在工业生产中得到广泛的应用，如食品、药品、能源、化工等领域有着广泛的应用。但目前为止，并没有专门用于纳米涂料制备的超声乳化装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纳米材料超声共振乳化混配装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种纳米材料超声共振乳化混配装置，所述装置包括搅拌混合罐1、超声振动混合罐8、贮存罐11和静态混合罐15；所述搅拌混合罐1与超声振动混合罐8相连通，所述超声振动混合罐8与贮存罐11相连通，所述贮存罐11与静态混合罐15相连通，所述静态混合罐15与搅拌混合罐1相连通；
所述超声振动混合罐8内部安装有超声发生器7、多个振动发生器10以及多组具有不同振动频率的共振片9；所述振动发生器10和所述共振片9相连接；
所述搅拌混合罐1一侧连接有管道，所述管道上安装有液压泵1 5a，管道在经液压泵1 5a后分为两路，其中一路管道经阀门1 6a与超声振动混合罐8相联通，另一路管道经阀门2 6b连接在位于超声振动混合罐8内部的超声发生器7上。
进一步地，所述搅拌混合罐1上方安装有搅拌电机2，搅拌混合罐1内安装有搅拌叶片3，所述搅拌叶片3与搅拌电机2连接，并可随搅拌电机2转动。
进一步地，所述搅拌混合罐1内还安装有液流导向片4。
进一步地，所述超声振动混合罐8通过安装有液压泵2 5b的管道与贮存罐11相连通，所述贮存罐11顶端设有入料口12，右侧壁设有出料口13，左侧壁安装有浓度检测仪14。
进一步地，所述贮存罐11通过安装有液压泵3 5c的管道与安装在静态混合罐15内的静态混合器16相连接，所述静态混合罐15内的静态混合器16为多层盘绕结构。
进一步地，所述静态混合罐15内的静态混合器16经安装有液压泵4 5d的管道与搅拌混合罐1相连通。
进一步地，所述超声发生器7为液流式机械超声波发生器。
附图说明
图1为纳米材料超声共振乳化混配装置结构图；
图2为纳米材料超声共振乳化混配装置的工艺流程图；
图3为搅拌混合罐内搅拌环流示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种专用于涂料制取的专用设备。它利用静态混合器及搅拌混合的方式进行溶液的初次混合；之后启动振动发生器进行二次混合，利用共振原理使得纳米材料、乳化液、基液的混合液各处比例趋于一致；最后启动超声发生器，利用超声振动方式令乳化液对纳米材料形成有效包裹，再利用其与基液之间的范德华力使纳米材料在基液中形成有效悬浮，从而获得混合均匀的纳米涂料。
结合图1、图2和图3，本发明提供一种纳米材料超声共振乳化混配装置，所述装置包括搅拌混合罐1、超声振动混合罐8、贮存罐11和静态混合罐15；所述搅拌混合罐1与超声振动混合罐8相连通，所述超声振动混合罐8与贮存罐11相连通，所述贮存罐11与静态混合罐15相连通，所述静态混合罐15与搅拌混合罐1相连通；
所述超声振动混合罐8内部安装有超声发生器7、多个振动发生器10以及多组具有不同振动频率的共振片9；所述振动发生器10和所述共振片9相连接；
所述搅拌混合罐1一侧连接有管道，所述管道上安装有液压泵1 5a，管道在经液压泵1 5a后分为两路，其中一路管道经阀门1 6a与超声振动混合罐8相联通，另一路管道经阀门2 6b连接在位于超声振动混合罐8内部的超声发生器7上。
所述搅拌混合罐1上方安装有搅拌电机2，搅拌混合罐1内安装有搅拌叶片3，所述搅拌叶片3与搅拌电机2连接，并可随搅拌电机2转动。
所述搅拌混合罐1内还安装有液流导向片4。
所述超声振动混合罐8通过安装有液压泵2 5b的管道与贮存罐11相连通，所述贮存罐11顶端设有入料口12，右侧壁设有出料口13，左侧壁安装有浓度检测仪14。
所述贮存罐11通过安装有液压泵3 5c的管道与安装在静态混合罐15内的静态混合器16相连接，所述静态混合罐15内的静态混合器16为多层盘绕结构。
所述静态混合罐15内的静态混合器16经安装有液压泵4 5d的管道与搅拌混合罐1相连通。
所述超声发生器7为液流式机械超声波发生器。
所述装置包括四种罐体，分别是搅拌混合罐1、超声振动混合罐8、贮存罐11、静态混合罐15，在混合前可将待混合的溶液、乳化剂和纳米材料等通过入料口12注入到贮存罐11中，然后打开阀门1 6a，关闭阀门2 6b，并开启所有的液压泵，并在液压泵的作用下溶液形成流动，其流动顺序为(如图2所示)：贮存罐11→静态混合罐15→搅拌混合罐1→超声振动混合罐8，同时启动均质机(由搅拌电机2和搅拌叶片3构成)对流入搅拌混合罐1内的溶液进行搅拌混合，利用该方式完成溶液及纳米材料的初次混合。在初次混合过程中主要依靠静态混合罐15和搅拌混合罐1进行，静态混合罐15是通过静态混合器16来干扰溶液流动，形成乱流实现混合。搅拌混合罐1内的搅拌叶片3是一种具有一定曲率和倾斜角度的叶片，该叶片在旋转过程中能推动溶液形成一种向上、向外的流动，进而在管内形成搅拌环流(如图3所示)，防止固态物质在罐体底部发生悬浮沉淀。液流导向片4可对搅拌叶片3产生的液流起到引导和分流的作用，并可形成局部涡流，提高混合效率。
待初次混合完成后，继续保持各液压泵以及均质机的工作，再启动振动发生器10，其产生的振动可使频率相对应的共振片9产生共振，在工作中有规律地逐步提高和降低振动发生器10的振动频率，使不同组共振片依次产生振动，从而使得纳米材料与乳化剂、溶液之间的混合更加均匀，完成二次混合。
待二次混合完成后，继续保持各液压泵以及均质机、振动发生器10的工作，关闭阀门1 6a，打开阀门2 6b。在液流的冲击下超声发生器7开始工作，利用其产生的超声波对使乳化液对纳米材料形成包裹，最终完成纳米材料、乳化液、基液之间的有效混合。超声发生器7可根据实际需求设置多个。
在混合过程中，浓度检测仪14会对罐内溶液的浓度及组份进行测定，浓度检测仪14可根据实际需求在不同种类的罐体上安装，并可在单一罐体上安装多个，以便了解罐内的混合效果。当溶液混合效果达到要求后，便可将混合好的溶液通过出料口13排出。
本发明提供了一种利用三次混合最终完成纳米材料、乳化液与基液配置成均匀溶液的混配装置，突破了传统超声乳化混合仅借助静态混合器、搅拌混合以及超声混合的溶液混合方式，引入一种借助共振发生器的共振混合方法，提高了溶液的混合质量和混合效率，更适用于大规模的工业化生产。
初次混合是利用静态混合器及搅拌混合的方式进行，在搅拌混合过程中采用具有一定曲率和倾斜角度的叶片，该叶片在旋转过程中能推动溶液形成一种向上、向外的流动，进而在管内形成搅拌环流，同时配合液流导向片对液流的引导和分流，可有效避免颗粒物质沉浮在罐体底部；第二次混合加入了振动发生器，利用共振原理使得纳米材料、乳化液、基液的混合液各处比例趋于一致；最后第三次混合启动超声发生器，利用超声振动方式令乳化液对纳米材料形成有效包裹，再利用其与基液之间的范德华力使纳米材料在基液中形成有效悬浮，从而获得混合均匀的纳米涂料。
以上对本发明所提供的一种纳米材料超声共振乳化混配装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种纳米材料超声共振乳化混配装置，其特征在于：所述装置包括搅拌混合罐(1)、超声振动混合罐(8)、贮存罐(11)和静态混合罐(15)；所述搅拌混合罐(1)与超声振动混合罐(8)相连通，所述超声振动混合罐(8)与贮存罐(11)相连通，所述贮存罐(11)与静态混合罐(15)相连通，所述静态混合罐(15)与搅拌混合罐(1)相连通；
所述超声振动混合罐(8)内部安装有超声发生器(7)、多个振动发生器(10)以及多组具有不同振动频率的共振片(9)；所述振动发生器(10)和所述共振片(9)相连接；
所述搅拌混合罐(1)一侧连接有管道，所述管道上安装有液压泵1(5a)，管道在经液压泵1(5a)后分为两路，其中一路管道经阀门1(6a)与超声振动混合罐(8)相联通，另一路管道经阀门2(6b)连接在位于超声振动混合罐(8)内部的超声发生器(7)上；
所述搅拌混合罐(1)上方安装有搅拌电机(2)，搅拌混合罐(1)内安装有搅拌叶片(3)，所述搅拌叶片(3)与搅拌电机(2)连接，并可随搅拌电机(2)转动；
所述搅拌混合罐(1)内还安装有液流导向片(4)；
所述超声振动混合罐(8)通过安装有液压泵2(5b)的管道与贮存罐(11)相连通，所述贮存罐(11)顶端设有入料口(12)，右侧壁设有出料口(13)，左侧壁安装有浓度检测仪(14)；
所述贮存罐(11)通过安装有液压泵3(5c)的管道与安装在静态混合罐(15)内的静态混合器(16)相连接，所述静态混合罐(15)内的静态混合器(16)为多层盘绕结构；
所述静态混合罐(15)内的静态混合器(16)经安装有液压泵4(5d)的管道与搅拌混合罐(1)相连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述超声发生器(7)为液流式机械超声波发生器。
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