CN115228579A - 一种超高压水动力破壁机 - Google Patents

Abstract

一种超高压水动力破壁机，它包括高压水发生器（1）、原料罐（2）和储料罐（3），其特征是：所述的高压水发生器（1）通过喷嘴接头（4）与进料接头（5）相连，原料罐（2）通过连接管（6）与喷嘴接头（4）上的进料口相连通并利用喷嘴接头（4）高速高压射流水产生的纹丘里效应将原料罐（2）中微米级的原料吸入进料接头（5）中，进料接头（5）固定在曲线通道载体（7）上；曲线通道（7）连接有直线通道（9），直线通道（9）的出口端位于储料罐（3），直线通道（9）中的高压纳米级的粉料在出口端瞬间失压产生失压爆裂而进一步破碎成100纳米以下的原料供回收利用。本发明结构简单，破壁效率高。

Description

一种超高压水动力破壁机

技术领域

本发明涉及一种物料粉碎技术，尤其是一种利用高压水实现破壁的技术，具体地说是一种超高压水动破壁机。

背景技术

在技术发展和市场需求的刺激下，多品种和高活性的超细粉体的生产将具有广阔的市场前景。超细粉体在能源、环境、医疗、卫生及人民生活的各个方面的应用将越来越广泛。因此今后应当着重发展具有高活性、高选择性、表面性能不同的超细粉体新材料生产技术。

目前，超细粉体的制备方法主要为机械粉碎法，其优点是产量大、成本低和工艺简单，适应于大批量工业生产，而且在粉碎过程中产生机械化学效应，能使粉体活性提高。

众所周知，纳米材料具有很有独特的性能，尤其是对于一些中药、食品如灵芝孢子粉等，当原料粉碎到纳米级别时即实现原材料的破壁，其药效和功效才能很好地发挥或具有增哟功能。因此人们希望能通过将中草药加工至纳米级的愿望与日俱增。由于目前的原料大多采用球磨粉碎，很难加工到纳米级别，大多只能加工至微米级无法实现真正意义上的破壁加工，否则会造成成本太高而无法承受的地步。因此如何将微米级的原料食品或中草药加工至纳米级，尤其是100纳米以下的粉末实现真正意义上的破壁加工就是当务之急。

发明内容

本发明的目的是针对现有的加工设备只能将食用类原材料加工至微米级无法实现真正意义上的破壁的问题，设计一种能将食用类原材料加工至纳米的超高压水动破壁机。

本发明的技术方案是：

一种超高压水动力破壁机，它包括高压水发生器1、原料罐2和储料罐3，其特征是：所述的高压水发生器1通过喷嘴接头4与进料接头5相连，原料罐2通过连接管6与喷嘴接头4上的进料口相连通并利用喷嘴接头4高速高压射流水产生的纹丘里效应将原料罐2中微米级的原料吸入进料接头5中，进料接头5固定在曲线通道载体7上，微米级原料随高压水进入曲线通道载体7中的曲线通道8中与曲线通道8的通道壁产生摩擦碰撞而破碎成纳米以下的粉料；曲线通道7连接有直线通道9，直线通道9的出口端位于储料罐3中，直线通道9中的高压纳米级的粉料在出口端瞬间失压产生失压爆裂而进一步破碎成100纳米以下的原料供回收利用。

所述的曲线通道8至少有两条，且对称均匀设置。

所述的曲线通道8为连续S形结构。

所述的曲线通道载体7的四周设有散热片10。

所述的连接管6的出口端与喷嘴接头4上的进砂口相连通。

所述的高压水发生器1由双级液压缸作为动力驱动，主活塞101在主缸102中由油泵换向驱动来回移动，主活塞101两端的副活塞103插入对应的副缸104中以实现连续的增压，使输入的水产生400-600Mpa的压力。

本发明的有益效果：

本发明利用超高压水作为载体带动微米级的原料一方面使原料受压，另一方面利用水流冲击使原料与流道冲击实现反复粉碎，将原料粉碎到纳米级，同时利用高压失压爆裂原理使原料离开高压腔时实现爆裂，进一步使原料尺寸变小，实现了100nm以下的一次性加工。

本发明原理新颖，设备简单易行，设备成本低，加工速度快，高效安全。

本发明在化工、电子信息、轻工、日化、医药、农药、模具制造、军工、食品、固废利用等领域应用广泛。

1、超细粉碎技术在化工行业中的应用。随着化学工业的发展，原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟的超细非金属矿物材料在化工行业的应用越来越占重要地位。比如超细高纯Al₂O₃粉体，因其具有机械强度高、硬度大、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，已被广泛应用于化工行业的各个生产环节中。

将催化剂超细化后可使石油的裂解速度提高1～5倍，赤磷超细化后不仅可制成高性能燃烧剂，而且与其它有机物反映可生成新的阻燃材料。油漆、涂料、染料中固体成分超细化后可制成高性能高附着力的新型产品。在造纸、塑料及橡胶产品中，其固体填料如：重质碳酸钙、氧化钛、氧化硅等超细化后可生产出高性能的铜板纸、塑料及橡胶产品。

在化纤、纺织行业，超细氧化铁、氧化硅的使用可提高产品的质量及光滑度。

2、超细粉碎技术在电子信息行业中的应用。超细粉体由于比表面积巨大，表面活性高，表面原子对外界环境作用强，是理想的敏感器件基础材料。超细粉体的磁性应用主要体现在磁记录材料的研制方面。超细针状的γ-Fe₂O₃具有尺寸小、单磁畴、矫顽力强等特性，用此种γ-Fe₂O₃材料开发的录音带、录像带等磁记录产品具有稳定性好、图像清晰、信噪比高、失真小等优点。电子陶瓷粉料是以高纯超细钛酸钡粉体为主要成分的具有半导体功能的陶瓷原料，另含有多种微量元素，主要用于电子陶瓷粉料介质陶瓷等的制造。在彩电彩显消磁器、程控电话机、节能灯、加热器等领域有着广泛的应用，在大规模集成电路方面也有广泛的应用。

3、超细粉碎技术在轻工行业中的应用。超细粉体的熔点比块状金属低得多，熔点和烧结温度随粒径变小而明显降低，在陶瓷行业中利用超细材料优异的表面活性和低温烧结性能可以极大地提高传统陶瓷产品的质量，同时也改善环境和降低物耗。在机械加工行业中不仅可以减少材料的加工成本，而且材料易于加工。由氮化硅超细粉为原料制造的复合材料材，抗裂系数、抗折强度、耐压强度和硬度都较好，在各工业行业中制造滑动轴承、滚动轴承用滚珠、俄罗斯产离心泵用端部密封件、切削工具、耐磨喷嘴、透平的叶片及耐火制品等。采用TiO₂超细粉制成的超细薄膜光电性能好，用于新型太阳能电池，不仅能满足薄膜电极要有一定的厚度、大面积平整度好以及粗糙度因子高等要求，而且所需实验设备简单，操作方便，具有较高的实用价值。

5、超细粉碎技术在日化行业中的应用。化妆品中的口红、护肤膏、面膜、肥皂、牙膏、洗发液与洗澡液等产品中都含有大量的固体粉体，如钛白粉、碳酸钙、颜料、色素。超细粉碎技术应用于高档压粉类彩妆品制造，可改善粉体结构，对压粉性能和产品质量都有很大提高。通过对活性物原料进行超细粉碎，可以大大降低活性物的溶解温度，有利于活性的保持和透皮吸收。如护肤品中具有抗菌作有的尿囊素、穿心莲内酯，需要在80℃时溶解2h，如果经过超细粉碎，在80℃时只需几分钟便可溶解，极大地保持了抗菌活性。

6、超细粉碎技术在医药、农药行业中的应用。对中药材进行超细粉碎加工，不仅具有加工无污染、保持物质原有化学性质、粉体造型好等特点，并可使中药材料具有独特的小尺寸效应、表面或界面效应等，从而使其表现出许多优异的性能。当药物粉碎到10μm至1μm时药物就会出现定量准确、易吸收、特异性、靶向性等新的优点。能更加充分地发挥药物的作用，提高药效，减轻患者的经济负担。农药原料经过超细粉碎后可将传统粉碎工艺得到的150～200目粒径粉末碎至5～10μm以下，其均匀性、分散性，给药接触面积显著增大。因此杀菌、杀虫及除草效果明显增强，大大减少农药的使用量。并且超微粉体比表面积大、吸附能力强、耐雨水冲刷，从而保持农药的长效。相应地超微粉体因表面活性强在农副产品和环境中分解的速率加快，因此农药残留量下降，减少了污染。

7、超细粉碎技术在模具制造中的应用。在模具制造生产中，颗粒越细，比表面积越大，越易于成型和烧结。现在MIM工艺所用的粉末颗粒一般在0.5～20μm，既能加速烧结收缩，有助于提高材料的力学性能，延长材料的疲劳寿命，又能改善耐、抗应力腐蚀及磁性能。利用模具通过烧结可快速制造高密度、高精度、三位复杂形状的机械零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等特点，被形象地称为“21世纪的成型技术”。

8、超细粉碎技术在军工行业中的应用。利用超细陶瓷粉可制成超硬塑性抗冲击材料，可用其制造坦克和装甲车复合板，这种复合板较普通坦克钢板重量轻30%～50%，而抗冲击强度较之提高1～3倍，是一种极好的新型复合材料。将固体氧化剂、炸药及催化剂超细化后，制成的推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1～10倍，可提高火箭发动机的命中精度和威力，对实现国防现代化极为重要。

9、超细粉碎技术在食品行业中的应用。苹果皮、柑橘皮、小麦麸皮、玉米皮、豆皮、米糠、甜菜渣、甘蔗渣等，含有丰富维生素和微量元素，具有很好的营养价值。通过细化加工处理，能显著改善食用口感和吸收，从而使果蔬资源得到充分的利用，且丰富了食品的营养和品种。另外，大部分果蔬皮、核均含有特定的营养成分，通过超细化加工可直接转变为食品原料。如柑橘皮核中含有较丰富的碳水化合物、矿物质、生物类黄酮等营养成分，有很高的药用价值。芦笋超细化加工后，作为食品填充剂加在饼干中，增加酥脆性和营养性，加在奶糖中增进风味和营养；将胡萝卜渣微细加工后制成橙红色的蔬菜纸，可用于色彩丰富的食品包装，也可直接食用。

10、超细粉碎技术在固废利用方面的应用。废地毯、废电缆、废汽车轮胎及工业固废等如何再生利用是环保的需要，也是经济建设的需要。将这些废物回收处理再利用已成为各界关注的课题。将废物粉碎处理，制成各类材料，针对环境与资源的综合利用课题，越来越被国内外研究机构重视，有关这类的研究报道逐年增加。如将轮胎和玻璃钢制品粉碎到一定的细度，并经过成分分离后，可直接回填到新制品中，能达到改善性能，降低成本的目的。将粉煤灰、炉渣等工业固废超细粉碎后，可作为填料加入建筑材料中，不仅减轻重量而且经济耐用。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的立体结构示意图。

图3是本发明的超高压水泵原理图。

图4是本发明的曲线通道载体的剖视图。

图5是本发明的曲线通道载体的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种超高压水动力破壁机，它包括高压水发生器1、原料罐2和储料罐3，如图2所示，高压水发生器1可直接从市场采购水刀类产品所使用的高压源，也可采用图3所示的油缸结构驱动高压发生器，再配以常规的蓄能器等配件加以实现，图中的高压水发生器1由双级液压缸作为动力驱动，主活塞101在主缸102中由油泵换向驱动来回移动，主活塞101两端的副活塞103插入对应的副缸104中以实现连续的增压，使输入的水产生400-600Mpa的压力。所述的高压水发生器1通过喷嘴接头4与进料接头5相连，原料罐2通过连接管6与喷嘴接头4（可直接采用水刀中使用的带有进砂口的喷头）上的进砂口相连通并利用喷嘴接头4高速高压射流水产生的纹丘里效应将原料罐2中微米级的原料吸入进料接头5中，进料接头5固定在曲线通道载体7上，微米级原料随高压水进入曲线通道载体7中的曲线通道8中与曲线通道8的通道壁产生摩擦碰撞而破碎成纳米以下的粉料；曲线通道7连接有直线通道9，直线通道9的出口端位于储料罐3中，直线通道9中的高压纳米级的粉料在出口端瞬间失压产生失压爆裂而进一步破碎成100纳米以下的原料供回收利用。如图1所示，具体实施时，所述的曲线通道8至少有两条，且对称均匀设置，也可为二条以上，沿周向均匀布置即可，所述的曲线通道8为连续S形结构，以增加碰撞次数，除了在S弯处会出现碰撞外，在进入直线通道9时也会出现碰撞，如图4、5所示，曲线通道载体7由两块相对面上各加工有半个曲线通道的块体结构，块体的非曲线通道结合面通过齿状结构咬合而成，再通过焊接或螺栓连接成一个整体。由于碰撞会产生大量的热量，因此，具体过门和时最好在曲线通道载体7的四周设有散热片10。爆裂成100nm以下的粉料随高压水一并落后储料罐中，再采用过滤装置将水分过滤掉即可得到成功破壁的食用或药用原料。

由上述装置可知，本发明具体实施时应作为二级粉碎机使用，要与传统的微米级粉碎机配套使用。以最大程序地发挥破壁功能。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种超高压水动力破壁机，它包括高压水发生器（1）、原料罐（2）和储料罐（3），其特征是：所述的高压水发生器（1）通过喷嘴接头（4）与进料接头（5）相连，原料罐（2）通过连接管（6）与喷嘴接头（4）上的进料口相连通并利用喷嘴接头（4）高速高压射流水产生的纹丘里效应将原料罐（2）中微米级的原料吸入进料接头（5）中，进料接头（5）固定在曲线通道载体（7）上，微米级原料随高压水进入曲线通道载体（7）中的曲线通道（8）中与曲线通道（8）的通道壁产生摩擦碰撞而破碎成纳米以下的粉料；曲线通道（7）连接有直线通道（9），直线通道（9）的出口端位于储料罐（3）中，直线通道（9）中的高压纳米级的粉料在出口端瞬间失压产生失压爆裂而进一步破碎成100纳米以下的原料供回收利用。

2.根据权利要求1所述的超高压水动力破壁机，其特征是：所述的曲线通道（8）至少有两条，且对称均匀设置。

3.根据权利要求1或2所述的超高压水动力破壁机，其特征是：曲线通道（8）为连续S形结构。

4.根据权利要求1所述的超高压水动力破壁机，其特征是：所述的曲线通道载体（7）的四周设有散热片（10）。

5.根据权利要求1所述的超高压水动力破壁机，其特征是：所述的连接管（6）的出口端与喷嘴接头（4）上的进砂口相连通。

6.根据权利要求1所述的超高压水动力破壁机，其特征是：所述的高压水发生器（1）由双级液压缸作为动力驱动，主活塞（101）在主缸（102）中由油泵换向驱动来回移动，主活塞（101）两端的副活塞（103）插入对应的副缸（104）中以实现连续的增压，使输入的水产生400-600Mpa的压力。

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