CN115709009A - 一种连续式快速乳化装置及乳化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式快速乳化装置及乳化方法，涉及节能加工技术领域，包括压力筒体和置于压力筒体内的可拆卸式有机膜、无机膜或金属膜；本发明利用膜乳化技术，可实现跨膜压差下乳液的精确调控，保证液滴的粒径均一性、稳定性和批次重复性，膜乳化过程所需能耗较低，制备过程条件温和，可以制备各种类型的单分散乳状液，本发明可实现，纳‑微米级乳液的连续制备，产量高，功能多样，结构简单，安全稳定，可重复利用，成本较低。

Description

一种连续式快速乳化装置及乳化方法

技术领域

本发明属于属于节能加工技术领域，尤其涉及一种连续式快速乳化装置及乳化方法。

背景技术

膜乳化法是近十几年出现的制备高性能乳液的新方法, 与传统方法相比操作简单、能耗低、表面活性剂用量少以及乳液稳定性能高, 因而在各行业都具有潜在应用前景。乳化过程广泛应用于食品、化妆品、制药、染料以及石油工业等领域。常见乳化法有机械搅拌法、定子-转子法、高压剪切法、超声波法等, 分散相液滴的大小取决于所输入的机械能产生的涡流剪切力对分散相的破碎程度, 这些方法不易控制分散相液滴大小, 使得大小分布较宽, 难以制得单分散型乳液, 能耗大。

膜乳化是一种新型的乳化工艺，也是一种新型的膜过程。与传统乳化过程相比，膜乳化具有液滴大小分布窄、节省能量以及剪应力小、乳化剂用量少等优点，在化工、食品以及化妆品工业中有广阔的应用前景，已受到日本、德国等发达国家的重视。

“用于制备纳米-数十微米级乳液的膜组件以及乳液制备方法”（CN201010259838.4），该方法将连续相和分散相预先混合，然后经过膜孔，形成第二乳液，需要加入引发剂或者表面活性剂，该工艺过程复杂，不适合工业化大批量生产乳液。“一种面膜专用超微粒化机乳化装置”（CN201720466398.7），该装置通过装有驱动装置带动搅拌桨工作，发生乳化，此外，还通过调节温度改变乳化效果，制备出的乳液粒径较大。该方法为间歇操作，工艺过程复杂，不适合工业化大批量生产乳液。

探索工艺简单，连续操作，乳液粒径均一且稳定好的技术工艺及相关设备的开发是生产高产量与高质量乳液的关键所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种结构简单、节能环保、安全可靠、功能多样的快速乳化装置及其乳化方法，其可实现纳-微米级乳液的连续制备，产量高，功能多样，结构简单，安全稳定，可重复利用，成本较低。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种连续式快速乳化装置，包含压力筒体、膜管、管程和壳程，所述膜管置于压力筒体内，壳程内气体或液体可通过膜管扩散进入管程的原料液中，形成具有一定结构的乳化液；

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述压力筒体的一侧侧壁上设有一进气或液孔；所述压力筒体上设有原料液进出孔。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述膜管为可拆卸式有机膜、无机膜或金属膜。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述压力筒体是能够耐压的压力容器，其材质为碳钢或不锈钢。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述有机膜、无机膜或金属膜具有多孔结构。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述气体或液体为水蒸气、水、甲醇、乙醇、戊二醇等其中的一种或多种组合。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述原料液为重油、柴油、蜡油或渣油等其中的一种或多种组合。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述有机膜、无机膜或金属膜乳化通量大于50 L·m-2·h-1·bar-1；

其中，有机膜是PVDF膜、PTFE膜、PES膜、PET膜中的任意一种或任意几种复合；

无机膜是TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2和SiC膜等，其中的任意一种。

作为本发明一种连续式快速乳化装置的进一步优选方案，所述乳化液为乳化重油、乳化柴油或乳化蜡油中的任意一种或多种组合。

一种基于连续式快速乳化装置的乳化方法，具体包含如下步骤：

步骤1，通过进气或液孔将气或液注入壳程；

步骤2，通过原料液进出孔将原料液连续注入管程；

步骤3，壳程的气体或液体可通过有机膜、无机膜或金属膜进行扩散进入管程被原料液快速切割成纳米气泡或者液滴，形成稳定的油包气、水包油或油包水结构，以此制备高分散、稳定性好的乳化液，可实现乳化液的连续制备。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明利用有机膜、无机膜或金属膜多孔特性，压力筒体内的气体或液体可以在压差的作用下进入有机膜、无机膜或金属膜管程内的原料液中，形成具有一定结构形貌的乳化液，此乳化液具有粒径分布均一，稳定性好等特点；

2、本发明在有机膜、无机膜或金属膜壳程中气体或液体可以是水蒸气、水、甲醇、乙醇、戊二醇，可以分别制备乳化柴油、乳化重油，功能多样，易于实现；

3、本发明在有机膜、无机膜或金属膜管程中的原料液可以是重油、柴油、蜡油或渣油等其中的一种或多种组合，可以分别制备乳化重油、乳化柴油或乳化蜡油中的任意一种或多种组合，功能多样，易于实现；

4、本发明多功能乳化装置压力筒设计，可以连接各种原料液设备，实现乳液连续制备，产量高；

5、本发明物理过程，不涉及复杂的化学反应，设备结构简单，安全稳定，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对技术方案描述中所使用的附图作简单的说明。显而易见，下述附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种连续式快速乳化装置的结构示意图。

图中，1-筒体；2-膜管；3-管程；4-壳程；5-进气或液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

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。

一种连续式快速乳化装置，具体是涉及一种连续式乳化液制取方法，主要应用于乳化液的制备过程中，属于节能加工领域，如图1所示，包含压力筒体1、膜管2、管程3和壳程4，所述膜管2置于压力筒体1内，壳程4内气体或液体可通过膜管2扩散进入管程3的原料液中，形成具有一定结构的乳化液；

所述压力筒体的一侧侧壁上设有一进气或液孔5；所述压力筒体1上设有原料液进出孔。

所述膜管2为可拆卸式有机膜、无机膜或金属膜。

所述压力筒体1是能够耐压的压力容器，其材质为碳钢或不锈钢。

所述有机膜、无机膜或金属膜2具有多孔结构。

所述气体或液体为水蒸气、水、甲醇、乙醇、戊二醇等其中的一种或多种组合。

所述原料液为重油、柴油、蜡油或渣油等其中的一种或多种组合。

所述有机膜、无机膜或金属膜乳化通量大于50 L·m-2·h-1·bar-1；

其中，有机膜是PVDF膜、PTFE膜、PES膜、PET膜中的任意一种或任意几种复合；

无机膜是TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2和SiC膜等，其中的任意一种。

所述乳化液为乳化重油、乳化柴油或乳化蜡油中的任意一种或多种组合。

一种基于连续式快速乳化装置的乳化方法，具体包含如下步骤：

步骤1，通过进气或液孔5将气或液注入壳程4；

步骤2，通过原料液进出孔将原料液连续注入管程3；

步骤3，壳程4的气体或液体可通过有机膜、无机膜或金属膜2进行扩散进入管程3被原料液快速切割成纳米气泡或者液滴，形成稳定的油包气、水包油或油包水结构，以此制备高分散、稳定性好的乳化液，可实现乳化液的连续制备。

本发明利用有机膜、无机膜或金属膜多孔特性，压力筒体内的气体或液体可以在压差的作用下进入有机膜、无机膜或金属膜管程内的原料液中，形成具有一定结构形貌的乳化液，此乳化液具有粒径分布均一，稳定性好等特点；在有机膜、无机膜或金属膜壳程中气体或液体可以是水蒸气、水、甲醇、乙醇、戊二醇，可以分别制备乳化柴油、乳化重油，功能多样，易于实现；在有机膜、无机膜或金属膜管程中的原料液可以是重油、柴油、蜡油或渣油等其中的一种或多种组合，可以分别制备乳化重油、乳化柴油或乳化蜡油中的任意一种或多种组合，功能多样，易于实现；多功能乳化装置压力筒设计，可以连接各种原料液设备，实现乳液连续制备，产量高；物理过程，不涉及复杂的化学反应，设备结构简单，安全稳定，节能环保。

以下实施例对本发明的内容做进一步的详细说明，本发明的保护范围包含但不限于下述各实施例。

实施例1

一种连续式快速乳化装置：包括筒体1和置于筒体内的膜管2；膜管2内部为管程3，筒体1内壁与膜管2外壁之间形成壳程4；膜管2为100nm Al₂O₃陶瓷膜；筒体1上设有重油进出孔；筒体1一侧侧壁上设有一进水孔5。

将水连续注入壳程4，使得水压稳定在 0.1MPa；通过原料液进出孔将重油注入膜管管程3，控制膜面流速为1m/s；壳程4内的水可以在压力驱动下通过100nm Al₂O₃陶瓷膜管2中扩散进入管程3的重油中，乳化通量为136L·m^-2·h^-1·bar^-1，制得乳化重油，在膜管的另外一端为乳化重油的出口。

实施例2

一种连续式快速乳化装置：包括筒体1和置于筒体内的膜管2；膜管2内部为管程3，筒体1内壁与膜管2外壁之间形成壳程4；膜管2为200nm Al₂O₃陶瓷膜；筒体1上设有重油进出孔；筒体1一侧侧壁上设有一进水孔5。

将水连续注入壳程4，使得水压稳定在 0.1MPa；通过原料液进出孔将重油注入膜管管程3，控制膜面流速为1m/s；壳程4内的水可以在压力驱动下通过200nm Al₂O₃陶瓷膜管2中扩散进入管程3的重油中，乳化通量为325L·m^-2·h^-1·bar^-1，制得乳化重油，在膜管的另外一端为乳化重油的出口。

实施例3

一种连续式快速乳化装置：包括筒体1和置于筒体内的膜管2；膜管2内部为管程3，筒体1内壁与膜管2外壁之间形成壳程4；膜管2为50nm ZrO₂陶瓷膜；筒体1上设有柴油进出孔；筒体1一侧侧壁上设有一进水孔5。

将水连续注入壳程4，使得水压稳定在 0.1MPa；通过原料液进出孔将柴油注入膜管管程3，控制膜面流速为1m/s；壳程4内的水可以在压力驱动下通过50nm ZrO₂陶瓷膜管2中扩散进入管程3的重油中，乳化通量为60L·m^-2·h^-1·bar^-1，制得乳化柴油，在膜管的另外一端为乳化柴油的出口。

实施例4

一种连续式快速乳化装置：包括筒体1和置于筒体内的膜管2；膜管2内部为管程3，筒体1内壁与膜管2外壁之间形成壳程4；膜管2为100nm PVDF膜；筒体1上设有重油进出孔；筒体1一侧侧壁上设有一进水孔5。

将水连续注入壳程4，使得水压稳定在 0.1MPa；通过原料液进出孔将重油注入膜管管程3，控制膜面流速为1m/s；壳程4内的水可以在压力驱动下通过100nm PVDF膜管2中扩散进入管程3的重油中，乳化通量为658L·m^-2·h^-1·bar^-1，制得乳化重油，在膜管的另外一端为乳化重油的出口。

实施例5

一种连续式快速乳化装置：包括筒体1和置于筒体内的膜管2；膜管2内部为管程3，筒体1内壁与膜管2外壁之间形成壳程4；膜管2为500nm 金属膜；筒体1上设有重油进出孔；筒体1一侧侧壁上设有一进水孔5。

将水连续注入壳程4，使得水压稳定在 0.1MPa；通过原料液进出孔将重油注入膜管管程3，控制膜面流速为1m/s；壳程4内的水可以在压力驱动下通过500nm 金属膜管2中扩散进入管程3的重油中，乳化通量为3033L·m^-2·h^-1·bar^-1，制得乳化重油，在膜管的另外一端为乳化重油的出口。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种连续式快速乳化装置，其特征在于：包含压力筒体（1）、膜管（2）、管程（3）和壳程（4），所述膜管（2）置于压力筒体（1）内，壳程（4）内气体或液体可通过膜管（2）扩散进入管程（3）的原料液中，形成具有一定结构的乳化液。

2.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述压力筒体的一侧侧壁上设有一进气或液孔（5）；所述压力筒体(1)上设有原料液进出孔。

3.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述膜管（2）为可拆卸式有机膜、无机膜或金属膜。

4.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述压力筒体（1）是能够耐压的压力容器，其材质为碳钢或不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述有机膜、无机膜或金属膜（2）具有多孔结构。

6.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述气体

或液体为水蒸气、水、甲醇、乙醇、戊二醇等其中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述原料液为重油、柴油、蜡油或渣油等其中的一种或多种组合。

8.根据权利要求3所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述有机膜、无机膜或金属膜乳化通量大于50 L·m^-2·h^-1·bar^-1；

其中，有机膜是PVDF膜、PTFE膜、PES膜、PET膜中的任意一种或任意几种复合；

无机膜是TiO₂、Al₂O₃、ZrO_2、SiO₂和SiC膜等，其中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种连续式快速乳化装置，其特征在于：所述乳化液为乳化重油、乳化柴油或乳化蜡油中的任意一种或多种组合。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的一种连续式快速乳化装置的乳化方法，其特征在于：具体包含如下步骤：

步骤1，通过进气或液孔（5）将气或液注入壳程（4）；

步骤2，通过原料液进出孔将原料液连续注入管程（3）；

步骤3，壳程（4）的气体或液体可通过有机膜、无机膜或金属膜（2）进行扩散进入管程（3）被原料液快速切割成纳米气泡或者液滴，形成稳定的油包气、水包油或油包水结构，以此制备高分散、稳定性好的乳化液，可实现乳化液的连续制备。

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