[发明专利]一种高剪切细化均质机

说明书

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。