專利名稱：靜態(tài)混合裝置和生產(chǎn)分散物、特別是具有水的液體燃料的分散物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜態(tài)混合裝置和生產(chǎn)至少兩種基本上不相互融合的流體的分散物的方法，分散物特別是具有水的液體燃料的分散物，在該方法中，采用本發(fā)明的靜態(tài)混合裝置。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書中，對(duì)于術(shù)語“分散物”被用于表示異源體系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)包括至少一種連續(xù)相物質(zhì)和至少一種分散相物質(zhì)，所述連續(xù)相物質(zhì)由第一流體(即，下文中所述的“主流體”)構(gòu)成，所述分散相物質(zhì)由第二流體(即，下文中所述的“第二種流體”)構(gòu)成，所述第二種流體基本上不與第一種流體融合，所述分散相呈顆?；蛐∥⒌涡问剑淦骄叽缈傮w上小于5微米，最好小于1微米。通過添加至少一種乳化劑(或者表面活性劑)可以保持這種系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在上面最后所述的情況下，以更合適的方式，分散也可以被稱為“乳化”或者也可以稱為“微乳化”。而且在上面所述的定義中，分散物由幾種主流體和/或幾種第二種流體構(gòu)成，即，在分散物中的分散相和/或連續(xù)相由多種產(chǎn)品的混合物構(gòu)成的分散物。
在本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“靜態(tài)混合裝置”總體上用來表示不包括運(yùn)動(dòng)部件的裝置，并且該裝置適合于使基本上不能相互融合的流體分散。
在這種設(shè)備中，通過被固定的混合元件施加在供給的主流體和第二種流體上的非常強(qiáng)的剪切力，獲得機(jī)械分散作用，其中固定的混合元件使流動(dòng)的流體發(fā)生偏離，和/或迫使流體通過優(yōu)先通道。
眾所周知，用于供給內(nèi)燃機(jī)或者用于生產(chǎn)熱的液體烴的燃燒會(huì)構(gòu)成許多污染物，特別是油煙、顆粒、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、未燃燒的烴，這些物質(zhì)大大造成了污染。還知道添加控制數(shù)量的水進(jìn)入燃料中，可以在相當(dāng)大程度上減少部分污染物的產(chǎn)生。可以相信這種效果來源于在燃燒區(qū)域由于存在著水而引起的不同現(xiàn)象。例如，水通過降低燃燒峰值溫度，減少了氮氧化物(NOX)的散發(fā)，因?yàn)樵诟邷貤l件下有利于產(chǎn)生氮氧化物(NOX)。此外，水蒸汽的及時(shí)蒸發(fā)，有利于燃料在燃燒腔內(nèi)的分散，因此能夠顯著減少形成油煙、顆粒物和一氧化碳。這些現(xiàn)象的發(fā)生，不會(huì)威脅燃燒過程的效率。
在歐洲專利申請(qǐng)EP-A-630398中描述了燃料與水乳化，并且在特殊的壓力和溫度條件下，其中加入由失水山梨糖醇油酸酯(sorbitane-oleate)、聚(亞烷基)二醇(polyalkylene glycol)、乙氧基化烷基(苯)酚(ethoxylated alkylphenol)構(gòu)成的表面活性的混合物，通過靜態(tài)混合器的混合元件，可以獲得燃料與水的乳化效果。
另一種生產(chǎn)乳化物的加工方法，特別是液體燃料和水的乳化，公開在歐洲專利申請(qǐng)EP-A-958853中，其中將要被乳化的流體噴射進(jìn)入乳化腔中，在所述乳化腔內(nèi)設(shè)有噴射系統(tǒng)，所述噴射系統(tǒng)具有這種性質(zhì)，即產(chǎn)生基本上沿著正交于流體自身通過乳化腔的方向運(yùn)動(dòng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知具有不同類型的靜態(tài)混合裝置，其特別適合于分散低粘度的流體。在美國(guó)專利US 5575561中公開了這種類型的混合裝置。更詳細(xì)地說，在這篇文章中公開的混合裝置被設(shè)置用于分散不同的流體，其中借助至少一個(gè)設(shè)置在空心結(jié)構(gòu)件中的狹窄的通道，所述狹窄通道構(gòu)成要被分散的流體混合物的前進(jìn)通道。
由成對(duì)的剛性體構(gòu)成狹窄通道，首先，由輸送環(huán)直接和空心結(jié)構(gòu)件的內(nèi)表面接觸配合構(gòu)成狹窄的通道，其次，由和輸送環(huán)同心的剪切頭與空心結(jié)構(gòu)件構(gòu)成狹窄通道。輸送環(huán)具有圓柱形部分，從圓柱形部分具有延伸的圓錐形部分，其終止于靠近剪切頭的周邊尖銳的交角邊緣。所述剪切頭部分聚中，通過第一錐形部分插入輸送環(huán)中。第一錐形部分的延伸部分是中間圓柱形部分，所述中間圓柱形部分連接第二錐形部分，其朝向方向和第一錐形部分的相反。
剪切頭和輸送環(huán)的周邊尖銳交角的邊緣分開很短的距離，以便在它們之間形成狹窄的間隔通道。
此外，與剪切頭相關(guān)的是截錐形環(huán)狀物，所述環(huán)狀物在第一圓錐形部分的表面延伸。截錐形環(huán)狀圍繞剪切頭的中間部分，并且具有中央開口，所述中央開口的直徑大于中間部分的直徑。這個(gè)截錐形環(huán)狀物和剪切頭之間的尺寸差形成輔助通過通道，其靠近剪切頭，從靠緊輸送環(huán)的周邊邊緣區(qū)域延伸到剪切環(huán)自身的第二錐形部分。供給的流體混合物通過輸送環(huán)，并且直接通過輸送環(huán)的錐形部分，和剪切頭的第一錐形部分，朝向間隔通道和輔助通過通道。因此，部分流體通過間隔通道的狹窄截面，在此處流體經(jīng)受剪切作用，在此產(chǎn)生紊亂運(yùn)動(dòng)。
于是在混合裝置中，在截錐形環(huán)狀物和空心結(jié)構(gòu)件之間產(chǎn)生分散作用，直到流體通過環(huán)狀物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)察覺到取得基本上不能相互相融的流體的分散物的可能性，特別是，具有水的液體燃料的分散物，迫使要被分散的流體的混合物通過一個(gè)或多個(gè)由平行的、相互對(duì)置、以靠近距離面對(duì)面相互設(shè)置的邊界表面形成的間隙。以這種方式使流體混合物基本上在層流的狀態(tài)經(jīng)受非常強(qiáng)的剪切力作用，使得第二種液體以非常細(xì)小的顆粒，通過高效率的能量轉(zhuǎn)換，分散進(jìn)入主液體中，這是由于在以不同的速度運(yùn)行的相鄰的流體層之間，產(chǎn)生分子內(nèi)聚力和動(dòng)量轉(zhuǎn)換。
更詳細(xì)地說，按照本發(fā)明的第一方面涉及一種靜態(tài)混合裝置，其包括至少一個(gè)空心結(jié)構(gòu)件，所述空心結(jié)構(gòu)件具有至少一個(gè)輸入口，所述輸入口適合于液壓連接供給流體的管道，至少一個(gè)輸出口適合于液壓連接流體釋放管道；至少一個(gè)混合機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述空心結(jié)構(gòu)件內(nèi)部；其特征是所述至少一個(gè)混合機(jī)構(gòu)包括第一混合體和第二混合體，所述第一混合體和第二混合體各自具有至少一個(gè)第一邊界表面和至少一個(gè)第二邊界表面，所述第一邊界表面和第二邊界表面相互對(duì)置，并且基本上相互平行，其相互之間具有預(yù)定的距離，以便形成至少一個(gè)混合間隙，所述流體流動(dòng)通過所述混合間隙，使所述液體受剪切力的作用。
按照本發(fā)明的另一方面涉及一種分散物的生產(chǎn)方法，所述分散物中具有至少一種流體，和至少一種第二種流體，所述流體基本上不能相互融合，步驟包括引導(dǎo)所述主流體和第二種流體的混合物通過至少一個(gè)混合間隙，所述混合間隙由至少一個(gè)第一邊界表面和至少一個(gè)第二邊界表面構(gòu)成，所述第一邊界表面和第二邊界表面相互對(duì)置，并且基本上相互平行，其相互之間具有預(yù)定的距離，以便使所述混合物受剪切力的作用。
通過下面詳細(xì)描述本發(fā)明的靜態(tài)混合裝置和生產(chǎn)分散物的加工方法的優(yōu)選實(shí)施例，并非唯一實(shí)施例，特別是按照本發(fā)明分散具有水的液體燃料，可以更清楚地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。下面參照附圖描述本發(fā)明的非限制性的實(shí)施例。


圖1是按照本發(fā)明的靜態(tài)混合裝置的剖視圖。
圖2是圖1所示靜態(tài)混合裝置的詳細(xì)部分放大的視圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，按照本發(fā)明靜態(tài)混合裝置通常由代號(hào)1表示。
靜態(tài)混合裝置1包括至少一個(gè)空心結(jié)構(gòu)件2，所述空心結(jié)構(gòu)件2和管道3形成液壓連接，由管道3供給要被分散的流體混合物，例如，所述的混合物包含液體烴(特別是柴油燃料)以及水，和可能的下文中特別指定的添加劑。
如圖1所示，在供給管道3的終端4具有第一固定法蘭5。設(shè)置的供給管道3用于向輸入口6輸送混合物，所述輸入口6在空心結(jié)構(gòu)件2中形成，并且供給管道3通過螺栓元件或者未圖示的其他連接元件與空心結(jié)構(gòu)件2形成剛性連接。
在空心結(jié)構(gòu)件2的內(nèi)部設(shè)有至少一個(gè)混合區(qū)域8，在所述混合區(qū)域8限定至少一個(gè)具有合適寬度的混合物通過截面，所述的合適寬度小于在空心結(jié)構(gòu)件2本身內(nèi)可以找到的任何通過截面的寬度，因此被供給的混合物可以受到分散作用，在分散運(yùn)動(dòng)的過程中，分散相物態(tài)被分布在連續(xù)相中。
第一固定法蘭5和空心結(jié)構(gòu)件2的固定部分9剛性接觸配合，在所述空心結(jié)構(gòu)件2中形成空心結(jié)構(gòu)件的輸入口6。最好，制造的固定部分9具有管狀結(jié)構(gòu)，以便沿著直線方向延長(zhǎng)來自供給管道3的混合物的移動(dòng)路線。在相對(duì)于入口6的相反一側(cè)，固定部分9具有連接口10，所述連接口10被設(shè)置用來與空心結(jié)構(gòu)件2的可移動(dòng)部分11的第一端11a相互配合，所述空心結(jié)構(gòu)件2的可移動(dòng)部分11最好具有基本上呈管狀的結(jié)構(gòu)形狀。詳細(xì)的說，可移動(dòng)部分11的第一端11a配合安裝在固定部分9地連接開口10內(nèi)，而且可移動(dòng)部分11的第一端11a通過第一滑動(dòng)連接裝置12與連接開口10接合。
第一滑動(dòng)連接裝置12具有第一和第二螺旋螺紋，它們?nèi)菀紫嗷ヅ浜?，并且分別成型于固定部分9的內(nèi)部和可移動(dòng)部分11的第一端11a的外部。更特別的是，第一滑動(dòng)連接裝置12保證在固定部分9和可移動(dòng)部分11之間形成可移動(dòng)的配合，以這種方式，隨著在所述部分之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于固定部分9，可移動(dòng)部分11可以沿著基本上呈直線的方向，沿著軸向平移。和第一滑動(dòng)連接裝置12相關(guān)聯(lián)，還設(shè)有一個(gè)或多個(gè)環(huán)形密封件13，所述環(huán)形密封件13被安裝在各支座內(nèi)，所述支座在可移動(dòng)部分11的第一端11a的外部形成，并且在內(nèi)部朝向固定部分9產(chǎn)生作用，從而避免被供給的混合物發(fā)生泄漏。
在第一端11a的相對(duì)側(cè)，可移動(dòng)部分11通過其第二端11b和空心結(jié)構(gòu)件2的輔助可移動(dòng)部分14可操作地配合，最好，輔助可移動(dòng)部分14基本上呈管狀結(jié)構(gòu)形狀。更詳細(xì)地說，第二端11b被配合安裝進(jìn)入輔助可移動(dòng)部分14的連接開口14a內(nèi)，并且通過第二滑動(dòng)連接裝置與連接開口14a內(nèi)部接合，所說第二滑動(dòng)連接裝置被設(shè)置在可移動(dòng)部分11和輔助可移動(dòng)部分14之間。
第二滑動(dòng)連接裝置15由第一和第二螺旋螺紋構(gòu)成，它們沿螺紋方向相互配合，所述螺紋方向和第一滑動(dòng)連接裝置12的螺紋螺旋方向相反。第二滑動(dòng)連接裝置15的第一螺紋在輔助可移動(dòng)部分14內(nèi)形成，因此第二螺紋在可移動(dòng)部分11的第二端11b的外表面形成。
為了避免可能發(fā)生的混合物泄漏，還設(shè)有和第二滑動(dòng)連接裝置15相關(guān)聯(lián)的環(huán)形密封件16。這些環(huán)形密封件被安置在各自的支座內(nèi)，所述支座被設(shè)置在可移動(dòng)部分11的第二端11b的外部，并且從內(nèi)部朝向輔助可移動(dòng)部分14施加作用。
如圖1所示，輔助可移動(dòng)部分14，在可移動(dòng)部分11的相對(duì)側(cè)，與基本上呈管狀結(jié)構(gòu)形狀的空心結(jié)構(gòu)件2的輔助固定部分17可操作地接合。更詳細(xì)地說，輔助可移動(dòng)部分14通過第三滑動(dòng)連接裝置18和輔助固定部分17機(jī)械連接，所說第三滑動(dòng)連接裝置18被可操作地設(shè)置在固定部分和輔助可移動(dòng)部分14之間。
第三滑動(dòng)連接裝置18由一個(gè)或多個(gè)連接支座18a構(gòu)成，所述連接支座18a在輔助可移動(dòng)部分14的配合端14b沿軸向形成，并且和連接開口14a相對(duì)置，并且通過各連接元件18b和輔助固定部分17相關(guān)聯(lián)。
如圖1所示，輔助可移動(dòng)部分14的接合端14b安裝配合在輔助固定部分17上，第三滑動(dòng)連接裝置18的連接元件18b安裝配合在各連接支座18b內(nèi)，所述連接支座18b位于同一接合端14b上。
第三滑動(dòng)接合裝置18保證在輔助可移動(dòng)部分14和輔助固定部分17之間形成相對(duì)的可移動(dòng)接合，使輔助可移動(dòng)部分14只能在輔助固定部分17上沿軸向平移。
第三滑動(dòng)件可接合裝置18還設(shè)有環(huán)形密封件19，所述環(huán)形密封件19安置在各支座內(nèi)，所述支座在固定部分17的外部形成，并且被設(shè)置成在內(nèi)部朝向輔助可移動(dòng)部分14施加作用，以便防止混合物泄漏。
在輔助可移動(dòng)部分14的相反一側(cè)，輔助固定部分17具有輸出口17a，通過所述輸出口17a混合物從空心結(jié)構(gòu)件2中向外排出，進(jìn)入釋放連接噴嘴20，所述噴嘴20適合于連接柴油生產(chǎn)和/或儲(chǔ)存設(shè)備。詳細(xì)地說，設(shè)置的輔助固定部分17和第二固定法蘭21相靠，所述第二固定法蘭21被釋放連接噴嘴20的端部22支撐，并且通過螺旋螺紋元件或者其他未圖示的連接元件與端部22剛性配合。
固定部分9、可移動(dòng)部分11和輔助可移動(dòng)部分14構(gòu)成上述混合區(qū)域8，在所述混合區(qū)域8形成分散現(xiàn)象。更詳細(xì)地說，在空心結(jié)構(gòu)件2內(nèi)，在混合區(qū)域8，設(shè)有至少一個(gè)混合機(jī)構(gòu)23；所述機(jī)構(gòu)具有第一混合體24和第二混合體25，所述第一混合體24和第二混合體25中的一個(gè)安裝配合在另一個(gè)中，并且具有各自的邊界表面24a、25a，邊界表面24a、25a最好形成截錐形結(jié)構(gòu)形狀，以相互相對(duì)的位置設(shè)置，并且相互以預(yù)定的距離平行面對(duì)，以形成至少一個(gè)混合間隙26，通過所述混合間隙26可以使混合物通過。
在邊界表面24a、25a之間存在的距離決定混合物通道部分的寬度，在混合間隙26內(nèi)，混合物通道部分的寬度不超過在混合裝置1的任何其他部分的通道部分的寬度。
混合間隙26的長(zhǎng)度相應(yīng)于各邊界的表面24a、25a的母線長(zhǎng)度。在混合間隙26的長(zhǎng)度和邊界表面24a、25a之間的距離之間的比率一般至少高達(dá)10，最好是25～100。
為了獲得供給混合物的滿意的分散效果，最好在邊界表面24a、25a之間的距離小于2毫米，更好地是這個(gè)值在0.2～0.5毫米之間。
特別是，第一混合體24基本上具有環(huán)形結(jié)構(gòu)形狀，并且具有至少一個(gè)中央開口24b，所述中央開口24b和邊界表面24a同軸線，并且邊界表面24a限定在中央開口24b內(nèi)側(cè)。
下面繼續(xù)參照附圖，第二混合體25由截錐形拱形體元件構(gòu)成，它和第一混合體24同軸設(shè)置，并且具有各自的邊界表面25a。
最好，至少所述的第一混合體24和第二混合體25之一可以運(yùn)動(dòng)，以便使得邊界表面24a、25a之間的距離產(chǎn)生變化。更詳細(xì)地說，如附圖所示，為此，使得第一混合體24和可移動(dòng)部分11相關(guān)聯(lián)，而第二混合體25和固定部分9相關(guān)聯(lián)。因此，可移動(dòng)部分11相對(duì)于固定部分9的軸向運(yùn)動(dòng)引起在第一對(duì)置和第二位置之間的在混合體24、25之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，設(shè)置的各邊界表面24a、25a相互接觸或者在任何情況下達(dá)到最小的預(yù)定距離，而在第二位置中，各邊界表面24a、25a之間具有最大預(yù)定距離。但是，應(yīng)當(dāng)注意到，為了達(dá)到分散的目的，通過使第二混合體25與可移動(dòng)部分11相關(guān)聯(lián)，使第一混合體24與固定部分9相關(guān)聯(lián)，也可以顛倒混合體24、25之間的相互位置。
靜態(tài)混合裝置1還可以包括輔助混合機(jī)構(gòu)27，所述輔助混合機(jī)構(gòu)27設(shè)置在空心結(jié)構(gòu)件2的內(nèi)部，并位于空心結(jié)構(gòu)件2的混合區(qū)域8。
如附圖所示，輔助混合機(jī)構(gòu)27幾乎和上述混合機(jī)構(gòu)23相同。在事實(shí)上，輔助混合機(jī)構(gòu)27包括第一輔助混合體28和第二輔助混合體29，所述第二輔助混合體29安裝配合在第一輔助混合體28內(nèi)。所述輔助混合體28、29具有各自輔助邊界表面28a、29a，輔助邊界表面28a、29a最好也具有截錐形狀的結(jié)構(gòu)，所述邊界表面28a、29a相互對(duì)置，并且以預(yù)定的距離平行相互相對(duì)，構(gòu)成至少一個(gè)輔助混合間隙30，通過所述輔助混合間隙30可以使混合物通過。
最好，至少所述第一輔助混合體24和第二輔助混合體25之一能夠移動(dòng)，以便可以改變輔助邊界表面28、29之間的距離。特別是，如圖所示，第一輔助混合體28和可移動(dòng)部分11相關(guān)聯(lián)，而第二輔助混合體29和輔助可移動(dòng)部分14相關(guān)聯(lián)。在第二滑動(dòng)接合裝置15的螺旋螺紋的相互之間有相互作用，以便隨著給予可移動(dòng)部分11的轉(zhuǎn)動(dòng)，在可移動(dòng)部分本身和輔助可移動(dòng)部分14之間產(chǎn)生相對(duì)的軸向位移。因此，輔助混合體28、29允許在第一位置和第二位置之間產(chǎn)生相對(duì)位移。在所述第一位置，各輔助邊界表面28a、29a被設(shè)置成相互接觸，或者達(dá)到最小預(yù)定距離。而在第二位置中，和輔助邊界表面28a、29a被設(shè)置成具有最大預(yù)定距離。
如圖2清楚所示，邊界表面24a、25a最好朝著相對(duì)的方向收斂，即，在遠(yuǎn)離入口6的方向，朝向可移動(dòng)部分11的同一縱向軸線“X”匯聚。換句話說，邊界表面24a、25a沿著混合物流的供給方向收斂。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是有利于產(chǎn)生沿著混合間隙26移動(dòng)的混合物的通過截面的減小，其結(jié)果是有利于增加混合物流動(dòng)離開入口6的速度。
在所述實(shí)施例中，輔助混合間隙30的輔助邊界表面28a、29a朝向相對(duì)于出口17a的反方向的縱向軸線“X”收斂。
有利的是，這種結(jié)構(gòu)也可以使混合物的供給方向相反，但是，不影響分散混合物的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)注意到，可以按照這種方式設(shè)置輔助混合體28、29，即，輔助邊界表面28a、29a具有與邊界表面24a、25a相同的傾斜度，即沿著混合物供給方向朝向軸線“X”收斂。在這種情況下，第一輔助混合體28可以和輔助可移動(dòng)部分14相關(guān)聯(lián)，而第二輔助混合體29可以與可移動(dòng)部分11相關(guān)聯(lián)。
靜態(tài)混合裝置1可以設(shè)有控制裝置31，其以可操縱方式與空心結(jié)構(gòu)件2相關(guān)聯(lián)，以便移動(dòng)空心結(jié)構(gòu)件2中的部分9、11、14、17，使它們相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是，在第一和第二位置之間，移動(dòng)邊界表面24a、25a和輔助邊界表面28a、29a。更詳細(xì)地說，控制裝置31包括至少一個(gè)齒輪31a，所述齒輪31a安裝在空心結(jié)構(gòu)件2的可移動(dòng)部分11上。齒輪31a和小齒輪31b可操縱的嚙合，所述小齒輪31b安裝在軸31c上，所述軸31c平行于軸線“X”延伸。在齒輪31a的相反一側(cè)，驅(qū)動(dòng)曲柄31d與軸31c的端部剛性地嚙合。
靜態(tài)混合裝置1還包括殼體32，所述殼體32完全包圍靜態(tài)混合裝置1的空心結(jié)構(gòu)件2，并且部分包圍靜態(tài)混合裝置1的控制裝置31。
下面參照上述結(jié)構(gòu)詳細(xì)描述靜態(tài)混合裝置1的操作過程。
在高壓力條件下，通常在5～60巴(BAR)之間，最好在10～40巴(BAR)之間，供給混合物，使混合物通過供給管道3，直到混合物到達(dá)靜態(tài)混合裝置1的空心結(jié)構(gòu)件2的固定部分9，混合物在此處遇到混合機(jī)構(gòu)23。
在混合間隙26中的混合物，由于間隙截面被減小，混合物的流速劇烈增加，與此同時(shí)保持基本上呈層流狀態(tài)，使混合物受剪切力的作用，使第二種流體分散在主流體中，第二種流體呈微滴形式，微滴具有的平均直徑一般小于5微米，最好小于1微米。詳細(xì)地說，在狹窄混合間隙26中，更靠近邊界表面24a、25a的混合層，前進(jìn)速度比其它層的前進(jìn)速度小。所以在混合間隙26中的混合物在相對(duì)流動(dòng)的作用下，引起相鄰層之間的剪切力，剪切力主要由分子內(nèi)聚力和動(dòng)量交換而引起，而分子內(nèi)聚力和動(dòng)量交換是由于不同速度的相鄰層之間的分子(通過擴(kuò)散)通過而引起的。
這樣取得的分散物沿著可移動(dòng)部分移動(dòng)到達(dá)輔助混合機(jī)構(gòu)27，在此混合機(jī)構(gòu)27處接著經(jīng)受前面已經(jīng)說過的分散處理。
然后，混合物到達(dá)釋放管道20，通過釋放管道20離開空心結(jié)構(gòu)件2。
通過操縱控制裝置31，可以調(diào)整邊界表面24a、25a和輔助表面28a、29a和之間的距離，因此可以調(diào)整由于剪切力施加的分散作用的強(qiáng)度，以便使其適應(yīng)和滿足正在分散相物態(tài)和已被分散相物態(tài)的要求和/或物理-化學(xué)特性。
更詳細(xì)地說，通過轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)曲柄31d，通過軸31c、軸31d上攜帶的小齒輪31b和齒輪31a，引起可移動(dòng)部分11轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢苿?dòng)部分11根據(jù)給定的驅(qū)動(dòng)曲柄31d的轉(zhuǎn)動(dòng)方向而轉(zhuǎn)動(dòng)，因此使可移動(dòng)部分11沿軸向遠(yuǎn)離或靠近固定部分9。其結(jié)果是，第一混合體24和第二混合體25相互遠(yuǎn)離或相互靠近，并且使得第一混合體24和第二混合體25的邊界表面24a、25a之間的距離增大或減小，因此使得混合物在混合間隙26處的通過截面增大或縮小。
與此同時(shí)，第二滑動(dòng)接合裝置的螺旋螺紋之間的相互作用引起可移動(dòng)部分11和輔助可移動(dòng)部分14之間的軸向相對(duì)位移，由此根據(jù)可移動(dòng)部分自身的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使得可移動(dòng)部分11和輔助可移動(dòng)部分14相互靠近或相互遠(yuǎn)離。
接著，還使得第一輔助混合體28第二輔助殼體29相互遠(yuǎn)離或相互靠近，因此使得在輔助混合間隙30內(nèi)的混合物的通過截面增大或縮小。
在這種情況下，借助第三滑動(dòng)接合裝置18，輔助可移動(dòng)部分14沿軸向在輔助固定部分17上滑動(dòng)，由此靠近或遠(yuǎn)離所述輔助固定部分。
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并且能夠達(dá)到要求的目的。
首先，作為本發(fā)明主題的靜態(tài)混合裝置1能夠以高效率和沿著前進(jìn)路徑不需要設(shè)置尖銳角度的輔助物，獲得優(yōu)良的相的分散。在事實(shí)上，通過在互相近距離設(shè)置的成對(duì)的截錐表面24a、25a、28a、29a可以獲得所述分散，所述截錐表面24a、25a、28a、29a構(gòu)成了流體從中通過的狹窄的通道26、30。
還應(yīng)當(dāng)注意到，通過這種靜態(tài)混合裝置1獲得的分散具有在連續(xù)相中細(xì)膩并且均質(zhì)的分布。借助沿著通過通道26、30的混合物層的基本上的層流可以獲得上述效果。
還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，按照本發(fā)明的靜態(tài)混合裝置1還可以根據(jù)需要控制在物相之間的分散程度。更詳細(xì)地說，通過直接控制控制裝置31的驅(qū)動(dòng)曲柄31c，可以同時(shí)改變?cè)谶吔绫砻?4a、25a和輔助邊界表面28a、29a之間具有的距離。
如前所述，本發(fā)明的設(shè)備非常有利于，可能通過至少一種乳化劑、液體燃料和水的分散物的生產(chǎn)能夠獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品，這種分散物總體上用于燃燒過程，特別是用于內(nèi)燃機(jī)，特別是柴油機(jī)、用于生產(chǎn)熱或蒸汽的熱力設(shè)備、焚燒爐、渦輪發(fā)電機(jī)等。
特別是，按照上面所述生產(chǎn)的分散物可以直接向燃燒該分散物的裝置供給，或者送往儲(chǔ)存罐，以便以后向燃燒裝置供給。
在本發(fā)明特別參考了在液體燃料中分散水的分散物同時(shí)，本發(fā)明的靜態(tài)混合裝置可以用于生產(chǎn)其它類型的分散物，例如將非水溶解的產(chǎn)品分散在水相物質(zhì)中，或者在任何情況下，用于除燃燒以外的其他方面的分散物，例如用于食品和制藥方面，或者用于圖畫的顏料或油漆的制備，或耐火或者防火產(chǎn)品的制備，或者類似的方面。
對(duì)于所述的具有水的液體燃料的分散物，液體燃料是主流體的主要成分，而第二種液體主要由水構(gòu)成。
對(duì)于采用的液體燃料，由液體烴或液體烴等混合物構(gòu)成，所述液體烴的混合物一般通過石油蒸餾獲得，而且基本上由脂族、環(huán)烷屬烴或烯烴和/或芳香族烴的混合物構(gòu)成，并且一般具有在50℃條件下1～500cSt的粘度，以及在15℃條件下0.75～1.1kg/dm3的密度。這些液體燃料可以選自用于運(yùn)輸裝置或者生產(chǎn)熱的裝置的汽油(柴油)(柴油燃料)煤油、燃料油、用于飛行器的燃料，例如噴氣燃料。
水相物質(zhì)可以僅僅由來自水處理廠的水構(gòu)成，或者是由循環(huán)水，或者是除去礦物質(zhì)或除去離子的水，或者甚至是經(jīng)過技術(shù)處理的廢水構(gòu)成。
分散在液體燃料中的水的含量可以預(yù)先確定，以便達(dá)到減少污染物的要求，而不對(duì)燃燒過程產(chǎn)生的熱量造成不利影響。相對(duì)于分散物的總重量，這種水含量一般為3～40％(重量)，最好7～20％(重量)。
幾種不同的添加物可以添加在液體燃料和水的分散物中，這種添加物的性質(zhì)和含量取決于希望獲得的分散物的特殊用途。這些添加物可以選自表面活性劑、防凍劑、潤(rùn)滑劑、16烷改良劑、抗腐蝕劑、殺蟲劑、抗發(fā)泡劑、硫磺吸附劑等。這些添加劑，取決于它們的溶解性的特征通常通過水相或者碳?xì)湎辔镔|(zhì)而攜帶。
特別是，為了加強(qiáng)生產(chǎn)的分散物的穩(wěn)定性，可以使用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的表面活性劑或表面活性劑的混合物。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)混合裝置，其包括至少一個(gè)空心結(jié)構(gòu)件(2)，所述空心結(jié)構(gòu)件(2)具有至少一個(gè)入口(6)和至少一個(gè)輸出口(17a)，所述入口(6)適合于液壓連接供給流體的管道(3)，所述輸出口適合于液壓連接流體釋放管道(20)；至少一個(gè)混合機(jī)構(gòu)(23)設(shè)置在所述空心結(jié)構(gòu)件(2)內(nèi)部；其特征是所述至少一個(gè)混合機(jī)構(gòu)(23)包括第一混合體(24)和第二混合體(25)，所述第一混合體(24)和第二混合體(25)分別具有至少一個(gè)第一邊界表面(24a)和至少一個(gè)第二邊界表面(25a)，所述第一邊界表面(24a)和第二邊界表面(25a)相互對(duì)置，并且基本上相互平行，其相互之間具有預(yù)定的距離，以便形成至少一個(gè)混合間隙(26)，所述流體流動(dòng)通過所述混合間隙(26)，使所述液體受剪切力的作用。
2.按照權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是混合間隙(26)基本上沒有尖銳的交角，因此形成的流體基本上呈層流狀態(tài)。
3.按照前面權(quán)利要求之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是至少第一混合體(24)和第二混合體(25)之一是可移動(dòng)的，以便能夠改變邊界表面(24a、25a)之間的距離。
4.按照前面權(quán)利要求之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是所述混合間隙(26)具有的長(zhǎng)度相應(yīng)于各邊界表面(24a、25a)的母線長(zhǎng)度，并且具有這樣的性質(zhì)，即，在所述混合間隙(26)的長(zhǎng)度和邊界表面(24a、25a)之間的距離之間的比率至少等于10。
5.按照權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是在所述混合間隙(26)的長(zhǎng)度和邊界表面(24a、25a)之間的距離之間的比率數(shù)值范圍是15-50。
6.按照前面權(quán)利要求之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是邊界表面(24a、25a)之間的距離小于2毫米。
7.按照權(quán)利要求6所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是邊界表面(24a、25a)之間的距離范圍是0.2～0.5毫米。
8.按照前面權(quán)利要求之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是混合間隙(26)的邊界表面(24a、25a)基本上呈截錐形狀。
9.按照權(quán)利要求8所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是邊界表面(24a、25a)具有相同軸線(“X”)，而且邊界表面(24a、25a)朝向相對(duì)于輸入口(6)的反方向收斂。
10.按照前面權(quán)利要求之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是還包括至少一個(gè)輔助混合機(jī)構(gòu)(27)，所述輔助混合機(jī)構(gòu)(27)設(shè)置在空心結(jié)構(gòu)件(2)內(nèi)部，并且具有第一輔助混合體(28)和第二輔助混合體(29)，所述第二輔助混合體(29)配合安裝在第一輔助混合體(28)內(nèi)，所述第一輔助混合體(28)和第二輔助混合體(29)分別具有至少一個(gè)第一輔助邊界表面(28a)和至少一個(gè)第二輔助邊界表面(29a)，這兩個(gè)輔助邊界表面相互對(duì)置，并且基本上相互平行，它們被定位成相互之間具有預(yù)定的距離，以便形成至少一個(gè)輔助混合間隙(30)，所述流體流動(dòng)通過輔助間隙(30)，以便流體受剪切力的作用。
11.按照權(quán)利要求10所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是至少所述第一輔助混合體(28)和第二輔助混合體(29)之一可以移動(dòng)，以便可以調(diào)整輔助邊界表面(28a、29a)之間的距離。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是輔助混合間隙(30)的輔助邊界表面(28a、29a)基本上呈截錐形狀。
13.按照權(quán)利要求12所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是輔助邊界表面(28a、29a)具有相同軸線(“X”)，而且輔助邊界表面(28a、29a)朝向相對(duì)于輸出口(17a)的反方向收斂。
14.按照前面權(quán)利要求之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是所述空心結(jié)構(gòu)件(2)包括至少一個(gè)基本上呈管狀固定部分(9)；至少一個(gè)基本上呈管狀的可移動(dòng)部分(11)；可操縱地被設(shè)置在所述固定部分(9)和可移動(dòng)部分(11)之間的第一滑動(dòng)接合裝置(12)，以便在所述部分的第一位置和第二位置之間實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)接合，在所述第一位置，邊界表面(24a、25a)被設(shè)置成具有預(yù)定的最小距離，在所述第二位置，邊界表面(24a、25a)被設(shè)置成具有預(yù)定的最大距離。
15.按照權(quán)利要求14所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是所述第一混合體(24)和固定部分(11)相關(guān)聯(lián)，所述第二混合體部分(25)和可移動(dòng)部分(9)相關(guān)聯(lián)。
16.按照權(quán)利要求14或15所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是所述第一滑動(dòng)接合裝置(12)包括在固定部分(9)上形成的第一螺旋螺紋；在所述可移動(dòng)部分(11)上形成的第二螺旋螺紋，所述第一和第二螺紋相互之間通過螺紋配合。
17.按照權(quán)利要求10-16之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是所述空心結(jié)構(gòu)件(2)還包括至少一個(gè)基本上呈管狀的輔助固定部分(17)；至少一個(gè)基本上呈管狀輔助可移動(dòng)部分(14)；第二滑動(dòng)接合裝置(15)，所述第二滑動(dòng)接合裝置(15)被可操縱地設(shè)置在輔助可移動(dòng)部分(14)和可移動(dòng)部分(11)之間；第三滑動(dòng)接合裝置(18)，所述第三滑動(dòng)接合裝置(18)被可操縱地設(shè)置在輔助可移動(dòng)部分(14)和輔助固定部分(17)之間，所述第一、第二和第三滑動(dòng)接合裝置(12、15、18)以這種方式相互作用，即，當(dāng)所述固定部分和可移動(dòng)部分(9、11)處于第一位置時(shí)，輔助混合體(28、29)的輔助邊界表面(28a、29a)被設(shè)置成具有預(yù)定的最小距離，反之亦然，當(dāng)固定部分和可移動(dòng)部分(9、11)處于第二位置時(shí)，輔助邊界表面(28a、29a)被設(shè)置成具有預(yù)定的最大距離。
18.按照權(quán)利要求17所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是所述第一輔助混合體(28)和所述可移動(dòng)部分(11)相關(guān)聯(lián)，所述第二輔助混合體(29)和輔助可移動(dòng)部分(14)相關(guān)聯(lián)。
19.按照權(quán)利要求10～18之一所述的靜態(tài)混合裝置，其特征是還包括安裝在所述可移動(dòng)部分(11)上的至少一個(gè)齒輪(31a)；至少一個(gè)軸(31c)通過至少一個(gè)與該軸相關(guān)聯(lián)的小齒輪(31b)和所述大齒輪(31a)可操縱地相關(guān)聯(lián)；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)曲柄(31d)與所述齒輪軸(31c)的一端剛性地配合。
20.一種生產(chǎn)至少一種主流體與至少一種第二種流體的分散物的方法，所述流體基本上不能相互融合，步驟包括使所述主流體和第二種流體的混合物通過至少一個(gè)混合間隙(26)，所述混合間隙(26)由至少一個(gè)第一邊界表面(24a)和至少一個(gè)第二邊界表面(25a)構(gòu)成，所述第一邊界表面(24a)和第二邊界表面(25a)相互對(duì)置，并且基本上相互平行，并且被定位成相互之間具有預(yù)定的距離，以便所述混合物受剪切力的作用。
21.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征是使混合物在基本上呈層流的狀態(tài)下，沿著混合間隙流動(dòng)通過。
22.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征是由權(quán)利要求1～19之一的靜態(tài)混合裝置執(zhí)行操作。
23.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征是主流體包括液體燃料，第二種流體包括水。
24.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征是液體燃料包括至少一種液體烴，其粘度在40℃條件下是1～53厘沲(cSt)，密度在15℃條件下是0.75～1.1kg/dm3。
25.一種液體燃料和水之間的分散物的生產(chǎn)和燃燒方法，其步驟包括生產(chǎn)在液體燃料和水之間的分散物；向燃燒分散物的裝置供給所述分散物；執(zhí)行分散物的燃燒操作；其中分散物是采用權(quán)利要求20～24之一所述方法生產(chǎn)的。
26.按照權(quán)利要求25所述的方法，其特征是這樣生產(chǎn)的分散物被直接供給到燃燒分散物的裝置。
27.按照權(quán)利要求25所述的方法，其特征是這樣生產(chǎn)的分散物首先被送往儲(chǔ)存罐，然后供給到燃燒分散物的裝置。
28.按照權(quán)利要求20～27之一所述的方法，其特征是用于燃燒分散物的裝置是內(nèi)燃機(jī)。
29.按照權(quán)利要求20～27之一所述的方法，其特征是用于燃燒分散物的裝置是燃燒器。
全文摘要
一種靜態(tài)混合裝置(1)，以便在汽油中乳化水和/或其他添加劑，其包括空心結(jié)構(gòu)件(2)，其中設(shè)有兩個(gè)混合機(jī)構(gòu)(23、27)，各混合機(jī)構(gòu)包括的和第二混合體(24、25、28、29)，各混合體具有各自的截錐形狀的邊界表面(24a、25a、28a、29a)。所述邊界表面(24a、25a、28a、29a)相互平行相對(duì)設(shè)置，并且形成狹窄的、相互面對(duì)的截錐形狀的混合間隙(26、30)，混合物在基本上呈層流形狀條件下通過混合間隙(26、30)，并且受剪切力作用引起乳化。還提供了生產(chǎn)這種分散物的方法，這種方法由靜態(tài)混合裝置(1)來執(zhí)行。
文檔編號(hào)B01F5/06GK1512910SQ02810826
公開日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者圭多·里沃塔, 阿爾伯托·德阿米希斯, 歐金尼奧·巴比亞諾迪貝爾吉奧約索, 卡羅·A·伯托格里奧, A 伯托格里奧, 圭多 里沃塔, 奧 巴比亞諾迪貝爾吉奧約索, 托 德阿米希斯 申請(qǐng)人:Cam技術(shù)股份公司