專利名稱：用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來混合液體的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的設(shè)備和方法、以及用 于該設(shè)備的組件。
背景技術(shù)：
氣穴是指在液體中形成氣泡的方法。這可用許多方式來進行，諸如通過使用以流 體動力方式快速運動的固態(tài)物體(作為葉輪)，或通過高頻聲波。用于產(chǎn)生氣穴的設(shè)備和方法描述于以下美國專利中3，399，031 ；4，675，194 ； 5，026，167 ；5，492，654 ；5，810，052 ；5，837，272 ；5，931，771 ；5，937，906 ；5，969，207 ； 5，971，601 ;6，365，555 Bl ；6, 502, 979 Bl ；6, 802, 639B2 ；6, 857, 774 B2 ；7, 041, 144 B2 ；7, 178, 975 B2 ；7, 207, 712 B2 ；7, 247, 244B2 ；7, 314, 516 B2 ；和 7，338，551 B2。 一種用于產(chǎn)生流體動力氣穴的特定設(shè)備被稱為液哨。液哨描述于Paul Becher的 題目為 Emulsions-Theory and Practice 的書(第 3 版)的第 12 章 “^Techniques ofEmulsification，，中，i亥書由 American Chemical Society and OxfordUniversity Press 出版(NY，NY, 2001年)。液哨的一個實例為SONOLATOR 高壓勻化器，其由Sonic Corp. (Stratford, CT, U.S.A.)制造。該液哨將液體在壓力下通過孔口引入到其中具有刀 狀葉片的室中。液體被導向葉片，并且液體對葉片的作用使葉片以可聽頻率或超聲頻率振 動。流體動力氣穴在孔口下游的室中的液體中產(chǎn)生。液哨已在化學行業(yè)、個人護理行業(yè)、制藥行業(yè)、以及食品和飲料行業(yè)中使用多年， 并且已用作在線系統(tǒng)(單原料或多原料)以用于即刻生產(chǎn)出細小、均勻且穩(wěn)定的乳液、分散 體和共混物。然而，已發(fā)現(xiàn)可期望對此類裝置進行改進。具體地講，一些此類裝置需要能夠被更 容易地清潔，尤其是當它們用于處理具有微生物敏感性(易于生長微生物)的產(chǎn)品諸如食 物產(chǎn)品、化妝品和藥品時。例如，雖然SGWGLATGII 高壓勻化器能夠以“原位清潔”型 獲得，但這種特征僅可在極簡單的型號上獲得，這些型號不具有用于調(diào)整葉片相對于孔口 的間距的機構(gòu)。此外，這些裝置中的至少一些不可按比例縮放以便進行某些轉(zhuǎn)化。例如，在一些其 中在“按比例放大”至用于商業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)尺寸單元之前使用試驗尺寸單元的情況下，按生 產(chǎn)尺寸單元生產(chǎn)出的成品的物理特性(諸如穩(wěn)定性、粘度、外觀和微結(jié)構(gòu))可能會極大地不 同于按試驗尺寸單元生產(chǎn)出的產(chǎn)品的物理特性，甚至在相同的操作條件下。如本文所用，術(shù) 語“操作條件”是指諸如以下之類的條件壓降、背壓、喂送到設(shè)備中的液體組分的溫度、以 及葉片與孔口之間的距離。因此，仍在繼續(xù)探索改進的用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進 行混合的設(shè)備和方法、以及用于此類設(shè)備的組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的設(shè)備和方法、以及用于該設(shè)備的組件。本發(fā)明具有很多非限制性實施方案。在一個非限制性實施方案中，本發(fā)明公開了一種用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來 進行混合的設(shè)備，該設(shè)備包括混合和/或氣穴室，所述室具有進口、至少一個入口和至少 一個出口；以及具有至少一個孔口的至少一個元件，所述至少一個孔口鄰近混合和/或氣 穴室的進口定位。在該實施方案的一種型式中，該設(shè)備被構(gòu)造成在原位進行清潔。設(shè)備可 例如具有至少一個與混合和/或氣穴室保持液體連通的排流槽。設(shè)備還可包括位于混合和 /或氣穴室中的至少一個葉片，所述至少一個葉片與具有孔口的元件相對地設(shè)置。如果設(shè)備 包括至少一個葉片，則設(shè)備還可包括葉片固定器，所述葉片固定器為能夠運動的以便能夠 改變?nèi)~片尖端與孔口的排放口之間的距離。本文也描述了對混合和/或氣穴室、葉片、葉片 固定器和孔口組件的改進。在這些或其它實施方案中，設(shè)備可被構(gòu)造成可按比例縮放的。在這種實施方案的 一種型式中，設(shè)備具有噴射器，所述噴射器為能夠運動的以便能夠調(diào)整噴射器的排放端部 與所述至少一個孔口之間的距離。在該實施方案或其它實施方案中，上游混合室具有在入 口的中心線處測量的直徑，并且從入口的中心線至上游混合室首次在入口下游的某個位置 變窄的點所測得的尺寸大于或等于在入口的中心線處測量的上游混合室的直徑的約1.1 倍。本文也描述了一種用于通過在流體中產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的方法。


根據(jù)附圖將會更充分地理解以下發(fā)明詳述，其中圖1為用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的設(shè)備的一個實施方案的透視 圖。圖2為沿圖1的線2-2截取的圖1所示設(shè)備的局部片段剖面圖。圖3為計算流體動力學模型的數(shù)值解，示出了液體流入到現(xiàn)有技術(shù)的液哨的孔口 中的一個可能的實例。圖4為計算流體動力學模型的數(shù)值解，示出了液體流入到本文所述設(shè)備的相對小 比例型式的孔口中的一個可能的實例。圖5為計算流體動力學模型的數(shù)值解，示出了液體流入到本文所述設(shè)備的較大比 例型式的孔口中的一個可能的實例。圖6為用于圖1所示設(shè)備的孔口組件的一個實施方案的放大透視圖。圖7為沿圖6的線7-7截取的圖6所示元件的橫截面。圖8為用于圖1所示設(shè)備的葉片固定器和葉片的一個實施方案的放大透視圖。圖9A為具有不同構(gòu)型的葉片的一個可供選擇的實施方案的平面圖。圖9B為具有不同構(gòu)型的葉片的一個可供選擇的實施方案的平面圖。圖10為葉片固定器的引導部分的一個可供選擇的實施方案的前視圖。圖11為示意圖，其示出了用于沖洗該設(shè)備的方法的一種型式。圖12為沿圖11中的線12-12截取的設(shè)備的橫截面。附圖所示的實施方案在性質(zhì)上為例證性的，并非旨在限制由權(quán)利要求所限定的本 發(fā)明。此外，根據(jù)發(fā)明詳述將會更充分地了解并理解附圖和本發(fā)明的各個特征。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的設(shè)備和方法。應當理 解，在某些實施方案中，該設(shè)備和方法的誘導剪切的能力可不僅有益于混合，而且也可有益 于分散液體中的固體顆粒并碎裂固體顆粒。在某些實施方案中，該設(shè)備和方法的誘導剪切 和/或產(chǎn)生氣穴的能力也可用于形成小滴和/或囊泡。圖1和2示出了用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的設(shè)備20的一個非限 制性實施方案。設(shè)備20可具有縱向軸線L。如圖2所示，設(shè)備20包括一般用附圖標號22 標示的至少一個入口 ；預混室(或“上游混合室”)M ；混合室(或“下游混合室”) ，其包 括進口觀和一般用附圖標號30標示的至少一個出口 ；以及至少一個元件或結(jié)構(gòu)諸如具有 孔口 34的孔口組件32。元件32鄰近(靠近)下游混合室沈的進口 28定位。設(shè)備20還 可以但非必要地包括至少一個葉片40諸如刀狀葉片，所述葉片與具有孔口的元件32相對 地設(shè)置在下游混合室沈中。設(shè)備20可包括流體動力氣穴設(shè)備，這種設(shè)備的一個實例為液哨。液哨的一個商 業(yè)實例為得自 Sonic Corp. (Stratford, CT, U.S.A.)的SONOLATOR 高壓勻化器。 SONOLATOR 高壓勻化器描述于授予Cottell等人的美國專利3，176，964和授予 D’ Urso的美國專利3，926，413中。相對于某些現(xiàn)有裝置而言，本文所述的設(shè)備20包含附 加特征和改進。本設(shè)備20的組件可包括噴射器組件42、入口外殼44、孔口外殼(或“孔口支撐組 件”)46、孔口組件32、下游混合室外殼48、葉片固定器50、調(diào)整器支撐件52和調(diào)整組件54， 所述調(diào)整組件用于調(diào)整葉片40的尖端與孔口 34的排放口之間的距離。也可期望存在節(jié)流 閥(其可位于設(shè)備20的外部)，所述節(jié)流閥定位在下游混合室沈的下游以改變下游混合室 26中的壓力。入口外殼44、上游混合室外殼46和下游混合室外殼48可具有任何合適的構(gòu) 型。合適的構(gòu)型包括但不限于圓柱形、具有橢圓形或其它合適形狀的橫截面的構(gòu)型。這些 組件中的每種的構(gòu)型不必為相同的。在一個實施方案中，這些組件包括大致圓柱形的元件， 所述元件具有基本上圓柱形的內(nèi)表面和大致圓柱形的外表面。這些組件可由任何合適的材料制成，包括但不限于不銹鋼、AL6XN、海氏合金 (Hastalloy)和鈦?？善谕~片40和孔口組件32的至少部分由具有較高表面硬度或較高 硬度的材料制成。合適的具有較高表面硬度或較高硬度的材料描述于2007年6月觀日提 交的臨時美國專利申請序列號60/937，501中。設(shè)備20的組件可用任何合適的方式制造， 所述方式包括但不限于從上述材料的實心塊機加工出所述組件。組件可用任何合適的方式 接合或保持在一起。如本說明書中所用，術(shù)語“接合”包括其中通過將元件直接附連到另一個元件上而 將該元件直接固定到另一個元件上的構(gòu)型；其中通過將元件附連到中間構(gòu)件上而所述中間 構(gòu)件繼而附連到另一個元件上來將元件間接固定到另一個元件上的構(gòu)型；其中一個元件被 另一個元件保持的構(gòu)型；以及其中一個元件與另一個元件成一整體，即一個元件基本上為 另一個元件的一部分的構(gòu)型。在某些實施方案中，可期望本文所述的組件中的至少一些具 有用于將所述組件接合在一起的螺紋連接、夾緊連接或壓力連接。本文所述的組件中的一 個或多個可例如夾緊、用銷軸保持在一起、或被構(gòu)造成適配在另一個組件內(nèi)。
為便于討論起見，可認為設(shè)備20(尤其是其內(nèi)部)包括若干個區(qū)域。這些區(qū)域?qū)?為所標示的區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3、區(qū)域4、區(qū)域5、區(qū)域6和區(qū)域7。區(qū)域1包括上游混合室 24的在被喂送到設(shè)備20中的兩個或更多個液體流的交會位置之前的部分。液體流的流動 由圖2中的箭頭指示。區(qū)域1可被認為是槽部分，所述槽部分用作流體調(diào)理區(qū)域。槽部分 具有上游端部、下游端部和內(nèi)壁，所述內(nèi)壁限定穿過槽部分的液體通道。液體流可被徑向 地、切向地和軸向地喂送到設(shè)備20中。區(qū)域2包括上游混合室M的定位在使液體流彼此 接觸之后且在進入到孔口 34之前的部分。區(qū)域3包括孔口 34中的區(qū)域。區(qū)域4包括定位 在從液體退出孔口 ；34的部位延伸至葉片40的前沿84(示出于圖8中)的區(qū)域中的區(qū)域。 區(qū)域5包括葉片40周圍的區(qū)域(S卩，葉片的邊界層)。區(qū)域5可進一步細分成(A)邊界層 分隔區(qū)域；和(B)再循環(huán)區(qū)域。區(qū)域6包括區(qū)域5外側(cè)的孔口下游的混合室沈內(nèi)部的剩余 部分。區(qū)域7包括一般用30標示的排放端口。設(shè)備20包括至少一個入口(或“入口導管”)22，并且通常包括兩個或更多個入口， 諸如入口 22A，22B和22C，以便可將一種以上的材料喂送到設(shè)備20中。設(shè)備20可包括任何 合適數(shù)目的入口(例如，1個、2個、3個、4個、5個、...等)，以便可將任何此類數(shù)目的不同 材料喂送到設(shè)備20中。設(shè)備20也可包括至少一個排流槽、或至少一個同時用作入口和排 流槽的兩用雙向的流體導管。入口和任何排流槽可設(shè)置成相對于設(shè)備20的剩余部分成任 何合適的取向。入口和任何排流槽可例如相對于設(shè)備20的剩余部分軸向地、徑向地或切向 地取向。它們可相對于設(shè)備20的縱向軸線形成任何合適的角度。入口和任何排流槽可設(shè) 置在設(shè)備的側(cè)部上。如果入口和排流槽設(shè)置在設(shè)備的側(cè)部上，則它們可相對于設(shè)備的剩余 部分成任何合適的取向?？善谕谷魏闻帕鞑鄱ㄎ辉谠O(shè)備20的重力底部上，并且具有從其 一直向下延伸的至少一個初始段。也可期望使至少一個入口取向成相對于排流槽成180度 的角度以便于沖洗設(shè)備20。在圖2所示的實施方案中，設(shè)備20包括相對于設(shè)備的剩余部分軸向取向的呈噴射 器組件42形式的一個入口 22A。噴射器組件42包括用于第一材料的入口。噴射器組件42 具有上游端部42A和下游端部42B。第一材料可包括任何合適的流體。流體可包括任何合適的液體或氣體。在一些實 施方案中，可期望流體包括兩個或更多個不同的相、或多個相。所述不同的相可包括一個或 多個液體相、氣體相或固體相。在液體情形中，常常期望液體包含足夠的用于氣穴的溶解氣 體。合適的液體包括但不限于水、油、溶劑、液化氣體、混懸液、和在室溫下通常為固體的熔 融材料。熔融固體材料包括但不限于蠟、有機材料、無機材料、聚合物、脂肪醇和脂肪酸。第 一材料可例如包括油、或含水材料。第一材料可為加熱的或未加熱的。在設(shè)備20的使用方 法的一個實施方案中，第一材料包括加熱的油。流體也可在其中具有固體顆粒。所述顆粒可包括任何合適的材料，包括但不限于 TiO2、含鉍材料、Zn0、CaC03、Na2S04和Na2C03。顆?？删哂腥魏魏线m的尺寸，包括宏觀顆粒和 納米顆粒。在一些情況下，這些固體顆粒中的至少一些可為非晶形的。在一些情況下，這些 固體顆粒中的至少一些可為結(jié)晶的。在一些情況下，固體顆粒中的至少一些可為研磨劑。這 些顆?？砂慈魏魏线m的量存在于液體中。合適的量可落在任何合適的范圍內(nèi)，包括但不限 于按重量計介于約0. 001%至約65%之間，或更多；或者介于約0. 01%至約40%之間；或 者介于約0. 至約10%之間；或者介于約0. 5%和約4%之間。
設(shè)備20也包括第二入口 22B。第二入口 22B可用來將附加第一材料流引入到設(shè)備 中，或其可用來將第二材料引入到設(shè)備中。如果將第二材料喂送到設(shè)備中，則第二材料可包 括任何結(jié)合第一材料所述的一般類型的材料。第二材料也可為加熱的或未加熱的。在設(shè)備 20的使用方法的一個實施方案中，第二材料包括未加熱的含水材料。所述材料可用任何合 適的方式提供給設(shè)備20，所述方式包括但不限于通過使用泵和為所述泵提供動力的馬達。 泵可在所期望的壓力下將材料提供給設(shè)備20。在圖2所示的實施方案中，設(shè)備20還包括至少一個排流槽或可同時用作入口和排 流槽的兩用雙向的流體導管22C。在該實施方案中，第二入口 22B、入口 /排流槽組合22C 和噴射器組件42可包括高壓連接以便可在諸如由高壓泵提供的高壓下將材料喂送到設(shè)備 20中。入口 22k, 22B和22C可例如包括連接，所述連接能夠在介于約100-10，OOOpsi (約 7-700巴)之間或更大，或者介于約200-5，OOOpsi (約15-350巴)之間的壓力下處理液體。 在該實施方案中，第二入口 22B和入口 /排流槽組合22C被布置成相對構(gòu)型，并且分別定位 在設(shè)備20的重力頂部和重力底部。這在清潔設(shè)備時，能夠使設(shè)備20具有更好的排流能力。設(shè)備20可具有一個或多個特征，所述特征使得設(shè)備能夠比某些現(xiàn)有液哨更具“可 按比例縮放的，，性質(zhì)。如本文所用，術(shù)語“可按比例縮放的，，是指在使用時能提供基本上相 同的處理條件和結(jié)果的設(shè)備，使得某個過程可從至少一種尺寸單元按比例放大至另一種。 “按比例放大”是一種使用得自較小比例過程的數(shù)據(jù)來構(gòu)建某個制造過程的方法學上的做 法，其目的是在構(gòu)造完成后的合理時段中生產(chǎn)出相同的(優(yōu)質(zhì))產(chǎn)品。按比例放大可如下 進行從實驗室工作臺面到試驗廠級、從試驗廠到“中試車間”(或小型生產(chǎn)單元)尺寸、以 及從“中試車間”尺寸到大型國家級制造系統(tǒng)。按比例放大研究工作就是分析發(fā)生在某個 過程中的根本轉(zhuǎn)化以達到如下認知水平在所述不同比例之間，類似的操作和產(chǎn)品的概率 是極高的。通常，不同尺寸單元之間的按比例放大以介于二和十五之間，或者介于五和十五 之間的任何數(shù)字的因數(shù)例如因數(shù)十來在最大流量不相同的單元之間執(zhí)行。如本文所用，“轉(zhuǎn) 化”是材料從一種形式到另一種形式的轉(zhuǎn)換(物理的、化學的、熱力學的、生物的、或它們的 組合)?；瘜W過程、機械過程和包裝過程中的轉(zhuǎn)化實例包括乳化、水合、結(jié)晶、結(jié)合、切割等。通常，本文所述類型的設(shè)備的比例可用可通過這些設(shè)備進行處理的液體的量來 描述。此類設(shè)備的尺寸范圍可例如為能夠處理3-15L/分鐘的試驗比例單元至能夠處理 30-200L/分鐘的中試車間或小型全比例生產(chǎn)單元至能夠處理300-1，500L/分鐘的大型全 比例生產(chǎn)單元。此類流量范圍可為重疊的或不重疊的。在一些實施方案中，可期望提供一 組具有不同尺寸/比例的兩個或更多個設(shè)備，每種尺寸的設(shè)備在時空域中提供基本上相同 的處理條件，其中這些設(shè)備為可按比例縮放的。此類處理條件可包括但不限于基本上相同 的以下條件液體在上游混合室中的質(zhì)量加權(quán)駐留時間和/或駐留時間分布；液體流入到 孔口中的速度；各個所述不同區(qū)域中的材料分布，尤其是孔口的開口上的材料分布；液體 在下游混合室中的質(zhì)量加權(quán)駐留時間和/或駐留時間分布；以及局部湍流耗散速率。通常， 將針對被處理的特定組合物或配方，按每個設(shè)備的相應的設(shè)計或“中心線”流量來比較此類 處理條件。即，如果某種組合物是在一種比例的設(shè)備上制成的，則通常將按某種流量來制造 該組合物以使該組合物具有所期望的特性。為了在不同尺寸/比例的第二設(shè)備上制造基本 上相同的組合物，將選擇更大或更小的中心線流量來操作第二設(shè)備。應當理解，中心線流量 可取決于被處理的組合物的所期望的特性。
所謂“基本上相同的”處理條件是指除湍流耗散速率之外，前述處理條件中的至少 一些在一種更小或更大尺寸/比例的設(shè)備的范圍的約75% -125%的范圍內(nèi)。對于湍流耗 散速率，“基本上相同的”處理條件是指在彼此的因數(shù)十(即，十倍)內(nèi)的湍流耗散速率。湍 流耗散速率可在區(qū)域3、4、5和6中測量。在一些實施方案中，可指定湍流耗散速率在彼此 的五倍以內(nèi)。該段所述的處理條件是使用計算流體動力學(CFD)來計算，更具體地講，是使 用Fluent軟件來計算，所述軟件得自Fluent，Inc. (ANSYS, Inc.的子公司)(Lebanon，NH, U. S. A.)。在一個實施方案中，區(qū)域1可為細長的以提供更具可按比例縮放性質(zhì)的設(shè)備20。 區(qū)域1中的上游混合室M在第二入口 22B處的部分具有直徑D?？善谕谌肟诘闹行木€處 測量的上游混合室M的直徑D對入口的直徑d的比率大于2。當區(qū)域1被本文描述為“細 長的”時，這是指如下事實從入口 22B的中心線(CL)測量至上游混合室M在入口 22的 下游某個位置首次變窄的點的尺寸E大于或等于約1. 1D。不受任何特定理論的束縛，據(jù)信 這些關(guān)系將使得來自入口 22B的液體的流動減慢，并且在加速向設(shè)備20中的下游行進之前 形成為大致軸向?qū)ΨQ的構(gòu)型(例如，在所示的實施方案中為大致圓柱形構(gòu)型)。這將使得能 夠保持對液體流入到孔口 ；34中的條件的控制。不受任何特定理論的束縛，據(jù)信如果液體在 具有不同尺寸/比例的設(shè)備中的流動更具軸向?qū)ΨQ性，則這些設(shè)備將是更接近成為可按比 例縮放的。如果液體流動的特性諸如流動的對稱性在具有不同尺寸/比例的設(shè)備之間顯著 地不同，則將難以使此類裝置成為基本上可按比例縮放的。在這種實施方案的一些型式中，噴射器組件42為可重構(gòu)的/可調(diào)整的以改變液體 在區(qū)域1中的駐留時間和/或駐留時間分布。噴射器組件42可例如為可互換的/可置換 的，或其可為能夠運動的(例如，具有用于向內(nèi)和/或向外運動的螺紋機構(gòu)，或其可為能夠 滑動的)。提供可重構(gòu)的/可調(diào)整的噴射器組件42可使得能夠調(diào)整液體在區(qū)域1中的駐留 時間和/或駐留時間分布，以便使它們能在不同比例的設(shè)備之間進行配合。上游混合室M具有上游端部24A、下游端部24B和內(nèi)壁MC。在某些實施方案中， 還可期望使上游混合室M的至少一部分在區(qū)域1中具有初始軸向?qū)ΨQ的錐形收縮區(qū)域 MD (在噴射器42的下游端部42B的位置之前)以便當趨近孔口 34時上游混合室M的尺 寸(例如，直徑)朝上游混合室M的下游端部24B變得更小。在一些其中上游混合室M 的一部分24D為錐形的情況下，上游混合室M的壁的錐形部分可相對于彼此形成大于或等 于約11°且小于約135°的夾角A。夾角A可例如小于或等于約90°。這也可有助于形成 以軸向?qū)ΨQ構(gòu)型流入到孔口 34中的液體流。圖4和5示出了在具有兩種不同尺寸/比例的設(shè)備中以基本上軸向?qū)ΨQ構(gòu)型流入 到孔口 34中的液體流。圖4為計算流體動力學模型的數(shù)值解，示出了液體流入到本文所述 設(shè)備的相對小比例型式的孔口中的一個可能的實例。圖5為計算流體動力學模型的數(shù)值 解，示出了液體流入到本文所述設(shè)備的較大比例型式的孔口中的一個可能的實例。這可與圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)的裝置形成對比。在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，入口(I)的 直徑等于或大于上游混合室的直徑。因此，在該現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，通過入口 I流入到上游 混合室中的液體在其進入上游混合室時其速度將被保持(相對于被減慢或“被調(diào)理”)。當 該液體流進入以直角流進上游混合室中的液體流時，其將使流進上游混合室中的液體流的 動量發(fā)生突變。這將趨于使來自入口 I的液體流偏離上游混合室的壁并且使組合的液體流改變方向。因此，如圖3所示，流入到孔口 34’中的液體流不是軸向?qū)ΨQ的。該現(xiàn)有技術(shù)的 裝置存在如下缺點在流入到孔口 34中的液體流的各種部分處會形成不均勻的混合物。在一些實施方案中，期望本文所述的設(shè)備20在液體進入孔口 34的路徑中基本上 不含液體導流板或轉(zhuǎn)向片以便設(shè)備20將更易于清潔。在可供選擇的實施方案中，可使用導 流板或轉(zhuǎn)向片來產(chǎn)生軸向?qū)ΨQ的流動，然而這會使設(shè)備的清潔更加難以進行。區(qū)域3包括位于孔口 34處的區(qū)域。具有孔口 34的元件32可具有任何合適的構(gòu) 型。在一些實施方案中，具有孔口 34的元件32可包括單一組件。在其它實施方案中，具有 孔口 34的元件32可包括孔口組件系統(tǒng)中的一個或多個組件?？卓诮M件32系統(tǒng)的一個非 限制性實施方案更詳細地示出于圖6和7中。在圖6和7所示的實施方案中，孔口組件32系統(tǒng)包括孔口組件外殼(或“孔口殼 體”)66、噴嘴背襯68、孔口插件70和噴嘴72。更詳細地觀察這些組件，孔口組件外殼66為 大致圓柱形形狀的組件，其具有側(cè)壁和開放的上游端部66A、以及基本上閉合的(除用于孔 口 34的開口之外)下游端部66B?？卓诮M件外殼66包括鄰近其上游端部66A的凸緣67。 噴嘴背襯68具有適當?shù)某叽绮⑶冶粯?gòu)造成鄰近噴嘴72和孔口插件70適配在孔口組件外 殼66內(nèi)，以使噴嘴和孔口插件70在孔口組件外殼內(nèi)保持固定。噴嘴背襯68具有限定穿過 噴嘴背襯的通道的內(nèi)壁、上游端部和下游端部?？卓诓寮?0包括圓柱形環(huán)，所述環(huán)鄰近孔 口組件外殼66的下游端部66B適配在孔口組件外殼66內(nèi)。噴嘴72包括具有大致圓柱形 的外壁的獨立組件和穿過所述外壁中心的通道74。通道74在噴嘴72的上游端部72A處形 成放大的開口 74A,并且具有側(cè)壁，所述側(cè)壁在趨近噴嘴72的下游端部72B時逐漸變細以形 成圓化表面74B。通道74在其下游端部74B處通入孔口 34中?？卓诮M件系統(tǒng)32的組件形 成由壁限定的槽76，所述槽具有基本上連續(xù)的內(nèi)表面。因此，孔口組件系統(tǒng)32在各組件之 間具有極少的裂縫或沒有裂縫，因而可比現(xiàn)有裝置更易于清潔。相鄰組件之間的任何接頭 均可通過機械接縫技術(shù)諸如電拋光或打磨來高度地機加工，使得液體無法進入此類組件之 間的接縫中，即使在高壓下。此外，如圖6和7所示，孔口組件32可具有與寬度(或直徑)等同的或更大的長 度(所述長度在凸緣67的下游端部(S卩，凸緣67終止處)至孔口組件外殼的下游端部66B 之間測量)。在這種實施方案中，孔口組件系統(tǒng)32將在所述系統(tǒng)的外部部分上提供相對大 的接觸表面，以便在設(shè)備中更精確地對齊孔口組件32 (與具有平坦板狀孔口組件的現(xiàn)有裝 置比較)。用于孔口組件32系統(tǒng)的組件的眾多其它構(gòu)型也是可能的?？卓诮M件32系統(tǒng)及其組件可由任何合適的材料制成。合適的材料包括但不限于 不銹鋼、工具鋼、鈦、燒結(jié)碳化鎢、金剛石(例如，散裝金剛石)(天然和合成的)、以及任何上 述材料的涂層，包括但不限于金剛石涂層材料。插件70和/或噴嘴72可由比構(gòu)成孔口組 件系統(tǒng)32的結(jié)構(gòu)的其它部分或組件更硬的材料制成。使用插件70和噴嘴組件以便孔口組 件系統(tǒng)32的其它較大的部分或組件可由不太硬且不太昂貴的材料制成，或可在不使用具 有硬襯的材料的情況下制成。在圖6和7所示的實施方案中，可期望至少噴嘴72由Vickers硬度大于或等于約 20GPa的材料制成，因為這是在液體和/或其它材料通過孔口 34噴霧時孔口組件系統(tǒng)32的 要經(jīng)受最大力的部分。Vickers硬度大于或等于約20GPa的多種材料描述于2007年6月 28日提交的臨時美國專利申請序列號60/937，501中。
孔口組件系統(tǒng)32及其組件可以任何合適的方式形成?？卓诮M件系統(tǒng)32的任何組 件均可由可以散裝形式獲得的上述材料的實心件形成。這些組件也可由上文所指定材料中 的一種的實心件形成，在實心件的表面的至少一部分上涂覆有上文所指定的一種或多種不 同的材料。如上所述，附圖所示的孔口組件系統(tǒng)32的組件由一種以上的部件形成。在附圖 所示實施方案的一種型式中，噴嘴72由合成的散裝金剛石制成。通過使用激光或熱金屬絲 金剛石切割器或金剛石基切割工具進行切割來在噴嘴72中提供孔口 34。噴嘴72任選地使 用金剛石粉劑來進行拋光。孔口插件70由碳化鎢制成。包括外殼66和噴嘴背襯68在內(nèi) 的孔口組件系統(tǒng)32的其它部分由不銹鋼制成。在其它實施方案中，具有孔口 34的元件32可包括單一組件，所述單一組件具有任 何合適的構(gòu)型，諸如圖6和7所示的孔口組件系統(tǒng)的構(gòu)型。這種單一組件可由任何合適的 材料制成，包括但不限于不銹鋼。在其它實施方案中，上述孔口組件系統(tǒng)32的組件中的兩 個或更多個可被成形為單一組件。在其它實施方案中，由上述孔口組件系統(tǒng)32的組件中的 一個或多個所提供的功能(諸如由錐形部分24D所提供的功能)可由獨立組件來執(zhí)行，所 述獨立組件不是孔口組件系統(tǒng)32的一部分?？卓?34被(單獨地或與某個其它組件相組合地)構(gòu)造成對流體進行混合和/或在 流體或流體混合物中產(chǎn)生剪切和/或氣穴?？卓?34可具有任何合適的構(gòu)型。合適的構(gòu)型包 括但不限于狹槽形狀、眼形狀、貓眼形狀、橢圓形形狀、三角形、正方形、矩形、呈任何其它 多邊形的形狀、或圓形。在一些實施方案中，可期望孔口的寬度W超過孔口的高度。在此類 實施方案中，孔口 34可在縱向上以平帶噴霧形式噴射液體?？卓?34的寬度可為孔口的高
度的任何倍數(shù)，所述倍數(shù)包括但不限于:1. 1、1. 2,1. 3,1. 4,1. 5、2.....2. 5、3、3· 5、...等，
直至100或更大倍的孔口的高度?？卓?34可具有任何合適的寬度，包括但不限于最大約1 英寸(2. 54cm)或更大。孔口 34可具有任何合適的高度，包括但不限于最大約0. 5英寸(約 1. 3cm)或更大。在一些實施方案中，孔口 34的形狀可在不同尺寸的孔口和/或設(shè)備之間進行匹配 以在設(shè)備20的運行期間在孔口 34的開口上提供基本上相同的材料分布(或“式樣”)。這 可通過保持基本上相同的孔口 34的周長對孔口 34的面積的比率來實現(xiàn)。在某些實施方案 中，期望兩個不同尺寸/比例的設(shè)備中的孔口 34的開口上的材料分布的平均值和標準偏差 至少在彼此的20 %以內(nèi)。這將使基本上相同的轉(zhuǎn)化能夠在不同尺寸的孔口和/或設(shè)備上執(zhí) 行，同時保持按比例放大所需的物理參數(shù)(包括但不限于孔口周長和幾何形狀)的一致性。在一些情況下，設(shè)備20可包括葉片40。例如，如果期望使用設(shè)備20來形成具有 與如果不存在葉片時的情況相比較低的平均液滴尺寸的乳液，則可使用葉片40。如圖2所 示，區(qū)域4包括定位在從液體退出孔口 34的部位延伸至葉片40的前沿84的區(qū)域中的區(qū)域。 區(qū)域5包括葉片40周圍的邊界層。如圖8所示，葉片40具有包括前沿(或“尖端”)84的前部82和包括后沿88的后 部86。葉片40也具有上表面90、下表面92和在上表面和下表面之間測量的厚度T。此外， 葉片40具有一對側(cè)邊94和在所述兩個側(cè)邊之間測量的寬度WB。葉片40可具有任何合適的構(gòu)型。如圖8所示，葉片40可包括錐形部分96，其中葉 片的厚度T沿前沿和后沿之間的距離的一部分在從前沿84朝后沿88的方向上從前沿84 開始增加。圖8所示的葉片40具有形成其前沿84的單一錐形或鋒利邊緣。葉片40的前沿84可以是鋒利的，但在其它實施方案中，其不需要是鋒利的。應當理解，在其它實施方案 中，葉片40可具有兩個、三個、或四個或更多個錐形或鋒利邊緣，以便葉片40可被插入到設(shè) 備20中，使任何鋒利邊緣被取向成形成葉片40的前沿84。這將成倍地增加葉片在需要修 理或置換之前的使用壽命。此外，如圖8所示，葉片40的前拐角80可被切除，或換句話講 被鈍化或凹口化，以便在拐角處由葉片40的不同邊緣(例如，邊緣84和94)所形成的角度 大于90°。圖9A和9B示出了葉片40可具有眾多其它構(gòu)型。如圖9A和9B所示，當從上方觀 察時，葉片的前沿84可由直線段、曲線段、或它們的組合構(gòu)成。圖9A示出了葉片40的一個 可供選擇的實施方案，所述葉片包括凸的曲線前沿84。圖9B示出了葉片40的一個可供選 擇的實施方案，所述葉片包括具有直線段的前沿84。葉片40可具有任何合適的尺寸。在某些實施方案中，葉片40的尺寸范圍可為從 小至Imm長和7微米厚到大至50cm長和超過IOOmm厚。小葉片的一個非限制性實例為約 5mm長和0. 2mm厚。較大葉片的一個非限制性實例為IOOmm長和IOOmm厚。如圖8所示，當葉片40被插入到設(shè)備20中時，葉片40的后部86的一部分被夾緊， 或換句話講接合在設(shè)備內(nèi)以便固定其位置。葉片40可以任何合適的方式構(gòu)造以便其可接 合到設(shè)備的內(nèi)部上。如圖8所示，在一個非限制性實施方案中，葉片的后部86在其中具有 至少一個洞98，所述洞用于接納穿過洞98的元件。該洞98和元件用作用來將葉片40保持 在設(shè)備內(nèi)的適當位置的機構(gòu)的至少一部分。葉片40也可接合到載體50上，所述載體可由 金屬或另一種合適的材料構(gòu)成。包括葉片40的前部82在內(nèi)的葉片40的剩余部分是游離 的并且相對于固定部分是懸臂的。葉片40可包括任何合適的材料。葉片40理想地將包括與要處理的流體化學相容 的材料(也可期望孔口組件系統(tǒng)32的組件如此。)可期望葉片40至少部分地由化學上耐 受以下條件中的一個或多個的材料構(gòu)成低PH值(低于約5的pH值)；高pH值(高于約 9的pH值)；鹽(氯離子)；和氧化。用于葉片40的合適的材料包括但不限于本文所述的適用于孔口組件系統(tǒng)32及其 組件的任何材料。然而，應當理解，本文所指定的材料不必具有所有這些所期望的化學耐受 特性。整個葉片40可由上述材料中的一種諸如不銹鋼或金剛石構(gòu)成。作為另外一種選 擇，葉片40的一部分可包括本文所述的適用于孔口組件系統(tǒng)32的材料中的一種，并且葉片 40的另一個部分(或多個部分)可包括這些材料中的不同的一種。例如，在一些情況下， 可期望葉片40的一部分諸如錐形部分96包括比葉片40的剩余部分更硬的材料(諸如金 剛石)。可期望如此，是因為錐形部分96形成葉片40的前沿84并且將成為葉片的在使用 期間經(jīng)受最大磨損的部分。葉片40的剩余部分(不是葉片的前沿)可由某種其它材料構(gòu) 成，諸如具有以下特性中的一個或多個的材料不太硬、不太昂貴、延展性更強、或脆性小于 錐形部分96。葉片40或其各種部分可具有任何合適的硬度。在一個非限制性實施方案中，葉片 的至少錐形部分96由Vickers硬度大于或等于約20GPa的材料形成。在此類實施方案中， 葉片40的剩余部分可包括具有小于20GPa的Vickers硬度的材料。例如，葉片40的錐形 部分96的至少一部分可包括金剛石插件102(諸如在葉片的前沿84的中心中)，并且葉片的剩余部分可由不銹鋼制成。這種插件可以任何合適的方式接合到葉片的剩余部分上，諸 如通過將插件粘結(jié)到葉片的剩余部分上或通過將插件熱收縮到葉片的剩余部分上。作為另 外一種選擇，葉片40的錐形部分96可具有金剛石涂層，并且葉片的剩余部分可由不銹鋼制 成。形成葉片的方法的若干個非限制性實例是可能的。葉片40可包括散裝材料，諸如 散裝金剛石材料。這種材料可以任何合適的方式形成，諸如通過在存在鍵合元素諸如鈷、鎳 或鐵的情況下使用從金剛石粉劑形成合成金剛石的壓力機進行高壓和高溫燒結(jié)。在其它實 施方案中，葉片40可通過如下方式形成形成涂覆的復合結(jié)構(gòu)、或涂覆材料層以形成或構(gòu) 建最終葉片結(jié)構(gòu)。可使用相同的技術(shù)來形成孔口組件系統(tǒng)32的組件。在一些實施方案中，期望在至少兩個不同尺寸/比例的混合裝置(諸如試驗比例 單元和商業(yè)比例單元)中的區(qū)域4(其中液體退出孔口 34至葉片的前沿84的區(qū)域)和區(qū) 域5(葉邊周圍的邊界層)中，保持基本上相同的葉片40的尖端84與孔口 34的排放口之 間的距離，以及基本上相同的壓力場分布和湍流能量耗散。在這些實施方案中的一些中，期 望在所有尺寸/比例的混合裝置的區(qū)域4和5中保持相同的葉片的尖端與孔口的排放口之 間的距離、以及基本上相同的壓力場分布和湍流能量耗散。這可改善在不同尺寸/比例的 設(shè)備之間按比例放大的能力。在一些實施方案中，可期望改變?nèi)~片40的構(gòu)型(在區(qū)域5中)以便邊界層構(gòu)型為 基本上相同的，所述構(gòu)型以用于不同比例的設(shè)備中的葉片40周圍的液體射流的體積和體 積形狀因數(shù)來限定。如圖8所示，在一些實施方案中，設(shè)備20可包括葉片固定器50，所述葉片固定器的 至少一部分諸如其引導部分110具有合適的軸向?qū)ΨQ、徑向不對稱的橫截面。合適的橫截 面構(gòu)型包括但不限于矩形、橢圓形、扁橢圓形、跑道形狀(即，具有線性側(cè)邊和圓形端部的 構(gòu)型)、以及具有長軸和短軸的多邊形，所述多邊形相對于長軸和短軸均對稱。合適的多邊 形橫截面形狀的一個非限制性實例示出于圖10中。在圖8所示的實施方案中，葉片固定器 的一部分具有橢圓形形狀的橫截面。為葉片固定器50的引導部分110提供這種構(gòu)型可確 保當設(shè)備在使用時在葉片40上保持對稱的液體流。葉片固定器50的引導部分110也可在 其周邊周圍具有小室112以便改善下游混合室26中的再循環(huán)。區(qū)域6包括下游混合室26。在一些實施方案中，期望在至少兩個不同尺寸/比例 的設(shè)備(諸如試驗比例單元和商業(yè)比例單元)中的區(qū)域6中保持基本上相同的流型和駐留 時間(即，質(zhì)量加權(quán)駐留時間)和/或駐留時間分布。在這些實施方案的一些中，期望在所 有尺寸/比例的設(shè)備的區(qū)域6中保持相同的流型和質(zhì)量加權(quán)駐留時間以改善在不同尺寸/ 比例的設(shè)備之間按比例放大的能力。在一些實施方案中，也期望在至少兩個不同尺寸/比 例的設(shè)備的區(qū)域6中在某些壓力范圍內(nèi)保持基本上相同的異體積百分比的體積，所述體積 為總流體體積的一部分。 設(shè)備20包括區(qū)域7中的至少一個出口或排放端口 30。在附圖所示的實施方案中， 設(shè)備20包括一個出口 30A和一個出口 /排流槽組合30B。在該實施方案中，排放端口中的 一個(即，出口 30A)鄰近葉片40的上表面90對齊，并且排放端口中的一個(即，出口 /排 流槽組合30B)與葉片40的下表面92對齊。出口 30A也可在清潔期間用作用于沖洗設(shè)備 20的入口，并且因此可被稱作出口 /沖洗入口組合。出口 /排流槽組合30B位于設(shè)備20的重力底部上。可期 望出口 /排流槽組合30B包括豎直向下取向的至少一個初始段(所述取 向可正交于葉片40的表面90和92，或如果例如不存在葉片的話，可被描述為大致平行于孔 口 34的高度尺寸)。將排放端口 30A和30B分別定位在葉片40的上方和下方將有助于確 保在使用期間葉片40上存在對稱的液體流。除了在使用期間提供出口以用于源自設(shè)備20的混合液體以外，還可在各次使用 之間將水(或其它清潔液體)通過排放端口 30A和30B沖入到設(shè)備20中以清潔設(shè)備20。 上述葉片固定器50的構(gòu)型提供一種結(jié)構(gòu)，據(jù)信當沖洗下游混合室26時，所述結(jié)構(gòu)在整個下 游混合室26中更好地分配用來清潔設(shè)備20的液體。圖12示出了沖洗操作期間的葉片固 定器50的引導部分110周圍的液體流的一個非限制性實例。清潔液體的流動方向由箭頭 示出。如圖12所示，期望葉片固定器50具有適當?shù)某叽绮⑶冶粯?gòu)造成使得在所述葉片固 定器的側(cè)部周圍存在某個空間以便于清潔液體在沖洗操作期間的流動。如圖12所示，混合 室26具有至少一個寬度，并且葉片固定器50的引導部分110的寬度(平行于葉片測量) 小于或等于下游混合室26的對應于葉片固定器50的引導部分110的橫截面的部分的寬度 的90%。換句話講，葉片固定器50可具有適當?shù)某叽绮⑶冶粯?gòu)造成使得在葉片固定器50 的每個側(cè)部上在下游混合室26的對應于葉片固定器50的引導部分110的部分處存在至少 約5%的間隙。也可期望葉片固定器50的橫截面為非圓形構(gòu)型，使得葉片固定器50的寬度大于 葉片固定器的高度以有助于沖洗下游混合室26。當葉片固定器50的橫截面為圓形時，用 來清潔設(shè)備20的液體將易于圍繞葉片固定器50的側(cè)部流動而不被分配在葉片40的上表 面和下表面上。當葉片固定器50具有非圓形橫截面且下游混合室26的頂部和底部處的下 游混合室26的壁和葉片固定器50之間的空間大于沿下游混合室的側(cè)部存在的葉片固定器 50和下游混合室26的壁之間的空間時，這將幫助迫使清潔液體被分配到葉片40的上表面 和下表面上。也期望設(shè)備20的內(nèi)部基本上不含任何裂縫、轉(zhuǎn)角和縫隙以便設(shè)備20將在各次使 用之間可更容易被清潔。例如，一種現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有金屬背襯塊以將具有孔口的組件 保持固定。金屬對金屬接觸中的間隙在它們之間產(chǎn)生裂縫，液體可進入所述裂縫中并且在 設(shè)備的各次使用之間會駐留。此外，該現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有附加內(nèi)部端口以便在裝置的使 用期間在液體從退出端口流出之前讓液體流過裝置。在本文所述的設(shè)備20的一個實施方 案中，孔口組件32包括若干個子組件，所述子組件被形成為整體結(jié)構(gòu)。該整體孔口組件 32結(jié)構(gòu)作為某個單元適配到上游混合室外殼46中并且不需要背襯塊來將其保持在適當位 置，從而消除了此類裂縫。在附圖所示的設(shè)備20的實施方案中，出口 30A和30B也定位成 剛好離開下游混合室26并且與下游混合室26直接液體連通，以便液體通過出口 30A和30B 直接從下游混合室26流出設(shè)備。因此，出口 30A和30B與下游混合室26成一整體并且不 含任何附加內(nèi)部端口，所述內(nèi)部端口用于在液體流出出口 30A和30B之前的流動通過。為 了可清潔性緣故，也可期望設(shè)備20不含任何導管，所述導管使得液體能夠流入到此類導管 中，但終止于某個不可排流的端點(“閉端”或“盲管段”)。如圖2和8所示，在一些實施方案中，設(shè)備20可包括改進的結(jié)構(gòu)以用于更精密地 將葉片40與孔口 34對齊，和/或用于保持葉片40與孔口 34對齊。該結(jié)構(gòu)可用來相對于 來自孔口 34的液體射流而定位(例如，居中)葉片40，并且減小葉片40被移位到射流上方或下方、或相對于孔口 34具有角度傾斜的傾向。這可改善如下任何傾向當葉片40和孔口 34不是適當對齊時和/或這些組件中的一個相對于另一個傾斜時，葉片40不均勻地磨損 (例如，葉片的頂部表面和底部表面的磨損程度不同)。在其它實施方案中，如果需要，該結(jié) 構(gòu)可用來將葉片40取向在相對于孔口 34的某個其它位置(而不是居中)。葉片固定器50具有與設(shè)備20的內(nèi)部接觸的一個或多個寬接觸表面。在附圖所示 的實施方案中，葉片固定器50具有至少兩個寬圓柱形接觸表面120A和120B，其中每個表面 具有鄰近每個表面的端部設(shè)置的至少兩個密封點122和124。在附圖所示的實施方案中， 葉片固定器50在上游接觸表面120A處比在下游接觸表面120B處具有更大的尺寸(例如， 直徑)?？善谕佑|表面120A和120B為機加工過的表面，尤其是高度精密地機加工過的 表面。如圖8所示，葉片固定器50包括靠近每個接觸表面的端部的間隔開的凹口(周向凹 槽)128。周向凹槽可具有設(shè)置在其中的0形環(huán)130。可期望接觸表面120A和120B中的至 少一個的長度大于或等于葉片固定器50在接觸表面的位置處的寬度(例如，直徑)，所述長 度是在接觸表面中的用于保持密封的凹口(例如，0形環(huán)130)的中心線之間測量的。在附 圖所示的實施方案中，這是下游接觸表面120B的情形。大于葉片固定器50的直徑的接觸 表面的長度可為葉片固定器直徑的任何倍數(shù)，所述倍數(shù)包括但不限于1. 1、1. 2,1. 3,1. 4、
1.5,2.....2.5、3、3.5、...等。此外，可期望提供結(jié)構(gòu)支撐的設(shè)備20的所有內(nèi)部部件或與
這些部件直接液體接觸的部件均具有0形環(huán)密封。設(shè)備20及其組件的眾多其它實施方案也是可能的。葉片固定器50可被構(gòu)造成保 持一個以上的葉片40。例如，葉片固定器50可被構(gòu)造成保持兩個或更多個葉片。在這種 實施方案的一種型式中，葉片可彼此形成角度。在這種實施方案的另一種型式中，葉片可相 交。如果葉片相交，則它們可以任何合適的角度相交。如果它們以90°的角度相交，則當從 前面觀察時它們可呈十字形構(gòu)型。為設(shè)備提供一個以上的葉片可用于任何合適的目的，包 括但不限于增加局部湍流耗散速率。一種用于通過在流體中產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的方法也是本文設(shè)想到 的。在一個非限制性實施方案中，該方法利用了設(shè)備20諸如上述的設(shè)備。該方法包括提供 混合室諸如下游混合室26和元件諸如具有孔口 34的孔口組件系統(tǒng)32。該方法還包括將至少一種流體引入到任選的上游混合室24中，然后引入到通向 下游混合室26的至少一個進口中以便流體穿過孔口組件系統(tǒng)32中的孔口 34。所述至少一 種流體可以任何合適的方式提供給設(shè)備20，所述方式包括但不限于通過使用泵和為泵提供 功率的馬達。泵可在所期望的壓力下通過入口 22將至少一種流體提供給設(shè)備。所述流體 或流體混合物在壓力下穿過孔口 34?？卓?34被(單獨地或與某個其它組件相組合地)構(gòu) 造成對流體進行混合和/或在流體或流體混合物中產(chǎn)生剪切和/或氣穴。流體可包括任何合適的液體或氣體。在一些實施方案中，可期望流體包括兩個或 更多個不同的相、或多個相。所述不同的相可包括一個或多個液體相、氣體相或固體相。在 液體情形中，常常期望液體包含足夠的用于氣穴的溶解氣體。合適的液體包括但不限于 水、油、溶劑、液化氣體、混懸液和在室溫下通常為固體的熔融材料。熔融固體材料包括但不 限于蠟、有機材料、無機材料、聚合物、脂肪醇和脂肪酸。所述流體也可在其中具有固體顆 粒，如上所述。該方法還可包括提供葉片諸如葉片40，所述葉片與具有孔口 34的元件32相對地設(shè)置在下游混合室26中。在其中使用葉片40的情形中，該方法可包括如下步驟使液體形 成射流并且使射流以足夠的力撞擊可振動的葉片以誘導葉片以某個強度諧波振動，所述強 度足以在流體中產(chǎn)生氣穴。氣穴可為流體動力或聲波性質(zhì)的。該方法可在任何合適的壓力下執(zhí)行。在某些實施方案中，剛好在流體穿過孔口的 點之前在孔口喂入處測量的壓力大于或等于約500psi. (35巴)，或為大于500psi.的任 何數(shù)字，包括但不限于約1,000 (70 巴)、1，500(100 E ) >2, 000(140 巴)、2，500(175 巴)、 3，000(210 巴)、3，500 (245 巴)、4，000(280 巴)、4，500 (315 巴)、5，000(350 巴)、5，500 (385 巴)、6，000(420 巴)、6，500(455 巴)、7，000(490 巴)、7，500(525 巴)、8，000(560 巴)、 8，500 (595 巴)、9，000 (630 巴)、9，500 (665 巴)、10，OOOpsi. (700 巴)和任何按 500psi.遞 增的 10, OOOpsi. (700 巴)以上的量，包括 15，000(1，050 巴)、20，000 (1，400 巴)、或更高。在混合室26內(nèi)，給定體積的流體可具有任何合適的駐留時間和/或駐留時間分 布。一些合適的駐留時間包括但不限于約1微秒至約1秒或更長。流體可以任何合適的流 量流過混合室26。合適的流量在約1至約1，500L/分鐘或更大的范圍內(nèi)，或為落在如下范 圍內(nèi)的任何較窄范圍內(nèi)的流量包括但不限于約5至約1，000L/分鐘。該方法也可連續(xù)地進行任何合適的時段。合適的時間包括但不限于大于或等于約 30分鐘、45分鐘、1小時和任何按30分鐘遞增的1小時以上的時間。該方法可用來制造許多不同種類的產(chǎn)品，包括但不限于化學行業(yè)、家用護理行業(yè)、 個人護理行業(yè)、制藥行業(yè)、以及食品和飲料行業(yè)中的表面活性劑、乳液、分散體和共混物。本文也提供了用于清潔設(shè)備20的方法。圖11為示意圖，其示出了用于沖洗設(shè)備 20的方法的一種型式。如圖11所示，清潔液體(例如，水、表面活性劑等)可通過噴射器 42和入口 22B喂送到設(shè)備20中。以該方式導入的液體流將在上游混合室24中進行混合。 該混合流的一部分將穿過孔口 34。如果第二入口 22C也是排流槽的話，則該混合流的一部 分也將排出第二入口，即入口 /排流槽組合22C。如果需要，入口 /排流槽組合22C可交叉 連接到上出口 30A上，因而排出入口 /排流槽組合22C的混合流可被引導到上出口 30A中 以沖洗下游混合室26。沖洗下游混合室26可與沖洗上游混合室24同時執(zhí)行，或其可在沖 洗上游混合室24之前或之后(順序地)執(zhí)行。用來沖洗下游混合室26的清潔液體可通過 較低出口 /排流槽30B退出下游混合室26。這提供如下優(yōu)點，設(shè)備20不限于通過試圖用 清潔液體通過孔口 34沖洗整個設(shè)備20來清潔。在這種方法的其它實施方案中，設(shè)備20可 以其它方式?jīng)_洗，諸如以圖11所示方向的反向方式。例如，清潔液體可通過較低出口 /排 流槽30B導入，然后在圖11所示箭頭方向的反向上流通。在這種方法結(jié)束時，可打開入口 /排流槽組合22C和較低出口 /排流槽30B以排干設(shè)備20。本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴格地限于所述的精確值。相反，除非另 外指明，每個這樣的量綱旨在表示所引用的數(shù)值和圍繞該數(shù)值的功能上等同的范圍。例如， 公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。應當理解，在本說明書全文中給出的每一最大數(shù)值限度均包括每一較低數(shù)值限 度，如同該較低數(shù)值限度在本文中被明確表示。在本說明書全文中給出的每一最小數(shù)值限 度將包括每一較高數(shù)值限度，如同該較高數(shù)值限度在本文中被明確表示。在本說明書全文 中給出的每一數(shù)值范圍將包括包含于該較寬數(shù)值范圍內(nèi)的每一較窄數(shù)值范圍，如同該較窄 數(shù)值范圍在本文中被明確表示。
雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可以做出各種其他改變和變型。 因此，隨附權(quán)利要求書旨在涵蓋在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這樣的改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來混合液體的設(shè)備，所述設(shè)備具有重力底部并且 包括至少一個入口；混合室，所述混合室包括進口，并且所述混合室與所述至少一個入口保持液體連通；元件，所述元件內(nèi)具有孔口，并且所述元件鄰近所述混合室的進口定位在所述設(shè)備內(nèi)， 其中所述孔口被構(gòu)造成以射流形式噴射液體并且在所述液體中產(chǎn)生剪切或氣穴，其中所述 孔口具有寬度和高度；和至少一個出口，所述至少一個出口與所述混合室保持液體連通以便在在所述液體中產(chǎn) 生剪切或氣穴之后接著排放液體，所述至少一個出口定位在所述混合室的至少一部分的下 游，其中所述設(shè)備的特征在于，所述設(shè)備還包括位于所述設(shè)備的重力底部上的至少一個排 流槽以用于排干所述混合室。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個排流槽也用作附加出口以便在在所述 液體中產(chǎn)生剪切或氣穴之后接著排放液體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括位于所述混合室中的葉片，所述葉 片與具有孔口的所述元件相對地設(shè)置，所述葉片具有兩個相對表面、前沿、后沿和位于所述 前沿上的尖端，所述尖端為所述葉片的最接近所述孔口定位的部分；和用于將所述葉片保 持在所述設(shè)備內(nèi)的葉片固定器，其中所述葉片固定器能夠相對于所述孔口運動以便能夠改 變所述葉片的尖端與所述孔口之間的距離。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括定位在所述至少一個入口和所 述孔口之間的上游混合室、位于所述設(shè)備的重力底部上的第二排流槽，所述第二排流槽與 所述上游混合室保持液體連通，并且所述至少一個出口包括與所述下游混合室保持液體連 通的出口 /沖洗入口組合，其中所述第二排流槽能夠連接到所述出口 /沖洗入口組合。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述至少一個入口包括軸向取向的第一入口，并且所述第一入口通入所述上游混合室中；所述設(shè)備還包括通入所述上游混合室中的第二入口，所述第二入口為徑向取向的；并且其中所述第二排流槽包括入口/排流槽組合。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備具有包括所述混合室的內(nèi)部，其中所 述設(shè)備的內(nèi)部基本上不含任何裂縫以最小化當液體流過所述設(shè)備時所述設(shè)備的內(nèi)部中的 物質(zhì)積聚。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述葉片固定器具有引導部分，所述引導部分為所 述葉片固定器的部分，并且所述葉片固定器的所述部分比所述葉片固定器的其它部分更接 近所述孔口進行定位，其中存在穿過所述葉片固定器的引導部分的至少一個橫截面，并且 所述葉片固定器的所述引導部分在所述至少一個橫截面處具有高度和寬度，其中所述葉片 固定器的引導部分在所述橫截面處的寬度大于在所述橫截面處的高度。
8.如權(quán)利要求3或權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述葉片在其前沿中具有至少一個凹
9.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述第一入口具有開放的下游端部，液體能夠從所述下游端部排放出來，所述設(shè)備還包括槽部分，所述槽部分具有上游端部、下游端部和限定 從中穿過的液體通道的內(nèi)壁，其中所述槽部分的內(nèi)壁為錐形的以便所述內(nèi)壁在其所述上游 端部處隔開得更遠，并且因而當接近所述槽部分的下游端部時變得更靠攏，并且所述槽部 分的錐形部分定位在所述第二入口的下游和所述第一入口的開放的下游端部的上游。
10.一種用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來混合液體的設(shè)備，所述設(shè)備具有縱向軸線，所 述設(shè)備的特征在于其包括上游混合室，所述上游混合室具有上游部分、下游部分、內(nèi)部和內(nèi)壁； 噴射器，所述噴射器被構(gòu)造成將液體引入到所述設(shè)備中以便所述液體在縱向上流動， 所述噴射器具有設(shè)置在所述上游混合室內(nèi)的排放端部；與所述上游混合室保持液體連通的至少一個入口，所述至少一個入口具有中心線并且 被構(gòu)造成與所述設(shè)備的縱向軸線成一角度地將液體引入到所述上游混合室中；混合室，所述混合室包括進口和出口，所述混合室與所述上游混合室保持液體連通； 元件，所述元件內(nèi)具有孔口，并且所述元件鄰近所述混合室的進口定位在所述設(shè)備內(nèi)， 其中所述孔口被構(gòu)造成以射流形式噴射液體并且在所述液體中產(chǎn)生剪切或氣穴；其中所述上游混合室具有在所述至少一個入口的中心線處測得的直徑，并且所述上游 混合室在定位在所述至少一個入口的下游的某一點處變窄，其中從所述至少一個入口的中 心線至所述上游混合室首次在所述入口的下游的某一位置處變窄的點所測得的上游混合 室的縱向尺寸大于或等于在所述入口的中心線處測量的上游混合室的直徑的約1.1倍。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述噴射器為能夠運動的，以便能夠調(diào)整所述噴 射器的排放端部與所述孔口之間的距離。
12.如權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中所述入口具有直徑，并且在所述入口的中心 線處測量的上游混合室的直徑與所述入口的直徑的比率大于2。
13.如權(quán)利要求10、11或12所述的設(shè)備，其中所述上游混合室的至少一部分為錐形的 以便所述上游混合室的所述至少一部分的直徑朝所述上游混合室的下游部分變小。
14.包括兩個或更多個用于通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來混合液體的設(shè)備的一組設(shè)備， 所述一組設(shè)備包括第一設(shè)備和第二設(shè)備，其中所述第一設(shè)備和第二設(shè)備各自包括 上游混合室；與所述上游混合室保持液體連通的至少一個入口；混合室，所述混合室與所述上游混合室保持液體連通，并且包括進口和至少一個出口 ；和元件，所述元件內(nèi)具有孔口，并且所述元件鄰近所述混合室的進口而定位在所述設(shè)備 內(nèi)，其中所述孔口被構(gòu)造成以射流形式噴射液體并且在所述液體中產(chǎn)生剪切或氣穴；其中所述一組設(shè)備的特征在于，所述第一設(shè)備和所述第二設(shè)備各自具有最大流通能 力，并且所述第一設(shè)備的最大流通能力比所述第二設(shè)備的最大流通能力小至少5倍，并且 所述第一設(shè)備和第二設(shè)備被構(gòu)造成提供選自由下列組成的組的至少一個處理條件質(zhì)量加 權(quán)駐留時間、質(zhì)量加權(quán)駐留時間分布、流速、材料分布和在不同的流量下基本上相同的局部 湍流耗散速率，所述不同的流量為所述第一設(shè)備中的第一流量和所述第二設(shè)備中的第二流 量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過產(chǎn)生剪切和/或氣穴來進行混合的設(shè)備和用于該設(shè)備的組件。在一個實施方案中，該設(shè)備包括具有元件諸如孔口組件(32)的混合和/或氣穴室(26)，該孔口組件鄰近氣穴室的進口(28)定位。該設(shè)備還可包括與孔口組件相對地設(shè)置在混合和/或氣穴室內(nèi)的葉片諸如刀狀葉片。在這種實施方案的一種型式中，該設(shè)備被構(gòu)造成在原位進行清潔。該設(shè)備可具有至少一個與混合室保持液體連通的排流槽(22C，30B)。如果該設(shè)備包括葉片，則該設(shè)備還可包括葉片固定器(50)，該葉片固定器為能夠運動的以便能夠改變?nèi)~片的尖端與孔口的排放口之間的距離。在該實施方案或其它實施方案中，該設(shè)備被構(gòu)造成可按比例縮放的。在該實施方案或其它實施方案中，該設(shè)備具有噴射器(42)，該噴射器為能夠運動的以便能夠調(diào)整該噴射器的排放端部與孔口之間的距離。
文檔編號B01F11/02GK102105215SQ200980128865
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者E·W·甘斯馬勒, F·科羅米納斯, 權(quán)克明, 楊云鵬 申請人:寶潔公司