一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于液?液混合乳化的靜態(tài)混合器及工作方法，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設(shè)有至少兩個(gè)液體入口，所述混合器主體的另一端設(shè)有液體出口，所述液體入口和液體出口之間設(shè)有波紋板，相鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同，在所述波紋板的壁面上分布有溝槽。本發(fā)明在靜態(tài)混合單元的波紋板的壁面上設(shè)置溝槽，可以使凈減阻達(dá)8%；本發(fā)明中微溝槽的存在改變了流體與混合器波紋板表面之間的界面接觸，增大了流體在材料表面的接觸角，從而改變了波紋板表面的疏水性能；此外，微溝槽結(jié)構(gòu)能夠減少邊界層的小渦流的匯聚，使邊界層分離延遲，減少壁面湍流的能量損失。
【專利說明】一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器及其工作方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種靜態(tài)混合器，具體地說是一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器及其工作方法，主要應(yīng)用于石油化工、日用化工及能源等生產(chǎn)過程中的液-液均質(zhì)混合和乳化等的化工工藝過程中。
【背景技術(shù)】
[0003]均質(zhì)是食品或化工行業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要運(yùn)用的一項(xiàng)技術(shù)。食品加工中的均質(zhì)就是指物料的料液在擠壓，強(qiáng)沖擊與失壓膨脹的三重作用下使物料細(xì)化，從而使物料能更均勻的相互混合，比如奶制品加工中使用均質(zhì)機(jī)使牛奶中的脂肪破碎的更加細(xì)小，從而使整個(gè)產(chǎn)品體系更加穩(wěn)定。牛奶會(huì)看起來更加潔白。均質(zhì)主要通過均質(zhì)機(jī)來進(jìn)行的。是食品、乳品、飲料的行業(yè)的重要加工設(shè)備。
[0004]乳化工藝是一種液體以極微小液滴均勻地分散在互不相溶的另一種液體中的作用。乳化是液-液界面現(xiàn)象，兩種不相溶的液體，若加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┰趶?qiáng)烈的攪拌下，油被分散在水中，形成乳狀液。
[0005]乳化炸藥乳化基質(zhì)現(xiàn)有制備工藝，其配方為硝酸銨55?80%，硝酸鈉O?15%，水10?22%，乳化劑1.0?3%，油相材料3?6%。乳化劑為失水山梨醇單油酸酯，聚異丁烯丁二酰亞胺類，以及它們的復(fù)合物。包裝型產(chǎn)品的油相材料為南陽復(fù)合蠟、茂名復(fù)合蠟，機(jī)油等。散裝型產(chǎn)品的油相材料為柴油、機(jī)油、再生油、輕蠟油等。
[0006]蘇爾士靜態(tài)混合器是在70年代由瑞士蘇爾士(sulzer)公司研制的一種靜態(tài)混合器，蘇爾士靜態(tài)混合器的混合單元是由金屬片或塑料片乳制成的波紋板交替重疊而成，相鄰的兩塊波紋板的波紋傾斜方向不同，改變波紋的峰高、波紋間的夾角和波紋的傾斜角度，就可以得到許多不同規(guī)格的混合單元。
[0007]許多混合單元組合在一起，相鄰單元彼此具有交角，就構(gòu)成了蘇爾士靜態(tài)混合器，相鄰兩個(gè)波紋板間的波紋通道使流體在平行于波紋板平面的兩個(gè)不同的方向上流動(dòng)，相鄰的下一個(gè)靜態(tài)混合單元，其波紋通道使流體在旋轉(zhuǎn)了一定角度的平面上流動(dòng)，這樣，靜態(tài)混合器能使管內(nèi)流體在空間三個(gè)方向上流動(dòng)，使流體混合均勻。在蘇爾士型靜態(tài)混合器中，產(chǎn)生流體的分散和混合作用、每個(gè)單元板片的前緣對流體的剪切作用、相交通道會(huì)合點(diǎn)“混合小池”作用和流體作轉(zhuǎn)向時(shí)動(dòng)壓力對流體的撕裂作用。
[0008]蘇爾士靜態(tài)混合器在湍流工作狀態(tài)下具有較優(yōu)異的混合性能，隨著技術(shù)的發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，該種混合器的不足之處是混合過程中阻力較大。
[0009]此外，在現(xiàn)在通用的化工工藝應(yīng)用中，大多采用機(jī)械混合與靜態(tài)混合器串聯(lián)工藝，機(jī)械攪拌設(shè)備消耗功率大，工作流程不連續(xù)，工作介質(zhì)不封閉，機(jī)械攪拌設(shè)備故障率高，在一些特殊工藝流程中，故障的發(fā)生直接導(dǎo)致化工生產(chǎn)出現(xiàn)危險(xiǎn)。
[0010]使用本發(fā)明的一體化裝置，可代替現(xiàn)有乳化基質(zhì)制備工藝中的二段法制備工藝，取消現(xiàn)有的粗乳，精乳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器及其工作方法。
[0012]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案包括:一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設(shè)有至少兩個(gè)液體入口，所述混合器主體的另一端設(shè)有液體出口，所述液體入口和液體出口之間設(shè)有波紋板，相鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同，在所述波紋板的壁面上分布有溝槽。
[0013]優(yōu)選地，在所述液體入口和液體出口之間設(shè)有靜態(tài)混合段，所述液體入口、靜態(tài)混合段和液體出口是相互連通的；所述靜態(tài)混合段包括若干波紋板單元，每個(gè)波紋板單元均由若干在縱向上重疊布置的波紋板構(gòu)成鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同，文丘里管直徑小的一段為文丘里高速段，直徑大的一段為文丘里緩沖段，在經(jīng)過文丘里高速段時(shí)，幾種液體由于截面積的突然減小，根據(jù)伯努利方程，流速增高、壓力減小，流體在此種情況下會(huì)形成高速湍流，呈現(xiàn)高度混合狀態(tài)，流體進(jìn)入文丘里緩沖段時(shí)，流速減緩。
[0014]優(yōu)選地，所述溝槽均勻分布在所述波紋板的壁面，且溝槽的方向與其所處的波紋板上波紋的傾斜方向一致。
[0015]優(yōu)選地，相鄰的波紋板之間波紋傾斜方向呈90°夾角，將夾角設(shè)為90°，流體會(huì)在波紋通道內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°，對流體的撕裂作用和剪切作用更為明顯，促使流體流動(dòng)方向更為復(fù)雜，剪切作用加劇，混合效果好。。
[0016]優(yōu)選地，所述溝槽為微米級溝槽，所述溝槽與所述波紋板為一體式結(jié)構(gòu)。在微觀層面，由于波紋板表面的微溝槽的作用，使得波紋板表面形成小的渦流，小渦流的產(chǎn)生使流體的邊界層分離得以延遲，從而使流體阻力減少，耗能減少，進(jìn)而使波紋板的剪切混合作用更為明顯。
[0017]優(yōu)選地，所述溝槽的截面形狀為等腰三角形。等腰三角形的截面使流體在材料表面的接觸角一致，減少能量損失，減阻效果好。
[0018]優(yōu)選地，所述溝槽的截面的高度與底邊長度的比值為0.6?0.8。該比值使得微溝槽發(fā)揮最佳的減阻作用。
[0019]優(yōu)選地，在所述液體入口和所述靜態(tài)混合段之間設(shè)有一文丘里管，所述文丘里管直徑小的一端與所述液體入口相連通，所述文丘里管直徑大的一端與所述靜態(tài)混合段相連通。
[0020]一種利用權(quán)利要求1-8所述的靜態(tài)混合器的工作方法，包括如下步驟:
步驟I):多種待混合液體從不同的液體入口同時(shí)進(jìn)入混合器主體；
步驟2):液體在文丘里管內(nèi)進(jìn)行初步混合；
步驟3):液體進(jìn)入靜態(tài)混合單元進(jìn)一步混合后從液體出口排出。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟2)中，液體在經(jīng)過文丘里管的小直徑段時(shí)，由于截面積的突然減小，根據(jù)伯努利方程，液體流速增高、壓力減小，液體在此種情況下會(huì)形成高速湍流，進(jìn)行初步混合；
所述步驟3)中，液體在波紋板的導(dǎo)流作用下，形成交叉的液體，在靜態(tài)混合單元內(nèi)進(jìn)行剪切作用，完成最終混合。
[0022]—種靜態(tài)混合器的應(yīng)用，應(yīng)用到石油化工，日用化工等領(lǐng)域的液-液混合工藝以及乳化炸藥行業(yè)的乳化基質(zhì)制備工藝。
[0023]本發(fā)明有益效果是:
1.本發(fā)明在靜態(tài)混合單元的波紋板的壁面上設(shè)置溝槽，壁面微溝槽減阻技術(shù)是表面處理技術(shù)的一種，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微溝槽壁面可以得到4%的減阻效果。通過改進(jìn)微溝槽結(jié)構(gòu)，可以使凈減阻達(dá)8%;本發(fā)明中微溝槽的存在改變了流體與混合器波紋板表面之間的界面接觸，增大了流體在材料表面的接觸角，從而改變了波紋板表面的疏水性能;此外，微溝槽結(jié)構(gòu)能夠減少邊界層的小渦流的匯聚，使邊界層分離延遲，減少壁面湍流的能量損失，由于以上兩個(gè)因素的影響，本發(fā)明的微溝槽的應(yīng)用使本發(fā)明的靜態(tài)混合單元比起傳統(tǒng)的蘇爾士混合器的減阻效能提尚8 %以上。
[0024]2.本發(fā)明溝槽的尺寸量級為微米級別，對于不同的流體粘度進(jìn)行尺寸的調(diào)整，可以滿足不同的工藝要求，適用范圍廣。
[0025]3.本發(fā)明將靜態(tài)混合單元與文丘里管進(jìn)行串聯(lián)，通過文丘里管對液體進(jìn)行初步混合，靜態(tài)混合單元進(jìn)行進(jìn)一步的混合，可以達(dá)到理想的混合效果，使得單體設(shè)備完成兩段工藝，取消了機(jī)械攪拌工藝，減少了冗余設(shè)備，降低設(shè)備故障的發(fā)生率。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器一種實(shí)施例的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器一種實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器一種實(shí)施例靜態(tài)混合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例微溝槽結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例微溝槽局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例微溝槽的主視圖；
圖中:I第一液體入口，2第二液體入口，3第三液體入口，4文丘里高速段，5文丘里緩沖段，6連接法蘭，7靜態(tài)混合段，8靜態(tài)混合單元，9液體出口。
[0027]
具體實(shí)施方法
結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0028]—種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設(shè)有至少兩個(gè)液體入口，所述混合器主體的另一端設(shè)有液體出口，所述液體入口和液體出口之間設(shè)有波紋板，相鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同，在所述波紋板的壁面上分布有溝槽。
[0029]如圖1所示，一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設(shè)有第一液體入口 1、第二液體入口 2和第三液體入口 3，混合器主體的另一端設(shè)有液體出口 9;液體入口和液體出口 9之間依次設(shè)置有文丘里高速段4、文丘里緩沖段5和靜態(tài)混合段7;文丘里高速段4和文丘里緩沖段5構(gòu)成一文丘里管，即形成文丘里混合器，文丘里高速段4的直徑小于文丘里緩沖段5的直徑。文丘里管與靜態(tài)混合段7之間通過連接法蘭6相連接，連接法蘭6之間加裝密封墊片。
[0030]如圖2所示，靜態(tài)混合段7的內(nèi)部設(shè)有靜態(tài)混合單元8，全部的液體入口、文丘里高速段4、文丘里緩沖段5、靜態(tài)混合單元8和液體出口 9之間是相互連通的，靜態(tài)混合單元8內(nèi)設(shè)有若干沿軸向依次排列的波紋板單元。
[0031]如圖3所示，每個(gè)波紋板單元由若干在縱向上重疊布置的波紋板構(gòu)成，相鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向呈90°夾角。
[0032]如圖4所示，在所述波紋板單元的壁面上并列均勻分布有溝槽，所述溝槽的方向與其所處的波紋板單元上波紋的傾斜方向一致，即與流體在波紋板單元上的流向一致，溝槽為尺寸量級為微米級的微溝槽。微溝槽的存在改變了流體與混合器波紋板表面之間的界面接觸，增大了流體在材料表面的接觸角，從而改變了波紋板表面的疏水性能。
[0033]微溝槽結(jié)構(gòu)能夠減少邊界層的小渦流的匯聚，使邊界層分離延遲，減少壁面湍流的能量損失。
[0034]如圖5及圖6所示，微溝槽的截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊長為S，高為h，h與s的比值在0.6?0.8之間。
[0035]本實(shí)施例的工作方法，包括如下步驟:
步驟I):幾種待混合液體分別從第一液體入口 1、第二液體入口 2和第三液體入口 3同時(shí)進(jìn)入混合器主體；
步驟2):液體在經(jīng)過文丘里高速段4時(shí)，幾種液體由于截面積的突然減小，根據(jù)伯努利方程，流速增高、壓力減小，流體在此種情況下會(huì)形成高速湍流，進(jìn)行初步混合，呈現(xiàn)高度混合狀態(tài)，流體進(jìn)入文丘里緩沖段5時(shí)，流速減緩；
步驟3):流體經(jīng)過文丘里緩沖段5過渡之后進(jìn)入靜態(tài)混合段7，流體由于波紋板的導(dǎo)流作用，形成交叉90度的流體，在靜態(tài)混合段7再次進(jìn)行剪切作用，進(jìn)行再次混合，形成高度混合的效果。
[0036]同時(shí)在微觀層面，由于波紋板表面的微溝槽的作用，使得波紋板表面形成小的渦流，小渦流的產(chǎn)生使流體的邊界層分離得以延遲，從而使流體阻力減少，耗能減少，進(jìn)而使波紋板90度的剪切混合作用更為明顯。相鄰的靜態(tài)混合單元在靜態(tài)混合段7的軸向上有90度的相位差，此相位差促使流體流動(dòng)方向更為復(fù)雜，剪切作用加劇。經(jīng)過靜態(tài)混合段7內(nèi)部一系列靜態(tài)混合單元8的作用，從液體出口9流出，使幾種液體高度混合。
[0037]靜態(tài)混合段7的長度，靜態(tài)混合單元8中波紋板單元的多少和波紋板尺寸的大小依據(jù)工藝流程進(jìn)行調(diào)整，在滿足混合要求的情況下，將設(shè)備進(jìn)出口壓降調(diào)整到最小，所耗功率最小為最理想工況。
[0038]本發(fā)明在波紋板上進(jìn)行壁面溝槽處理，采用表面噴涂或者壓?？坍嫷募夹g(shù)，達(dá)到微米級別的微溝槽，微溝槽的方向?yàn)檠夭y板的流動(dòng)方向，微溝槽與波紋板為一體的。因波紋板上下表面皆有流體通過，所以波紋板上下表面皆具有微溝槽結(jié)構(gòu)。微溝槽的尺寸量級為微米級別，對于不同的流體粘度進(jìn)行尺寸的調(diào)整，以滿足工藝要求。
[0039]微溝槽的存在改變了流體與混合器波紋板表面之間的界面接觸，增大了流體在材料表面的接觸角，從而改變了波紋板表面的疏水性能;微溝槽結(jié)構(gòu)能夠減少邊界層的小渦流的匯聚，使邊界層分離延遲，減少壁面湍流的能量損失。由于以上兩個(gè)因素的影響，微溝槽的應(yīng)用使本發(fā)明比起傳統(tǒng)的蘇爾士混合器的減阻效能提高8%以上。
[0040]本實(shí)施例還同時(shí)將文丘里混合器與微溝槽處理的靜態(tài)混合單元進(jìn)行串聯(lián)，通過文丘里管對液體進(jìn)行初步混合，靜態(tài)混合單元進(jìn)行進(jìn)一步的混合，可以達(dá)到理想的混合效果，使得單體設(shè)備完成兩段工藝，取消了機(jī)械攪拌工藝，減少了冗余設(shè)備，降低設(shè)備故障的發(fā)生率。
[0041]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于液-液混合乳化的靜態(tài)混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設(shè)有至少兩個(gè)液體入口，所述混合器主體的另一端設(shè)有液體出口，其特征在于，所述液體入口和液體出口之間設(shè)有波紋板，相鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同，在所述波紋板的壁面上分布有溝槽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，在所述液體入口和液體出口之間設(shè)有靜態(tài)混合段，所述液體入口、靜態(tài)混合段和液體出口是相互連通的；所述靜態(tài)混合段包括若干波紋板單元，每個(gè)波紋板單元均由若干在縱向上重疊布置的波紋板構(gòu)成鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，所述溝槽均勻分布在所述波紋板的壁面，且溝槽的方向與其所處的波紋板上波紋的傾斜方向一致。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，相鄰的波紋板之間波紋傾斜方向呈90夾角。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，所述溝槽為微米級溝槽，所述溝槽與所述波紋板為一體式結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，所述溝槽的截面形狀為等腰三角形，且所述截面的高度與底邊長度的比值為0.6?0.8。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，在所述液體入口和所述靜態(tài)混合段之間設(shè)有一文丘里管，所述文丘里管直徑小的一端與所述液體入口相連通，所述文丘里管直徑大的一端與所述靜態(tài)混合段相連通。8.—種利用權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的靜態(tài)混合器的工作方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I):多種待混合液體從不同的液體入口同時(shí)進(jìn)入混合器主體； 步驟2 ):液體在文丘里管內(nèi)進(jìn)行初步混合； 步驟3):液體進(jìn)入靜態(tài)混合單元進(jìn)一步混合后從液體出口排出。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工作方法，其特征在于， 所述步驟2)中，液體在經(jīng)過文丘里管的小直徑段時(shí)，由于截面積的突然減小，根據(jù)伯努利方程，液體流速增高、壓力減小，液體在此種情況下會(huì)形成高速湍流，進(jìn)行初步混合； 所述步驟3)中，液體在波紋板的導(dǎo)流作用下，形成交叉的液體，在靜態(tài)混合單元內(nèi)進(jìn)行剪切作用，完成最終混合。10.—種如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的靜態(tài)混合器的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用到石油化工，日用化工等領(lǐng)域的液-液混合工藝以及乳化炸藥行業(yè)的乳化基質(zhì)制備工藝。
【文檔編號】B01F5/04GK105944584SQ201610342757
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】姚小虎, 崔艷, 安波, 肖殿圣, 韓雨勍
【申請人】徐州雷鳴民爆器材有限公司, 北京德恒弘大科技有限公司