專利名稱：液體個人護理組合物的半連續(xù)進料生產的制作方法
液體個人護理組合物的半連續(xù)進料生產發(fā)明領域
本公開一般涉及液體個人護理組合物的生產。更具體地，本公開涉及一種用于促進此類液體個人護理組合物的連續(xù)流生產的設備。
背景技術：
液體個人護理組合物，諸如洗發(fā)劑、沐浴凝膠、液體潔手劑、液體護牙組合物，皮膚乳液和霜膏、毛發(fā)著色劑、面部清潔劑、旨在浸潰到擦拭制品(例如，嬰兒擦拭物)中或浸潰到其上的流體、衣物洗滌劑、盤碟洗滌劑和其他基于表面活性劑的液體組合物，通常均是使用批量加工操作來大量生產的。盡管這些組合物的粘度在用于此類批量加工系統(tǒng)的大固定尺寸的混合槽中是能夠測量和調整的，但該方法不提供最佳的生產要求以滿足用于生產眾多液體組合物的設施的需要，所述設施共用相同的設備來執(zhí)行混合操作。
用于生產液體個人護理組合物的常規(guī)批量加工系統(tǒng)的另一個缺點是，難以清潔這些管和槽以適應于向生產不同個人護理組合物的轉換。為了減少損失并避免對要制造的下一批材料的污染，通常會“清刮”通向和/或源自批量槽的進料線或管并且沖洗批量槽。由于該沖洗的時間可占去批循環(huán)時間的至多50%，因此可顯著地減小轉換時間的系統(tǒng)將會提供增加生產能力和效率的機會。
當發(fā)生轉換時，除了轉換時間以外，還有顯著量的在轉換過程中清刮掉的穿過生產線而未被使用的組分被認為是無用的且被浪費掉了。因此，一種減少此類浪費的系統(tǒng)將有益于環(huán)境，并且將會減小成品的成本。發(fā)明內容
通過利用半連續(xù)方法來替代批量方法，生產設施能夠生產出更精確地匹配消費者需求和特定液體個人護理組合物“運轉”的輸出目標的數量。也能夠減少轉換時間和浪費。 本公開的半連續(xù)方法用于生產液體個人護理組合物諸如洗發(fā)劑、沐浴凝膠、液體潔手劑、液體護牙組合物、皮膚乳液和霜膏、毛發(fā)著色劑、面部清潔劑、旨在浸潰到擦拭制品(例如，嬰兒擦拭物)中或浸潰到其上的流體、衣物洗滌劑、盤碟洗滌劑和其他表面活性劑基液體組合物，所述半連續(xù)方法利用了載有要生產的各種組合物的基料的主進料管、與主進料管選擇性流體連通的多個注射管和在所述多個注射管的下游設置在主進料管端部的至少一個孔口。這些注射管中的每一個均可相對于這些注射管中的另一個同心地設置，并且可突出穿過主進料管的側壁并與主進料管的內徑齊平或向主進料管內徑的內側進入到主進料管中。 如本文所用，“相對于這些注射管中的另一個同心地設置”是指這些注射管均沿主進料管的軸向長度在某個共同位置與主進料管相交，其中注射管圍繞主進料管的周緣設置成彼此相距角度增量。在本公開的一些實施方案中，盡管第一多個注射管中的每一個均是相對于第一多個注射管中的另一個同心地設置的，第二多個注射管中的每一個可相對于第二多個注射管中的另一個同心地設置，但與第一多個注射管與主進料管的軸向相交位置是軸向間隔開的。在一些其他實施方案中，盡管所有注射管與主進料管的軸向相交位置均可相同，使得4所有注射管均是同心地設置的，但這些注射管中的一個或多個的出口可具有與這些注射管中的其他注射管不同的始于主進料管內徑的長度，諸如這些注射管中的一個或多個終止于與所述內徑齊平處，并且和這些注射管中的其他注射管終止于主進料管內徑的徑向內側。
注射管和孔口幾何形狀的組合用來配量組合物基料并與所述基料混合，一系列預制的各向同性的液體、液體/液體乳液、或固體/漿液在單一點形成模塊以生成均勻混合物。在實施能夠用于大規(guī)模生產設施中的半連續(xù)方法的混合組合件的過程中，存在多個重要的設計上的考慮因素。例如，盡管期望最小化能量要求，但應當認識到，如果使用的能量太少，則這些成分將不能足夠地彼此混合以獲得均勻混合物。另一方面，如果使用的能量太多，則可能破壞臨界乳液粒度分布，從而有害地影響所生產的液體個人護理組合物的所期望的特性，諸如洗發(fā)劑的毛發(fā)調理能力。
為了在向生產不同個人護理組合物的轉換期間最小化浪費，期望沿主進料管長度在單一點配量主進料管中所承載的基料。由于生產線在生產期間可能需要周期性地停止， 本公開的混合組合件有即時起動和停止而不產生非期望的廢料的能力，從而適應于瞬時操作。本公開的混合組合件也是完全可排盡的，因而阻抗微生物的生長。
應當認識到，孔口共混系統(tǒng)的設計可根據要共混的特定液體個人護理組合物的性質而變化。不同的液體個人護理組合物在粘度上變化很大，并且可由涵蓋某個范圍粘度的多種成分且在一些情況下由預混合物混合。低粘度液體系統(tǒng)，尤其是由至少占優(yōu)勢的低粘度成分和/或低粘度預混合物制成的低粘度系統(tǒng)與較高粘度液體系統(tǒng)相比趨于需要較低能量來共混。較低粘度液體配方可得益于在孔口上游共混至少一些組分，而較高粘度液體配方可受到孔口上游的此類共混的有害影響。當試圖混合高粘度液體時，孔口上游的低效管理的共混的一個潛在負面后果是，因不完全共混而造成的流體流的不一致濃度。例如， 孔口上游的局部共混可引起濃度的波動，所述濃度在孔口保持不變或甚至增強。在該情況下，這些濃度梯度將存在于孔口下游，潛在地導致不可接受的產品濃度波動，尤其是當共混高粘度液體時更是如此。在本公開的較低規(guī)模的組合件中，孔口上游的物流可為層狀的，并且孔口下游的物流將為非層狀的。然而，在較高規(guī)模的組合件中，甚至孔口上游的物流也可能為非層狀的(即，較高規(guī)模的組合件中的孔口上游的物流可能為湍流性的或至少過渡性的)。本文描述了各種設計策略，這些設計策略提供了權衡方案以理解何時考慮作出調整以便獲得可接受的平衡以獲得所期望的混合品質。
因此，在累積粘度的系統(tǒng)中，一般期望共混發(fā)生在孔口下游。這幫助優(yōu)化用來獲得均勻性的能量水平。除了降低能量成本以外，使用較低能量水平還會減小發(fā)生有害的對能量敏感的轉變諸如小滴破裂和/或粒度減小的風險。本文所述的是在半連續(xù)液體個人護理組合物共混系統(tǒng)中提供多個注射管的各種可供選擇的方法、以及用于這種多注射管共混系統(tǒng)的設計考慮因素，所述設計考慮因素可取決于所期望的液體組合物的粘度而被考慮進去。
根據附圖和以下發(fā)明詳述，可最佳地理解獲得本公開的混合組合件的這些和其他有益效果的方式。
附圖概述
雖然在說明書之后提供了特別指出和清楚地要求保護本發(fā)明的權利要求書，但是據信通過下面的描述并結合附圖可以更充分地理解本發(fā)明。為了更清晰的表示其它元件，5一些圖形可以通過省略所選的元件來簡化。在某些圖形中此類對元件的省略不必要在任一示例性實施方案中指示特別元件存在或不存在，除非在相應的成文描述中可以明白地描繪出來。附圖中沒有一個是按比例繪制的。
圖I為用于半連續(xù)地生產液體個人護理組合物的混合組合件的前透視圖2為用于圖I的混合組合件的孔口插入件的下游側的透視圖，其中孔口插入件的孔口為矩形形狀；
圖3為用于圖I的混合組合件的備選孔口插入件的下游側的透視圖，其中孔口插入件的孔口為橢圓形形狀；
圖4為面向圖I的混合組合件的下游的上游端視圖5為圖I的混合組合件的前平面圖6為沿圖5的線6-6截取的混合組合件的剖面圖7為沿圖2的線7-7截取的圖2的孔口插入件的剖面圖8為沿圖2的線8-8截取的圖2的孔口插入件的剖面圖9為插入并固定在圖I的混合組合件中的圖2的孔口插入件的放大的剖面

圖10為圖I的混合組合件的透視圖，其中部分地切除了混合組合件的主進料管；
圖11示出了孔口的流動模型，所述孔口具有從孔口的入口側至孔口的出口側的邊緣鋒利的剖面；
圖12示出了具有導槽形狀(channel shape)的孔口的流動模型；
圖13為圖I的混合管組合件的一部分的剖面圖，包括緊鄰圖2的孔口插入件的上游的主進料管的區(qū)域，示出了通過主進料管喂入的材料的整體速度對由混合管組合件的兩個相對較大注射管注入到主進料管中的質量流的影響；
圖14為類似于圖13的混合管組合件的一部分的剖面圖，示出了通過主進料管喂入的材料的整體速度對混合管組合件的兩個相對較小注射管朝孔口注入到主進料管中的質量流的相對較大的影響；
圖15為沿圖I的線15-15截取的混合組合件的頂部剖面圖16為圖5的混合組合件的底部(從下游端部截取的)視圖17為用于半連續(xù)地生產液體個人護理組合物的混合組合件的前平面圖，包括第一多個注射管和第二多個注射管，所述注射管均在與孔口相距的共同軸向距離處與主進料管相交，其中第一多個注射管中的每一個均終止于主進料管內徑的徑向內側的某個距離處并且第二多個注射管中的每一個均終止于主進料管內徑處；
圖18
圖19
圖20構；
圖21
圖22
圖23混合組合件，包括第一多個注射管和第二多個注射管，所述注射管均在與孔口相距的共同軸向距離處與主進料管相交，其中第一多個注射管中的每一個均終止于主進料管內徑的徑向內側的某個距離處，并且第二多個注射管中的每一個也終止于主進料管內徑的內側，但與第一多個注射管相比終止于與孔口相距較大的軸向距離處；
圖24為沿圖23的線24_24截取的圖23所示的混合組合件的剖面圖25為用于半連續(xù)地生產液體個人護理組合物的混合組合件的前平面圖，包括在與孔口相距的第一軸向距離處與主進料管相交的第一多個注射管和在與孔口相距的第二軸向距離處與主進料管相交的第二多個注射管，第二軸向距離不同于第一軸向距離，并且第二多個注射管中的每一個均與主進料管相交并終止于與第一多個注射管中的每一個相同的角度處；
圖26為沿圖25的線26_26截取的剖面圖27為沿圖25的線27-27截取的剖面圖28為用于半連續(xù)地生產液體個人護理組合物的混合組合件的前平面圖，包括在與孔口相距的第一軸向距離處與主進料管相交的第一多個注射管和在與孔口相距的第二軸向距離處與主進料管相交的第二多個注射管，第二軸向距離不同于第一軸向距離，并且第二多個注射管中的每一個均與主進料管相交并終止于與第一多個注射管中的每一個相比相對于主進料管的軸線的不同角度處；
圖29為沿圖28的線29-29截取的剖面圖30為沿圖28的線30-30截取的剖面圖31為用于半連續(xù)地生產液體個人護理組合物的混合組合件的前平面圖，包括在與孔口相距的第一軸向距離處與主進料管相交的第一多個注射管和在與孔口相距的第二軸向距離處與主進料管相交的第二多個注射管，第二軸向距離不同于第一軸向距離，第一多個注射管中的每一個均與主進料管相交并終止于相對于主進料管的軸線的某個角度處，并且第二多個注射管中的每一個均與主進料管相交并相對于主進料管的軸線成非零角度，并且位于主進料管內徑的內側，彎曲至平行于主進料管的軸線延伸的區(qū)域；
圖32為沿圖31的線32-32截取的剖面圖33為沿圖31的線33-33截取的剖面圖；并且
圖34為沿圖31的線34-34截取的剖面圖。
發(fā)明詳述
參見圖1，4，5和6，混合組合件10用于半連續(xù)方法，所述半連續(xù)方法用于生產液體個人護理組合物諸如洗發(fā)劑、沐浴凝膠、液體潔手劑、液體護牙組合物、皮膚乳液和霜膏、 毛發(fā)著色劑、面部清潔劑、旨在浸潰到擦拭制品(例如，嬰兒擦拭物)中或浸潰到其上的流體、衣物洗滌劑、盤碟洗滌劑和其他基于表面活性劑的液體組合物，所述混合組合件包括載有要生產的組合物的基料的主進料管12、與主進料管12選擇性流體連通的多個注射管 14，16，18，20，22，24、以及在所述多個注射管14-24的下游設置在主進料管12的端部的孔口插入件26。僅以舉例的方式，主進料管12可具有2. 87英寸的內徑和3英寸的外徑。如圖7和8所示，孔口插入件26包括孔口 30的上游或入口側上的彎曲的例如半球形的進入表面28和孔口 30的下游或出口側上的彎曲的例如半橢圓形的退出表面32。
與例如批量混合方法相比，提供孔口 30以將由注射管14-24提供的成分混合入要生產的組合物的基料允許以相對低的能量進行均一化混合。在初始地將輔助表面活性劑、 鹽溶液和其他粘度改性成分配量到要生產的組合物基料中之后，通過可辨別的粘度生長的滯后或延遲發(fā)生(估算為大約O. 25秒)使低能量混合成為可能。通過利用該延遲，能夠提供孔口 30以僅在注射管14-24的出口下游的單一點誘導湍流。盡管孔口 30可采用多種形狀，但其中對尺寸和形狀的選擇對混合效率具有潛在的極大影響，已發(fā)現在洗發(fā)劑的生產中，使用如圖2所示的矩形形狀或如圖3所示的橢圓形形狀的孔口 30可獲得最佳的混合。 孔口 30的矩形或橢圓形形狀有利地有利于在孔口 30的下游湍流區(qū)中獲得并保持所期望的剪切特征圖和速度特征圖。
在整個孔口 30上保持一致的剪切特征圖時，一個附加的設計考慮因素是保持孔口 30的邊緣中的兩個之間的有限距離，使得剪切特征圖保持緊密。如果不增加能量水平， 橫跨孔口 30的剪切速率的大差值可能會導致不可取的非均勻的混合物。矩形孔口 30諸如圖2中的矩形孔口可通過壓印孔口插入件26來形成，而橢圓形孔口 30諸如圖3中的橢圓形孔口必須使用較大的精度諸如激光切割來賦予孔口插入件26?？卓?30優(yōu)選地具有介于2和7之間的縱橫比(長度與深度)，并且當被成形為矩形形狀時，具有Imm - 3mm的導槽寬度或厚度。僅以舉例的方式，矩形形狀的孔口 30諸如圖2所示的矩形形狀的孔口可具有 O. 315英寸的長軸向長度和O. 078英寸的短軸向長度。也僅以舉例的方式，橢圓形孔口 30 諸如圖3所示的橢圓形孔口可具有O. 312英寸的長軸長度、O. 061英寸的短軸長度。
盡管孔口 30在厚度上可從孔口 30的上游側至孔口 30的下游側有變化，諸如具有如圖11所示的鋒利邊緣，對如圖12所示的直導槽(S卩，從孔口 30的上游側至下游側具有均勻厚度)。通過使用經由流體動力學預測軟件的流動模型，發(fā)現以類似于在使用具有鋒利邊緣的孔口(諸如圖11所示)時所需的那些的能量水平來使用圖12的直導槽可獲得較高的湍流特征圖，因此優(yōu)先利用直導槽。由于期望獲得最佳的混合，同時希望避免不得不將所述成分以過度壓力注入到主進料管中，如下文所更詳述，不僅要考慮孔口的幾何形狀，而且還要考慮注射管與孔口關系的幾何形狀。
在生產洗發(fā)劑和其他液體個人護理組合物的過程中，將許多液體成分加入到香草基料中并進行混合。香草基料為一種主表面活性劑混合物，其具有顯著地低于最終洗發(fā)劑產品的粘度的粘度。僅以舉例的方式，香草基質可包括硫酸月桂酯納(SLS)、月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉(SLE1-10S/SLE35)和水的混合物。加入到香草基質中的成分包括增稠劑諸如氯化鈉(NaCl)溶液和輔助表面活性劑。也加入香料(所述香料也趨于增加粘度)、以及其他聚合物和/或預混合物以獲得所期望的混合物和粘度。當預計某種給定的成分混合物會導致太高的粘度時，可加入水滴以減小粘度。
在本公開的半連續(xù)方法所用的混合組合件中，導入到香草基料中的成分未必是以相等份數加入的。例如，在混合洗發(fā)劑時，以相對于其他成分來講相對較小的濃度加入香料。因此，與輔助表面活性劑或以相對較高濃度導入的其他成分相比，香料能夠通過相對較小直徑的注射管16導入到主進料管12中。類似地，可按相對于其他組分來講較小的濃度加入硅氧烷乳液。如圖11和12所示，已發(fā)現與對由較大直徑的注射管14，18，22，24注入到主進料管12中的質量流的影響相比，通過主進料管12喂入的材料即用于洗發(fā)劑產品的香草基料的整體速度對由混合管組合件的兩個較小直徑的注射管16，20注入到主進料管12 中的質量流諸如香料和具有低質量流動流的其他組分具有較大的影響。為了補償該差異， 較小直徑的注射管16，20是相對于孔口 30的長軸X垂直定位的，即位于12:00和6:00位置。換句話講，具有小于其他注射管的內徑的注射管16，20中的至少一個的出口 40被設置8成大約等距于孔口 30的長軸X的第一端部42和第二端部44。還應當指出的是，可利用較大直徑的注射管(未示出)以適應于要以較高質量流速導入香草基料中的組分。
當設計利用不同直徑的注射管的本公開的混合組合件時，尤其期望對齊所述各種注射管的排放使得排放發(fā)生在沿孔口室的流動路徑的所期望的點。
應當認識到，可能期望時常替換孔口插入件26。為了幫助做設置工作的技術員獲得圓形孔口插入件26的適當取向，希望在孔口插入件26上提供對齊銷軸34。對齊銷軸34 可與主進料管12中或夾緊機構36中的互補性銷軸接納孔面接，所述銷軸接納孔用來相對于主進料管12和孔口插入件26的下游側上的混合物承載管(mixture-carrying tube) 38 鎖定這種可移除的孔口插入件26。盡管本文舉例說明和描述的孔口插入件26可為獨立的可移除部件，但孔口 30作為另外一種選擇可設置在主進料管12的整體端壁中，設置在混合物承載管38的整體端壁中，或設置在包括孔口 30的上游側上的主進料管12和孔口 30的下游側上的混合物承載管38兩者的整體單元的隔離壁中。作為另外一種選擇，孔口插入件 26可被成形為獨立部件，但最終焊接或以別的方式固定成永久地不可移除地關聯于主進料管12和混合物承載管38中的一個或它們兩者。
混合物承載管38所具有的直徑小于主進料管12的直徑。僅以舉例的方式，混合物承載管38可具有2. 37英寸的內徑和2. 5英寸的外徑。
各組分進入孔口時的對稱性有利于獲得有效的均勻混合物。對準噴射器管14-24 使得每個注射管14-24的出口 40均指向孔口 30幫助獲得所期望的對稱性。只要注射管 14-24以如下幾何形狀布置，所述幾何形狀能夠將它們的內容物配量入要混合的組分基料， 并且使此類配量的基料在所述可辨別的粘度生長滯后或延遲發(fā)生的時間(估算為大約O. 25 秒)內穿過孔口 30，就能夠存在相對于注射管14-24中的每一個的傾斜角度和注射管14-24 中的每一個的出口 40與孔口 30的間距的可變性。如果注射管14-24對齊得不當，或如果配量的基料未在粘度開始增加之前穿過孔口 30，則可能需要更高水平的能量來獲得所期望的該混合物的均勻性。作為另外一種選擇，可能需要附加的混合區(qū)，諸如提供與孔口 30串聯的附加孔口(未示出)。盡管已發(fā)現對于均具有以相等軸向距離與孔口 30間隔開的出口的多個噴射器管14-24來講，約30°的噴射器管角度是最佳的，但應當認識到，噴射器管角度能夠從0°變化至任何值，諸如如果使用彎管(未示出)在沿主進料管12的軸線至90°的方向(其中注射管在與主進料管12垂直的方向上進入)上將各組分配量成要混合的組合物基料。
孔口 30的上游側上的半球形進入表面28幫助保持所述各種組分朝向并進入到孔口 30中的軌跡，從而保持材料的可預測的速度特征圖，避免產生滯留區(qū)或旋渦，并且?guī)椭刂聘鹘M分的射出，所述射出否則的話可能預混合各組分以獲得混合物。僅以舉例的方式， 半球形進入表面28可被成形為具有O. 685英寸的半徑。半橢圓形退出表面32可被成形為具有橢圓形曲率，所述橢圓具有O. 87英寸的長軸長度和O. 435英寸的短軸長度。孔口 30 的橢圓形或矩形形狀也幫助保持有利于進行均勻混合的剪切特征圖和速度特征圖。由于例如過度的能量輸入所造成的過度剪切會劣化乳液的粒度，因此最佳地以可接受的操作范圍來保持孔口 30的尺寸，盡管也控制剪切或能量輸入的上限和下限，以便適當地平衡均勻性和乳液粒度保持。考慮到能量節(jié)約，也期望在環(huán)境溫度下操作本公開的半連續(xù)方法。
注射管14-24中的每一個的出口 40均與主進料管12中所承載的組合物的基料流體連通。出口 40可位于主進料管12的內徑表面，但注射管14-24優(yōu)選地突出穿過主進料管12的側壁，使得出口 40位于主進料管12內徑的內側。
混合物承載管38可將液體個人護理組合物的均一化混合物直接遞送至灌注工位。作為另外一種選擇，混合物承載管38可將均勻混合物全部遞送至臨時存儲槽(未示出)， 諸如孔口插入件26下游的30秒緩沖槽。在有必要在灌注之前以流體靜力學方式退耦該混合物的情況下，或在貯存少量的該混合物以監(jiān)測和防止瞬時結果進入到旨在進行分配的運轉情況下，即為了品質控制和減小浪費的目的，緩沖槽是所期望的。
對于用于混合某些液體個人護理組合物諸如許多洗發(fā)劑的基料來講，所述基料可被成形為多種非粘度累積可溶喂入料的混合物，并且有必要在經由注射管14-24將其他成分配量到基料中之前重新攪拌所述基料。對于該目的來講，在主進料管12的上游提供供應槽，諸如其中具有一個或多個攪拌器的90秒槽。
為了有利于轉換和清潔該混合組合件，注射管14-24中的每一個均設有閥門機構 (未示出)。注射管14-24中的每一個還可設有快速夾緊管配件，諸如1/2"衛(wèi)生配件。注射管 14-24可圍繞主進料管12的周緣被布置成彼此相距50°至80°增量，如圖16所示。注射管 14-24可由不銹鋼管材或其他金屬管材制成。僅以舉例的方式，注射管中的四個16，18，22 和24可具有O. 625英寸的內徑和O. 75英寸的外徑。香料承載注射管14可具有O. 152英寸的內徑和O. 25英寸的外徑。注射管20中的至少一個可具有中等尺寸，諸如O. 375英寸的內徑和O. 5英寸的外徑。該中等尺寸的注射管20可載有硅氧烷乳液，所述硅氧烷乳液如同香料一樣可按相對于被配量到主進料管12中的其他組分來講較小的濃度加入。剩余的注射管16，18，22和24可載有對于制備特定液體個人護理組合物來講是必要的、有用的或所期望的一種或多種預制的各向同性的液體、液體/液體乳液、或固體/液體漿液模塊。如上所述，可利用較大直徑的注射管即具有大于O. 625英寸內徑的注射管以便適應于要求較高質量流速的組分或得益于所述較高質量流速。
在個人護理組合物由許多不同成分構成的情況下，已發(fā)現有必要特別注意混合組合件的設計變量，所述設計變量控制所述各種成分被導入的方式，以便在孔口下游獲得最佳混合并且在包裝該混合產品時避免各成分濃度的因瓶子而異的非期望的變化。例如，第一多個注射管能夠在相對于孔口 30的第一軸向距離處將多種成分中的每一種導入到主進料管中，而第二多個注射管能夠在相對于孔口 30的第二軸向距離處導入多種附加成分中的每一種，第二軸向距離不同于第一軸向距離。
理想的是，用于混合給定的個人護理組合物的所有成分和預混合物均通過單一多個或成排的具有出口的注射管加入，所述出口被布置在單一平面中，相對于孔口 30以相等軸向距離間隔開。然而，應當認識到，一些配方需要許多組分。在一些情況下，希望將那些組分的子集混合成一種或多種預混合物并且將它們作為混合流加入。然而，有時候由于各組分之間的相互作用，這是不可能的；或由于諸如制造成本或控制能力之類的考慮因素可能不是所期望的。此外，對于可作為混合流(其可用于后續(xù)生產運行)而生成的沖失和廢料的改變可支配是否更期望立即組合所有組分或預混合各組分的子集。除此之外，即使單一平面對齊是最佳的，幾何沖突也可能阻止所有注射管出口沿單一平面對齊。
取決于給定組合物所需成分的數目，假定每種成分需要一個獨立注射管，在某個點處幾何尺寸和空間約束會阻止將所有必要的注射管定位在主進料管的相同區(qū)域，或至少阻止所有注射管的噴射器出口均設置在與孔口 30相距的相同軸向距離處。因此，可能需要兩排或更多排噴射器出口。
第一多個注射管(在本文中也稱作第一排注射管)的噴射器出口共同限定第一排噴射器區(qū)域或區(qū)的上游邊界或上游端部，其中孔口 30的上游側限定第一排噴射器區(qū)的下游邊界或下游端部。第二多個注射管(在本文中也稱作第二排注射管)的噴射器出口共同限定第二排噴射器區(qū)的上游邊界或上游端部，其中第一排噴射器區(qū)的上游邊界也限定第二排噴射器區(qū)的下游邊界或下游端部。孔口 30的出口的下游的組合件區(qū)域在本文中稱作下游區(qū)。
現在轉到圖17-34，描述了其中存在兩排注射管的各種實施方案。應當理解，附加排的注射管(超過兩個)也被認為在本公開的范圍內。
根據圖17-19的實施方案，混合組合件10的主進料管12載有香草基質。第一多個注射管14，15，16，17，18，20，22，24以圓形排列設置在主進料管12周圍，第一多個注射管 14-24中的每一個均與主進料管12相交并且具有向主進料管12內徑的內側突出的噴射器出口。第一多個注射管14-24的所有噴射器出口均終止于與孔口 30相距的相等軸向距離處。主進料管12內的第一排噴射器區(qū)(區(qū)I)(由圖19中的點虛線表示)由下列限定由第一多個注射管14-24的噴射器出口的上游端部限定的平面(所述平面限定第一排噴射器區(qū)的上游邊界)和限定第一排噴射器區(qū)的下游邊界的孔口 30的上游端部。
第二多個注射管50，52，54，56，58，60也以圓形排列設置在主進料管12周圍。在該實施方案中，第二多個注射管50-60在與第一多個注射管14-24相同的軸向位置即與孔口 30相距的相同軸向距離處與主進料管12相交。然而，替代具有向主進料管12內徑的內側突出的噴射器出口，第二多個注射管50-60具有與主進料管12的內徑重合(即齊平或大體上齊平)的噴射器出口。主進料管12內的第二排噴射器區(qū)(區(qū)2)(由圖19中的虛線表示) 由如下平面限定，所述平面由如下部位限定，在所述部位，源自第二多個注射管50-60的噴射器出口的各組分首先開始遇到源自第一多個注射管14-24的噴射器出口的組分流(SP， 在所述部位，由第二多個注射管50-60中的每一個遞送的流體組分流首先遇到由第一多個注射管14-24中的每一個遞送的流體組分流，其可通過識別孔口 30的上游的如下點來定位，在所述點處從注射管50-60中的兩個或更多個的中心伸出的突出線與從注射管14-24 中的兩個或更多個的中心伸出的突出線相交)，所述平面限定第二排噴射器區(qū)的上游邊界和第一排噴射器區(qū)的下游邊界(即，孔口 30的上游端部)，所述平面也限定第二排噴射器區(qū)的下游邊界。
圖20-22所示的實施方案類似于圖17-19所示的實施方案，但包括夾緊機構36諸如圖9所示的夾緊機構以提供對孔口 30的觸及以便進行維護或替換。
在圖23和24所示的實施方案中，類似于圖17-19所示的實施方案，第二多個注射管50-60在與第一多個注射管14-24相同的軸向位置與主進料管12相交。然而，替代與主進料管12的內徑重合，第二多個注射管50-60中的每一個均向主進料管12內徑的內側突出，并且與第一多個注射管14-24的噴射器出口相比，具有與孔口 30軸向間隔得更遠的噴射器出口。
在圖25-27所示的實施方案中，第二多個注射管50_60在與第一多個注射管14_24 不同的相對于孔口 30的軸向位置與主進料管12相交。在該實施方案中，第二多個注射管50-60可形成與第一多個注射管14-24相同的相對于主進料管的軸線的非零角度。
在圖28-30所示的實施方案中，如同圖25-27所示的實施方案一樣，第二多個注射管50-60在與第一多個注射管14-24不同的相對于孔口 30的軸向位置與主進料管12相交。然而，與第一多個注射管14-24相比，第二多個注射管50-60形成顯著較小的相對于主進料管12的軸線的非零角度。每個給定的注射管相對于主進料管的軸線的角度是基于如下因素測定的諸如噴射器出口與孔口 30的鄰近性、主進料管12的直徑、與主進料管12相交的注射管的數目、與孔口相距的軸向距離(在所述距離處注射管與主進料管相交)和注射管的直徑。在圖31-34所不的實施方案中，如同圖25-27所不的實施方案一樣,第二多個注射管50-60在與第一多個注射管14-24不同的相對于孔口 30的軸向位置與主進料管12相交；與第一多個注射管14-24相比，第二多個注射管在與孔口 30相距的較大軸向距離處與主進料管12相交。第一多個注射管14-24中的每一個均與主進料管12相交并終止于相對于主進料管12的軸線的非零角度處。第二多個注射管50-60中的每一個均類似地與主進料管相交，相對于主進料管12的軸線成非零角度,但位于主進料管12內徑的內側，彎曲至平行于主進料管12的軸線延伸的區(qū)域，其中第二多個注射管50-60的所有噴射器出口均為共平面的，并且與第一多個注射管14-24的噴射器出口相比，與孔口 30間隔開較大的軸向距離。
最嚴格的共混條件發(fā)生在如下時候流體的粘度增加或流體是由粘度不同的各組分混合的。取決于旨在由特定混合組合件混合的特定流體組合物的粘度累積特性，將在設計權衡方案中考慮如下因素最佳地用于生產出那些流體組合物的成排的注射管的排列。 一般來講，混合組合件的上游設計重點在于用最佳能量輸入來獲得共混。最小化能量輸入是所期望的以最小化制造成本，并且減小損害被混合流體組合物的風險(如果它們的各組分對剪切速率和/或能量水平敏感)。已發(fā)現有助于管理孔口 30處的對稱性并最小化上游共混(尤其是對于快速粘度累積或高粘度組合物來講)的設計考慮因素起到減小能量輸入的作用。
如果存在多排注射管，如在圖16-33所示的實施方案中那樣，則找到各種策略來管理孔口處的對稱性或減小孔口上游的共混，這取決于注射管的噴射器出口相對于孔口 30 的位置、注射管的流速和其他變量。這些策略總結如下
為了管理孔口處的對稱性，第一多個注射管14-24中的每一個的噴射器出口處的定位、尺寸和流體速度控制方面的變化包括(I)將源自注射管14-24的流體引導至孔口 30 的中心處的點(即，對于非圓形孔口 30來講，朝孔口 30的長軸和短軸的交會處引導);(2)對第一多個注射管14-24的所有噴射器出口保持類似的流體速度(至少在相同的數量級內)；(3)在非圓形孔口 30的情形中，朝孔口 30的中心定位較低流速注射管16，22以幫助補償以較低流速導入到主進料管12中的流體各組分的如下傾向被以較高流速導入的各組分壓制并徑向向外推離孔口 30 ;以及(4)定位較低流速注射管16，22的噴射器出口以便與第一多個噴射器管14-24的其他噴射器出口齊平或緊鄰。
為了進一步管理孔口處的對稱性，第二多個注射管50-60中的每一個的噴射器出口處的定位、尺寸和流體速度控制方面的變化包括(I)使第二多個注射管50-60的噴射器出口終止于主進料管12的內徑，如圖18-19所示，因為向主進料管12內徑的內側突出的注射管的一些部分的低角度變得難以制造成具有兩排與主進料管12相交的注射管，尤其是如果它們在與孔口 30相距的相同軸向距離處與主進料管12相交；(2)如在第一多個注射管14-24的情形中那樣，對第二多個注射管50-60的所有噴射器出口保持類似的流體速度 (至少在相同的數量級內);(3)如在第一多個注射管14-24的情形中那樣，朝非圓形孔口 30 的中心定位第二多個注射管50-60的任何較低流速注射管以幫助補償以較低流速導入到主進料管12中的流體各組分的如下傾向被以較高流速導入的各組分壓制并徑向向外推離孔口 30 ;以及(4)如在第一多個注射管14-24的情形中那樣，定位第二多個注射管50-60 的較低流速注射管的噴射器出口以便與第二多個噴射器管50-60的其他噴射器出口齊平或緊鄰。
也存在用于最小化上游共混即孔口 30的上游處各組分以如下方式進行的任何不可取共混的策略，所述方式可能在孔口入口處導致不一致的濃度梯度并在孔口下游導致低效的均勻混合，例如導入濃度變化，所述濃度變化可導致從該組合件包裝的不同瓶子的流體具有不可接受的差值。對于第一多個注射管14-24中的注射管，這些策略包括(I)定位所述多個注射管14-24中的每一個的噴射器出口，使得滯后被最小化，尤其是在累積粘度的系統(tǒng)中。(如果可能的話，希望在粘度生長之前共混各組分。應當認識到，取決于粘度和粘度累積速率，一些流體組合物比其他流體組合物更易于接受噴射器出口之間的滯后。)；(2) 最小化從第一多個注射管14-24中的每一個的噴射器出口至孔口 30的距離；(3)確?？卓?30的上游或入口側上的進入表面28的半球形或橢球形形狀，已發(fā)現這可最大化橫跨孔口 30的能量密度；(4)控制噴射器出口速度并定位噴射器出口以便避免流碰撞；以及(5)通過平衡流體體積(最小化流體體積以減小滯后時間)選擇主管直徑，作出影響雷諾數的調整 (對所述雷諾數的調整會改變孔口 30的上游和/或下游的湍流)。
在第二排注射管即第二多個注射管50-60的那些的情形中，盡管此類附加的注射管使得更加難以最小化孔口 30上游處的共混，但用于最小化上游共混的策略包括(I)將不趨于累積粘度的低粘度流體加入到第二多個注射管50-60中；(2)加入將幫助減小第二多個注射管50-60中的粘度的流體；(3)如在第一多個注射管14-24的情形中那樣，確?？卓?30的上游或入口側上的進入表面28的半球形或橢球形形狀；(4)使第二多個注射管50-60 相對于主進料管12的軸線的角度不同于第一多個注射管50-60相對于主進料管12的軸線的角度，如圖28-30和31-34的實施方案所示；以及(5)對第二多個注射管50-60的管直徑和雷諾數作出調整。
能夠有利地(或不利地)影響孔口上游的共混和孔口處的對稱性的其他元素、調整或考慮因素包括在管中使用靜態(tài)混合器、文丘里管、彎管或其他彎曲件、管直徑變化、研磨、 阻礙諸如突出的噴射器。
本公開的混合組合件可取向成使得孔口與注射管相比設置在較大的高度，如圖 17，19，20，24-26，28-29和31-32所示，其中源自注射管的各組分向上朝孔口瞄準。在該取向中，已發(fā)現組合件的可清潔性得到了增強。作為另外一種選擇，本公開的混合組合件的取向可使得孔口與注射管相比設置在較低高度，如圖6所示，其中源自注射管的各組分向下朝孔口瞄準。其他取向，諸如注射管取向成圍繞水平延伸的主進料管，或甚至圍繞傾斜的主進料管，均是可能的并且被認為在本公開的范圍內。該混合組合件的這些取向中的某個對于與加入具有顆粒的材料的注射管一起使用的情況來講可能比其他取向更具優(yōu)選性，所述顆粒可取決于包含此類材料的注射管的取向而趨于穩(wěn)定。
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述值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，所公開的尺寸“40mm”旨在表示“約40mm”。
除非明確地不包括在內或換句話講限制，本文所引用的每篇文獻，包括任何交叉引用的或相關的專利或專利申請，均特此以引用方式全文并入本文。任何文獻的引用不是對其作為本文所公開的或受權利要求書保護的任何發(fā)明的現有技術，或者其單獨地或者與任何其它參考文獻的任何組合，或者參考、提出、建議或公開任何此類發(fā)明的認可。此外，當本發(fā)明中術語的任何含義或定義與以引用方式并入的文件中術語的任何含義或定義矛盾時，應當服從在本發(fā)明中賦予該術語的含義或定義。
盡管已用具體實施方案來說明和描述了本發(fā)明，但是對那些本領域的技術人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出許多其它的更改和修改。因此， 隨附權利要求書中旨在涵蓋本發(fā)明范圍內的所有這些改變和變型。
權利要求
1.一種流體混合組合件，所述流體混合組合件包括 主進料管； 所述主進料管的下游的混合物承載管； 設置在壁中的孔口，所述壁將所述主進料管與所述混合物承載管隔開；和 多個注射管，所述多個注射管設置在所述主進料管周圍并突出穿過所述主進料管的側壁，所述注射管中的每一個均具有與所述主進料管的內部流體連通且指向所述孔口的出□。
2.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中設置有孔口的所述壁包括在所述孔口的上游側上的彎曲進入表面和所述孔口的下游側上的彎曲退出表面，優(yōu)選地其中所述彎曲進入表面為半球形的，并且優(yōu)選地其中所述彎曲退出表面為半橢圓形的。
3.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中所述孔口形狀選自矩形形狀、橢圓形形狀和導槽形狀，所述孔口形狀從其所述上游側上的進入表面至其所述下游側上的退出表面具有恒定寬度。
4.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中所述多個注射管中的每一個均設置成相對于所述主進料管的軸線成約30°的角度，優(yōu)選地其中所述注射管中的至少一個所具有的內徑小于所述注射管的其他內徑。
5.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中具有所述較小內徑的所述注射管的出口設置成大約等距于所述孔口的長軸的第一端部和第二端部中的每一個。
6.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中所述多個注射管中的每一個均設有夾緊機構，所述夾緊機構用要經由所述注射管導入到所述主進料管中的材料源選擇性地固定所述注射管。
7.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中所述孔口被包括在孔口插入件中，所述孔口插入件可移除地固定在所述主進料管和所述混合物承載管之間。
8.如權利要求I所述的流體混合組合件，所述流體混合組合件還包括第二多個注射管，所述第二多個注射管設置在所述主進料管周圍并且具有噴射器出口，所述噴射器出口與所述主進料管的內徑重合并且與所述主進料管流體連通，優(yōu)選地其中所述第二多個注射管在與所述孔口相距的軸向距離處與所述主進料管相交，所述軸向距離等于在其處突出穿過所述主進料管的側壁的所述多個注射管與所述主進料管相交的軸向距離。
9.如權利要求I所述的流體混合組合件，其中所述多個注射管包括第一多個注射管和第二多個注射管，所述第二多個注射管包括噴射器出口，所述噴射器出口設置在與所述第一多個注射管的噴射器出口不同的與所述孔口相距的軸向距離處。
10.如權利要求8所述的流體混合組合件，其中所述第一多個注射管的噴射器出口中的每一個和所述第二多個注射管的噴射器出口中的每一個相對于所述主進料管的軸線形成相等的非零角度。
11.如權利要求8所述的流體混合組合件，其中所述第一多個注射管的噴射器出口中的每一個均相對于所述主進料管的軸線形成第一非零角度，并且所述第二多個注射管的噴射器出口中的每一個均相對于所述主進料管的軸線形成第二角度，所述第二角度不同于所述第一角度。
12.如權利要求8所述的流體混合組合件，其中位于所述主進料管內徑的徑向內側的所述第二多個注射管中每一個的區(qū)域均平行于所述主進料管的軸線延伸。
13.—種混合液體組合物的方法，所述方法包括 在主進料管中供應液體組合物的基料； 在所述主進料管的下游提供混合物承載管； 提供孔口，所述孔口設置在壁中，所述壁將所述主進料管與所述混合物承載管隔開；以及 用多個注射管中所供應的多種成分來配量所述基料，所述注射管中的每一個均具有與所述主進料管的內部流體連通且指向所述孔口的出口，所述注射管的出口被布置成使得通過所述相應注射管中的每一個導入到所述主進料管中的成分與通過其他注射管導入的成分同時穿過所述孔口。
14.如權利要求13所述的方法，其中在配量所述基料的過程中，所述注射管的出口還被布置成使得所述注射管中所提供的且被導入到所述主進料管內的所述基料中的粘度改性成分在所述基料的粘度增加之前穿過所述孔口。
15.如權利要求13所述的方法，其中從所述粘度改性成分被導入到所述基料中和穿過所述孔口的時段小于大約O. 25秒。
全文摘要
一種用于半連續(xù)方法的混合組合件(10)，所述半連續(xù)方法用于生產液體個人護理組合物諸如洗發(fā)劑，該混合組合件包括載有要生產的組合物的基料的主進料管(12)、與主進料管(12)選擇性流體連通的多個注射管(14,16,18,20,22)和設置在壁中的孔口，所述壁位于所述多個注射管的下游的主進料管的端部。在其中設置了孔口的壁包括孔口的上游或入口側上的彎曲的(例如半球形)進入表面和所述孔口的下游或出口側上的彎曲的(例如半橢圓形)退出表面。孔口可具有矩形或橢圓形形狀。通過保持注射管相對于孔口的對稱性并且制衡配量的模塊的導入和增加的粘度之間的延遲，可用極小的能量獲得有效的混合。
文檔編號B01F5/06GK102933290SQ201180028175
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權日2010年6月9日
發(fā)明者J.A.伯杰, D.S.鄧洛普, 楊云鵬, D.A.羅伊斯, D.R.納佩克 申請人:寶潔公司