專利名稱：超細(xì)勻化器及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬礦物的超細(xì)、粉碎、勻化裝置及生產(chǎn)工藝，它適用于非金屬礦物、煤、乳品食品加工工業(yè)、醫(yī)藥、化工工業(yè)、化妝品以及菌體細(xì)胞壁的破碎加工方面。
目前勻化器是用于固-液兩相或液-液兩相的分散、均化過程，主要用來代替球磨機(jī)的工作，如在乳品和奶油等加工中，用于加工奶油巧克力、黃油冰淇淋、勻質(zhì)鮮奶、奶油乳酪等;在食品工業(yè)中，用于加工食用香料、各種果汁、蔬菜漿、豆奶、調(diào)味品及液態(tài)蛋制品等;在醫(yī)藥工業(yè)中，用于加工抗生素等各種醫(yī)制劑等;在化學(xué)工業(yè)中，用于加工消毒劑、乳化燃料油、水煤漿、涂料、橡膠、乳液硅膠乳液、肥皂以及殺蟲劑乳液等。
本發(fā)明還可用于菌體細(xì)胞壁的破碎。如在生物發(fā)酵中，有許多我們所需要的物質(zhì)(如基因工程生產(chǎn)的胰島素、胞內(nèi)酶等產(chǎn)品)都在細(xì)胞內(nèi)部，要提取這些物質(zhì)，首先是破碎細(xì)胞壁，傳統(tǒng)的方法是使用溶菌酶、球磨機(jī)，以及超聲波處理等，但是這些方法的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性沒有過關(guān)，因而目前較好的方法就是采用超高壓勻化器(工作壓力通常在500-1000bak)來達(dá)到此目的。
非金屬礦物的剝片、超細(xì)產(chǎn)品是高產(chǎn)值、高利潤的深加工產(chǎn)品。但目前的非金屬礦物的剝片、超細(xì)技術(shù)及設(shè)備效率低，超細(xì)處理能力差，德國AKW公司生產(chǎn)的高壓勻漿器主要是采用往復(fù)式活塞泵及彈簧軸來提供壓力，使礦漿處于高壓之中，高壓礦漿通過一細(xì)小直線形噴嘴以很高的線速度擠出并噴射在常壓葉輪上，借助于擠出噴嘴時礦漿的互相摩擦、剪切作用以及礦漿噴射在常壓葉輪上所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力，使被處理的非金屬礦物晶體層間的氫鍵斷裂而達(dá)到剝片和超細(xì)目的。但是該設(shè)備僅能用于高嶺土的剝片加工，而且壓力源是通過往復(fù)式活塞和彈簧軸來提供，因此這些部件的材質(zhì)要求相當(dāng)高，造價昂貴，難以普及推廣應(yīng)用，同時還存在處理量小、效率低等缺陷，從其試驗(yàn)數(shù)據(jù)看當(dāng)給料中高嶺土-2微米含量為18%時，經(jīng)該設(shè)備一次性剝片處理后，-2微米含量僅能達(dá)到37%。
另外，丹麥APVRANNIEA/S企業(yè)生產(chǎn)的高壓勻化器，主要由“高壓活塞泵、勻化閥、閥座體”幾部份組成，被處理的物料通過高壓活塞泵加壓至100-1000bar，然后通過勻化閥突然減壓來產(chǎn)生很高的剪切力，來達(dá)到破碎固體小顆粒，使固-液兩相勻化成為穩(wěn)定的懸浮液或使液-液兩相勻化成為穩(wěn)定的乳狀液。在該設(shè)備中，由于操作壓力很高，要求其元器件的材質(zhì)能耐高壓及突然減壓變化。因而多用精加工后的氧化鋯金屬陶瓷來制成勻化閥;用氧化鋁陶瓷來制成高壓活塞泵的活塞柱，這使元件加工非常困難，成本很高，另外該設(shè)備在高壓下操作還會引起振動和噪音及閥座體開裂，為防止這些現(xiàn)象出現(xiàn)，要附設(shè)許多其它結(jié)構(gòu)，使整個高壓勻化器系統(tǒng)復(fù)雜制造困難。
本發(fā)明目的是為解決現(xiàn)有高壓勻化器存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備材質(zhì)、加工精度高，以及粉碎、勻化效率低的缺陷，而提出一種工藝技術(shù)簡單，粉碎、勻化效率高，可連續(xù)工作的設(shè)備和生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是借助高壓水作為動力，使被處理的非金屬礦物或其它固體、液體物質(zhì)與高壓水在一耐高壓容器內(nèi)處于高壓狀態(tài)，然后使該固-液或液-液混合物進(jìn)入一螺旋線型噴嘴。混合物在高壓下，快速在噴嘴的螺旋線型流道中運(yùn)動，根據(jù)流體力學(xué)原理，此時的固-液或液-液混合物的運(yùn)動處于紊流狀態(tài)，物體在改變運(yùn)動方向時，每瞬間都要受到沿原運(yùn)動方向的高壓剪切力作用，而且紊流運(yùn)動又可造成固體物質(zhì)、固體與液體以及混合物與噴嘴壁面間的碰撞、摩擦作用力，使被處理物質(zhì)非常迅速地被破碎、分散和勻化，從而可以達(dá)到超細(xì)、勻化的目的。為提高超細(xì)、勻化的效率，本發(fā)明技術(shù)解決方案中還在噴嘴出口處設(shè)置了檔耙，當(dāng)固-液或液-液混合物在受到諸多力作用后，被高速擠出噴嘴出口的瞬間，由于壓力的突然降低所產(chǎn)生的空穴效應(yīng)以及噴嘴射流碰撞在檔耙上而產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力，可進(jìn)一步破碎物質(zhì)，并使固-液混合物勻化成為穩(wěn)定的懸浮液，或使液-液混合物高度分散，勻化成為穩(wěn)定的乳狀液。
下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的工藝流程示意2是本發(fā)明實(shí)施例二的工藝流程示意3是本發(fā)明實(shí)施例三的工藝流程示意4是本發(fā)明實(shí)施例四的工藝流程示意5是本發(fā)明中噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖從本發(fā)明實(shí)例一的工藝流程示意圖1中可知按工藝處理要求被加至一定壓力的高壓水，由進(jìn)水管3經(jīng)三通1分流后穿過截止閥2，12，經(jīng)管路進(jìn)入已放置被處理物質(zhì)的上、下兩高壓料罐22、23內(nèi)，上、下高壓料罐22、23和管路間設(shè)有截止閥4、13，以便控制高壓水的輸入量，當(dāng)高壓混合物通過與上、下高壓料罐22、23及噴嘴9、18相聯(lián)的截止閥8、17后在高壓下分別進(jìn)入螺旋型噴嘴9、18內(nèi)，并沿噴嘴內(nèi)的螺旋線型槽道高速曲折運(yùn)動，由于混合物壓力高，因而在噴嘴9、18內(nèi)的運(yùn)動速度很高，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流運(yùn)動，在此過程中，固-液或液-液混合物之間以及噴嘴壁間會產(chǎn)生很大的摩擦力及碰撞力;另外混合物在噴嘴9、18內(nèi)的高速曲線運(yùn)動也要產(chǎn)生很大的剪切力，這些力破壞了被處理物質(zhì)的層間結(jié)構(gòu)和晶體層間的氫鍵結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生剝片，超細(xì)作用;由噴嘴9、18出口的射流穿過由11、20組成的檔板噴射在檔耙10、19上，并借助于噴嘴出口壓力突然降低的空穴效應(yīng)及與檔耙的強(qiáng)大沖擊力進(jìn)一步達(dá)到進(jìn)行剝片、超細(xì)、勻化目的，在圖1中，位于高壓料罐22、23上部并分別由截止閥5、14來控制的管路是作開啟高壓料罐前排氣之用;位于高壓料罐22、23底部分別由截止閥7、16控制的管路主要用于卸料;截止閥6、15控制的管路是為加料之用，同時還可以與截止8、17控制的管路一起用來連接多個料罐的串聯(lián)系統(tǒng)而設(shè)置的。由圖1可見，通過三通1而連接上、下平行的兩組系統(tǒng)，其目的是為了使整個工作過程可連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)上面的高壓料罐22工作時，下面的高壓料罐23用于裝料、待升壓，反之，下面料罐工作時，上面也是如此。由圖2知，本發(fā)明實(shí)施例二的工藝流程與實(shí)施例一不同之處在于分別在截止閥2、12和4、13之間的管路上增設(shè)一三通21、24，三通21、24的一端經(jīng)管路的截止閥25、26分別聯(lián)于上、下高壓料罐22、23側(cè)下方，增設(shè)這一管路是為了解決高壓料罐22、23工作時，在罐內(nèi)底部一些比重較大或分散性較差的介質(zhì)會因自重、粘結(jié)而壓結(jié)在輸出口孔處，造成板結(jié)而堵塞料罐底孔口問題而設(shè)置的。
本發(fā)明實(shí)施例三、四是在實(shí)施例一、二基礎(chǔ)上，由多個高壓料罐27、28、29、和30、31、32分別串聯(lián)于高壓料罐22、23之后組成一個串聯(lián)系統(tǒng)而構(gòu)成的，單罐工作時，由于貯料、加高壓水量相對較少，因而上、下兩罐的交替卸料、放氣，加料頻率較高、勞動強(qiáng)度大，通過附加若干個料罐后，可以大減少勞動強(qiáng)度，提高處理量，而且可以降低生產(chǎn)成本。
由附圖5可知，本發(fā)明采用的螺旋線型噴嘴9、18，主要由錐形塞34和與之相配套的錐形套35組成，錐形塞34的長度一般為10-1000mm;在錐形塞34上加工有不同齒形的螺旋槽道36，其螺旋距t為5-600mm，截面齒形可為牙形、三角形、梯形、鋸齒形、園形或半園形。噴嘴9、18進(jìn)口截面積A與出口截面積B之比為2-15。
本發(fā)明在工作壓力為100-1000bar下，采用不同截面形狀，螺距和錐形塞長度先后對軟質(zhì)高嶺土、硬質(zhì)高嶺巖、沸石、伊利石、云母等進(jìn)行超細(xì)粉碎，其結(jié)果為1、軟質(zhì)高嶺土。當(dāng)給料粒度為100目時，在300bar壓力下，經(jīng)一次性剝片，超細(xì)處理后，產(chǎn)品中-2微米含量為85-95%以上，-10微米含量達(dá)100%。可提高產(chǎn)品-2微米含量為80%以上。
2、煤系硬質(zhì)高嶺巖。當(dāng)給料粒度為200目時，在500bar壓力下，經(jīng)一次性剝片超細(xì)后，產(chǎn)品中-2微米含量為67-85%以上，-10微米含量達(dá)到100%，可提高產(chǎn)品-2微米含量65%以上。
3、沸石。當(dāng)給料粒度為100目時，在400bar壓力下，對其進(jìn)行一次性超細(xì)處理產(chǎn)品中-2微米含量為75-80%以上，-10微米含量達(dá)100%可提高產(chǎn)品-2微米含量為70%以上。
4、伊利石。當(dāng)給料粒度為100目時，在650bar壓力下，對其進(jìn)行一次性剝片超細(xì)處理，產(chǎn)品中-2微米含量為80-85%以上，-10微米含量達(dá)100%，可提高產(chǎn)品-2微米含量為75%以上。
5、云母。當(dāng)給料粒度為80目時，在800bar壓力下，對其進(jìn)行一次性剝片超細(xì)處理，產(chǎn)品中-2微米含量為35-65%以上，-2微米含量達(dá)100%，可提高產(chǎn)品-2微米含量為50%以上。
由此可見，本發(fā)明超細(xì)、粉碎、勻化效果顯著，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，易于操作，可以連續(xù)長時間工作，是一種理想易于普及、推廣應(yīng)用的工藝方法和設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)勻化器，其特征在于它主要由進(jìn)水管3、上、下兩高壓料罐22、23，螺旋線型噴嘴9、18以及檔耙10、19組成。進(jìn)水管3與三通1相連，三通1的另外兩端經(jīng)截止閥2、12和4、13分別連接管路于上、下高壓料罐22、23上端；高壓料罐22、23底孔口經(jīng)截止閥8、17與螺旋形噴嘴9、18進(jìn)口相聯(lián)；螺旋形噴嘴9、18出口相聯(lián)于檔板11、20，并與檔耙10、19相對，另外，在高壓料罐22、23上端分別設(shè)有截止閥5、14控制的排氣管路；下端分別設(shè)有由截止閥7、14控制的卸料管路以及高壓料罐22、23上端側(cè)面相連的由截止閥6、15控制的液相輸入管路。
2.權(quán)利要求1所述超細(xì)勻化器，其特征在于在截止閥2、12和4、13之間管路上可設(shè)置一三通21、24;三通21、24的一端出口聯(lián)結(jié)一由截止閥25、26控制與高壓料罐22、23側(cè)下端相連的管路。
3.權(quán)利要求1、2所述超細(xì)勻化器，其特征在于上、下兩料罐22、23可分別是一個罐，也可由一組平行串聯(lián)的料罐27、28、29、各30、31、32串聯(lián)組成。
4.權(quán)利要求1所述的超細(xì)勻化器，其特征在于螺旋線型噴嘴9、18是由錐形塞34和與之相配套的錐形套35組成。
5.權(quán)利要求1、4所述超細(xì)勻化器，其特征在于螺旋線型噴嘴9、18的錐形塞34上加工有不同截面齒形的螺旋槽道36;其中錐形塞長度為10-1000mm，螺旋槽36的螺距t為5-600mm，螺旋線型噴嘴9、18的進(jìn)口截面積A與出口截面積B之比為2-15。
6.一種超細(xì)勻化生產(chǎn)工藝，其特征在于它是由100-1000bar不同壓力下的高壓水作為動力源，使被處理物質(zhì)在高壓料罐中與高壓水混合升壓后，穿過螺旋線型噴嘴9、18并射流碰擊在檔耙10、19上來完成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非金屬礦物的超細(xì)勻化器及生產(chǎn)工藝。已有的勻化器普遍存在造價高、處理量小、效率低等缺陷，本發(fā)明通過將100—1000bar高壓水作動力源，使被處理物質(zhì)在高壓料罐22、23內(nèi)與高壓水混合升壓后，穿過噴嘴9、18并射流在噴嘴9、18后的擋耙10、19上，來完成固—液或液—液混合物的超細(xì)、勻化。本發(fā)明具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低、可連續(xù)工作、處理量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01F5/08GK1081121SQ92107639
公開日1994年1月26日 申請日期1992年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月8日
發(fā)明者潘業(yè)才 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)