專利名稱：連續(xù)產(chǎn)生乳液和/或分散體的乳化裝置的制作方法
連續(xù)產(chǎn)生乳液和/或分散體的乳化裝置
本專利涉及一種連續(xù)產(chǎn)生乳液和/或分散體的乳化裝置。本發(fā)明的乳化裝置既能夠用于產(chǎn)生傳統(tǒng)的典型的兩相乳液、多相乳液，例如多重乳液和分散體以及三相乳液(0W)， 該三相乳液除了包含外，還包括液晶凝膠網(wǎng)絡(luò)相，同時也可用于產(chǎn)生液晶珠光劑和液晶自組織系統(tǒng)(0W乳液的凝膠網(wǎng)絡(luò)相)，例如頭發(fā)調(diào)理劑以及皮膚和頭發(fā)清潔劑，比如香波、沐浴露、蠟、有機硅乳液和全氟乳液等。本發(fā)明的乳化裝置能夠用于拋光劑和清洗劑工業(yè)、化妝品工業(yè)、制藥和染料工業(yè)、油漆和涂料工業(yè)，并且能夠用于食品工業(yè)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，產(chǎn)生乳液和/或分散體的裝置經(jīng)常被用于完成分批發(fā)酵工藝。
WO 2004/082817A1公開了一種連續(xù)產(chǎn)生排除空氣的乳液或分散體的裝置，該裝置包含一個所有面都密封的混合器，該混合器擁有用于引進和排出流體物質(zhì)和混合物的供應(yīng)管道和清除管道以及一個攪拌單元，該攪拌單元能夠攪拌引入乳液或分散體，攪拌的過程中沒有產(chǎn)生空化力和沒有高壓均質(zhì)。
EP 1964604A2公開了一種連續(xù)生產(chǎn)至少兩種液相混合物的裝置和工藝，該工藝使用一個各個面密封的并且繞其縱向軸旋轉(zhuǎn)對稱的混合容器，至少兩條通向混合容器的進入管線，每條進入管線引入一個液相，至少一個流出管線從混合容器排出這些相混合的混合物，一個帶葉片的轉(zhuǎn)動攪拌器攪拌這些相，轉(zhuǎn)動的軸在混合容器的縱軸上。使用EP 1964604A2中的裝置，不能產(chǎn)生一個可控的拉伸流動，而且為了避免湍流和空化力測量沒有進行。
本專利的目的在于提供一種乳化裝置，借助該乳化裝置使連續(xù)產(chǎn)生具有液晶結(jié)構(gòu)的乳液、納米乳液和/·或分散體成為可能。
根據(jù)本發(fā)明，通過一個連續(xù)產(chǎn)生乳液和/或分散體的乳化裝置來實現(xiàn)目標，該裝置包括
a)至少一個混合裝置，包括
一個所有面氣密封的旋轉(zhuǎn)對稱的腔室，
至少一個用來流入自由流動組分的輸入管線，
至少一個用來流出混合的自由流動組分的輸出管線，
一個確保層流流動的攪拌單元，該攪拌單元包含固定在攪拌軸上的攪拌元件，該攪拌軸的旋轉(zhuǎn)軸線沿著該腔室的對稱軸線，該攪拌單元的攪拌軸在其至少一側(cè)被引導，
其中，至少一條輸入管線設(shè)置在至少一條輸出管線的上游或下面，
其中，輸入管線與輸出管線之間的距離與腔室的直徑的比值> 2:1，
其中，輸入管線與輸出管線之間的距離與攪拌元件攪拌臂的長度的比值為 3:1 50:1,
其中，攪拌軸的直徑與腔室的內(nèi)徑的比值為O. 25^0. 75，
因此通過至少一條輸入管線引入到混合裝置中的組分被攪拌和通過入口處的湍流混合區(qū)被連續(xù)傳輸，在湍流混合區(qū)組分由于攪拌單元施加的剪切力而湍流混合，組分在下游滲透混合區(qū)進一步混合，湍流在該區(qū)域減少，
一個在出口處的層流混合區(qū)域，在該區(qū)域，在組分混合物中，一個溶致液晶相沿輸出管線方向被建立，
b)至少一個攪拌單元驅(qū)動，和
c)至少每組分或每組分混合物一個輸送裝置。
滲透混合區(qū)是混合物的轉(zhuǎn)變區(qū)，在該區(qū)域湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳌Ｔ诰o隨湍流混合的滲透區(qū)的粘性因為液滴的常數(shù)傳播或形成液晶相而增加，湍流流動減少。達到臨界雷洛數(shù)后， 混合物進入層流混合區(qū)?；旌线^程或形成液晶相的液滴的控制和能效服務(wù)隨后發(fā)生在層流混合區(qū)在拉伸流條件下。
至少一個混合裝置的腔室是旋轉(zhuǎn)對稱并且最好具有圓筒形狀。腔室能夠有的形狀為截頭圓錐體、漏斗或截頭拱頂或者這些幾何形狀的組合，其中，腔室從輸入管線到輸出管線的直徑保持不變或減少。攪拌單元根據(jù)旋轉(zhuǎn)對稱的腔室的形狀來確定。
轉(zhuǎn)動軸的直徑dss相對于腔室的內(nèi)徑dk最好正在O. 25dk、. 75dk之間，輸入管線和輸出管線的距離與攪拌元件的臂的長度的比例最好在3:廣50:1之間，特別優(yōu)選為 5: f 10:1，特別是6: f 8: I。相對于腔室半徑，不尋常大的轉(zhuǎn)動軸直徑將導致轉(zhuǎn)動軸與腔室壁的距離，即被本領(lǐng)域技術(shù)人員定名的“流動直徑”，變得非常小以至于沒有血栓狀流動能夠形成，然后層流能夠得到保障。
輸入管線與輸出管線的距離與位于至少一個混合裝置底部的腔室的直徑的比 ^ 2:1。一種偏離圓通的旋轉(zhuǎn)對稱 的腔室，在至少一個混合裝置的輸入管線區(qū)域，輸入管線與輸出管線之間的距離與腔室直徑的比同樣> 2:1。
混合裝置所有面都密封并進行了排空氣操作。將要混合的組分以液流引入混合裝置的腔室，通過攪拌單元混合直到混合組分到達流出管線以及被去除，這樣沒有空氣能夠進入混合容器的腔室?；旌涎b置被設(shè)計成一點死區(qū)也不能存在。在混合裝置的進入操作中， 其中的空氣被流進的組分短時間完全替換，因此施加真空是不必要的。
因為系統(tǒng)在排除空氣下運行，而且將要被乳化的組分是連續(xù)的引入到混合裝置的，所以位于混合裝置中的組分在流出管線方向被連續(xù)運走。混合的組分逐漸從進口到出口流經(jīng)混合裝置。
在本發(fā)明的混合裝置中，通過輸入管線提供的組分進入腔室后，首先經(jīng)過一個湍流混合區(qū)域轉(zhuǎn)移，在該混合區(qū)域它們首先受到攪拌單元施加的剪切力而湍流混合。在這次連接，混合物是粘性已經(jīng)明顯增加。進一步的在輸出管線方向，混合物轉(zhuǎn)移穿過一個“滲透區(qū)域”，在該區(qū)域由于進一步的充分混合導致粘性進一步的增加，該系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽越M織系統(tǒng)。混合物主要的湍流當?shù)綕B透區(qū)域時逐漸減少，流動的比例在流出管線方向逐漸變?yōu)閷恿?。一個溶致液晶相在輸出管線處的混合物中形成。
有利的是，本發(fā)明的乳化裝置的總能耗是極低的。低能耗的產(chǎn)生源于與傳統(tǒng)的混合裝置相比很少的量需要被混合和控制溫度。特別的，成本密集的及非常高能耗的加熱和冷卻過程被最小化，因此對于低的總能耗大有貢獻?；旌衔镌诨旌锨皇业耐Ａ魰r間也非常短。當產(chǎn)能為1000千克每小時時，停留時間平均是在O. 5秒至10秒之間。由于輸入管線和泵的尺寸很小，泵的驅(qū)動占很少的能量。
有利的，輸入管線與輸出管線之間的距離與攪拌元件的臂的長度的適合比例范圍優(yōu)選為3: Γ50:1，特別優(yōu)選范圍為5: Γ10:1，特別是6: f 8:1，與特別的電線導管相連，一個有效的扭矩利用得到保證，于是徹底混合與最小電機能耗能同時達到。
此外，與腔室直徑有關(guān)的不尋常大的軸直徑使得攪拌軸能夠被利用來控制產(chǎn)品溫度，該部分對本發(fā)明的乳化裝置低的總能耗起貢獻。
由于有了腔室的直徑和它的高度的合適的比例和為保持層流而優(yōu)化的攪拌單元， 攪拌馬達消耗的功率非常低，這些對于本發(fā)明裝置的低能耗是有貢獻的。由于上述原因，小尺寸的組分，一個非常緊湊節(jié)省空間的構(gòu)造是本發(fā)明混合裝置的一個特征。
磁耦合的使用同樣對降低總的能耗起貢獻。因為從馬達到馬達軸的力的傳遞借助于永磁鐵，馬達僅需要應(yīng)用使外部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的能量。具有固定攪拌軸的內(nèi)部轉(zhuǎn)子借助磁力移動。與滑動軸承相連接進一步的好處是一個密封的腔室能夠被建造。
為了最佳的乳化結(jié)果和避免死角，本發(fā)明的混合裝置采用具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的腔室。這種旋轉(zhuǎn)對稱的形狀優(yōu)選為中空圓筒(圖2A)，并且可以為截頭圓錐體形狀(圖2B)，漏斗形狀(圖2D)，截頭拱頂(圖2F)，或者是上述形狀的組合(圖2C，E)，例如截頭圓錐體區(qū)域連接一個圓筒區(qū)域。在本連接中，混合裝置從入口到出口的直徑保持不變(圖2A)或減少(圖 2B-F)。
特別優(yōu)選的，圓筒狀的腔室或者截頭圓錐體形狀或圓筒區(qū)與截頭圓錐體區(qū)相結(jié)合的形狀的腔室，在本發(fā)明的混合裝置中被使用。截頭圓錐體的突出之處在于在入口處的直徑比出口處的直徑持續(xù)減少，圓筒圍繞轉(zhuǎn)動軸的直徑保持不變。
有利的是，混合裝置的腔室和/或輸入管線輸出管線的溫度能夠被集體控制或單獨控制。
混合裝置組分的供應(yīng)借助于至少一個輸入管線，輸入管線根據(jù)各自的組分以及組分的粘性調(diào)整直徑保證完全填充到各自的相。優(yōu)選的，本發(fā)明的混合裝置至少有兩條輸入管線。在預(yù)混合將要在混合裝置完成的情況下，混合裝置也能只有一條輸入管線。將要乳化或分散的組分也能夠通過普通的輸入管線被引入，例如在它們進入混合裝置前通過一個 Y形連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的靜態(tài)預(yù)混合或被動混合裝置可選的位于這個普通輸入管線處。本發(fā)明提到的組分的意思是純凈物或是多種物質(zhì)的混合物。
輸入管線進入混合裝置的角度在本連接中的范圍是O度 180度，基于混合裝置的旋轉(zhuǎn)軸。輸入管線能夠通過護套表面橫向擴展進入腔室或通過底面的下部進入。
輸入輸出管線能夠在任何指定高度或護套表面的任何指定圓周處連接到腔室。為了保證最佳混合，同時最大化供應(yīng)組分的停留時間，避免死角，輸入管線的進入高度優(yōu)選位于腔室的下部1/3或1/4高度。輸出管線的出口高度優(yōu)選位于腔室的上部1/3或1/4高度。
輸出管線的直徑尺寸被設(shè)定為使得在至少一個或首個混合裝置基于高粘性而建立的壓強最小化，但同時肯定的是每條輸出管線完全被混合物充滿。
一些產(chǎn)物，例如三相OW乳液，液晶珠光劑，自組織系統(tǒng)的溶致液晶相，需要添加到第一混合裝置的滲透區(qū)域的額外的延遲組分，該滲透區(qū)域位于輸入管線的進入高度之上， 輸出管線的高度之下。因此額外的進入管線能夠位于該區(qū)域。
混合裝置能夠面向需要設(shè)計，以至于攪拌單元的轉(zhuǎn)動軸能設(shè)定為任何水平和垂直方向的需要的位置，然而，混合裝置并不設(shè)置成使得腔室的對稱軸垂直布置且輸入管線固定在輸出管線的上方。特別優(yōu)選的，混合裝置這樣布置腔室的對稱軸垂直布置，輸入管線固定在輸出管線的下方。這次連接的驅(qū)動馬達優(yōu)選的從上面驅(qū)動攪拌單元，同樣的，從下面驅(qū)動也是可能的。
令人驚奇的是，我們發(fā)現(xiàn)，混合裝置的幾何形狀，攪拌軸的直徑dss相對于腔室內(nèi)徑dk的比例，輸入管線與輸出管線之間的距離與攪拌元件的臂的長度都是決定性的以保證供應(yīng)相的一個最佳混合。在這連接中，攪拌軸直徑dss與腔室內(nèi)徑dk的比值優(yōu)選在O. 25dk 到O. 75dk范圍內(nèi)，特別優(yōu)選是在O. 3cC0. 7dk范圍內(nèi)，特別是在O. 4cC0. 6dk范圍內(nèi)，輸入管線與輸出管線之間的距離與攪拌元件的臂的長度的比值在3:廣50:1之間，特別優(yōu)選在 5:廣10:1之間，特別在6: f 8:1之間。
相對于腔室半徑不尋常大的轉(zhuǎn)動軸直徑導致轉(zhuǎn)動軸與腔室壁的距離被本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員定名為“流動直徑”，“流動直徑”非常小以至于沒有血栓狀流動能夠形成，層流能夠得到保障。
進一步的，混合裝置的幾何尺寸，混合裝置腔室和將要混合的組分從入口到出口必須轉(zhuǎn)移的距離的比值對保證供應(yīng)相最佳反應(yīng)至關(guān)重要。在這連接中，直徑與入口出口之間的距離的比值優(yōu)選在范圍1:5(Tl:2之間，優(yōu)選為1:3(Tl:3，特別在I 15 1:5之間。本發(fā)明腔室直徑的意思是腔室底部的直徑。
直徑和入口與出口之間的距離的比值在控制混合裝置內(nèi)的流動起至關(guān)重要的作用。只有混合物從初始的湍流進入層流區(qū)域乳化的成功才能得到保證，它表現(xiàn)在在混合裝置的下區(qū)，即是通過滲透區(qū)的組分供應(yīng)區(qū)。這些區(qū)域精確的定界是不可能的，因為各個區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變區(qū)域是流體。
既然形成溶致液晶相需要不同的時間，取決于組分，混合裝置的長度能夠根據(jù)產(chǎn)物來調(diào)整。自組織系統(tǒng)的形成受下列因素的影響系統(tǒng)溫度、含水量、混合物的構(gòu)成、流動剖面線、剪切率和駐留時間。
本發(fā)明的乳化裝置系統(tǒng)中使用的混合裝置被裝備了一個攪拌單元來保證一個層狀流動，該層狀流動從而保證液滴在層流拉伸條件下被破碎。根據(jù)本發(fā)明有利的實施例，至少攪拌元件的一個組分被安排空間隔開平行于腔室的內(nèi)壁。
首選的攪拌單元是全葉片或部分葉片攪拌器或全線或部分線的攪拌器或上述攪拌器的組合。
液滴在層流拉伸條件下的破碎有利于導致在產(chǎn)生的乳液的平均液滴直徑周圍非常小的顆粒尺寸分布。經(jīng)常的，顆粒尺寸分布圖有一個非常接近于高斯曲線的形狀。本發(fā)明裝置可能做到的依賴于乳液和/或分散體組分的顆粒尺寸是在50至20000nm之間。
基于腔室內(nèi)徑dk的攪拌單元直徑ds優(yōu)選在O. 99、. 6dk之間。攪拌單元至少與腔室的壁距離O. 5mm。優(yōu)選的，攪拌單元的直徑為O. 6^0. 7dk，特別優(yōu)選的，為O. 99、. 8dk。
基于腔室內(nèi)徑dk的攪拌軸直徑dss優(yōu)選在O. 25^0. 75dk之間，特別優(yōu)選在O.3^0. 7dk之間，特別是O. 4^0. 6dk之間。
相對腔室直徑不尋常大的攪拌軸直徑此外導致腔室壁與轉(zhuǎn)動軸之間的距離_本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員也稱為“流動直徑”，如此的小以致沒有血栓狀流動可以形成，層流得到保障。
線網(wǎng)攪拌器能被應(yīng)用于本發(fā)明的裝置中，突出之處在于線網(wǎng)固定在攪拌軸上。令人驚奇的是，如果在這些線網(wǎng)被彎曲成馬蹄鐵形或圓角方形，末端連接至攪拌軸，那么很好的混合結(jié)果及最小化能量消耗得到實現(xiàn)。
軸上的排布取決于將要混合的產(chǎn)物而不同。一個或多個馬蹄形或長方形彎曲的線網(wǎng)能夠被設(shè)置在攪拌軸上。這里全線網(wǎng)和部分線網(wǎng)的攪拌器都能被使用。
全線網(wǎng)攪拌器(圖3C)的特征在于它由至少兩個馬蹄形或彎曲成圓角長方形的線網(wǎng)組成，這些線網(wǎng)相對軸相對固定在軸的兩邊被連接在軸的上部區(qū)域和下部區(qū)域。線網(wǎng)與中軸線傾斜和/或垂直轉(zhuǎn)動于中軸的左邊或右邊和/或以O(shè)度 90度角旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選的從O 度 45度，特別優(yōu)選的從O度 25度。線網(wǎng)的上部和下部的長度相同或者不同。很多線網(wǎng)能夠布置在軸的周長上。更多的線網(wǎng)或任何幾何形狀能夠位于軸和線網(wǎng)之間的中空位置。
線網(wǎng)的直徑最大位于軸的直徑范圍內(nèi)，最小不低于O. 2mm,優(yōu)選的線網(wǎng)直徑最多 15%軸直徑最少O. 5mm，特別優(yōu)選是在10%軸直徑和1%軸直徑之間。
部分線網(wǎng)攪拌器(圖3D)的特征在于它由至少兩個U形或馬蹄鐵形彎曲的線網(wǎng)組成，其末端以任何高度連接到軸。線網(wǎng)優(yōu)選垂直于中軸和/或傾斜于中軸的左邊或右邊和 /或以O(shè)度 90度角旋轉(zhuǎn)于中軸的左邊或右邊，優(yōu)選為(Γ45度角，特別優(yōu)選為(Γ25度角基于轉(zhuǎn)動軸。放射狀從轉(zhuǎn)動軸延伸的線網(wǎng)的上部和下部的長度能夠相同或不同。多個線網(wǎng)能安置在軸的周長上。更多的線網(wǎng)或任何需要的幾何形狀能夠位于軸和線網(wǎng)之間的中空處。
一個線網(wǎng)的直徑優(yōu)選的最大在軸直徑范圍內(nèi)，最小不低于O. 2mm,優(yōu)選的一個線網(wǎng)直徑最大為15%軸直徑，最小O. 5mm，特別優(yōu)選的是在10%軸直徑和1%軸直徑之間。
由于腔室直徑與轉(zhuǎn)動軸結(jié)合絲網(wǎng)攪拌器直徑的合適比例，一個特別有效的轉(zhuǎn)矩利用率得到保證，它最小化轉(zhuǎn)動單元施加在將要混合的組分上的力，因此，良好的混合同時最小化馬達能量消耗能夠?qū)崿F(xiàn)。
此外，相對于腔室直徑不尋常大的軸直徑使攪拌軸自己能夠被用于產(chǎn)物溫度控制成為可能。
另外，全葉片攪拌器和部分葉片攪拌器特別合適。
全葉片攪拌器(圖3A)的特征在于由至少兩個正方形、長方形、馬蹄鐵形或梯形金屬片組成，金屬片的角被圓整化，以防止湍流的產(chǎn)生，其中金屬片一邊連接至軸，金屬片連續(xù)的從軸的上部區(qū)域延伸到軸的下部區(qū)域。金屬片在這種連接中最好垂直于中軸和/或傾斜于中軸的左邊或右邊和/或以O(shè)度 90度角旋轉(zhuǎn)于中軸的左邊或右邊，優(yōu)選的從O度 45 度，特別優(yōu)選的從O度 25度。金屬片的上邊沿與下邊沿能有不同或相同的長度。多個金屬片能夠被布置在軸的周長上。單獨的葉片上還可進一步設(shè)有幾何通道，例如孔或缺口
部分葉片攪拌器(圖3B)特征在于它由至少兩個正方形、長方形、馬蹄形或梯形金屬片組成，其中金屬片一邊在任何高度連接軸。在這種連接中的金屬片優(yōu)選的垂直于中軸和/或傾斜于中軸的左邊或右邊和/或繞中軸的左邊或右邊以O(shè)度 90度角轉(zhuǎn)動，優(yōu)選的轉(zhuǎn)動角度為O度 45度，特別優(yōu)選的為O度 25度。金屬片的上邊沿與下邊沿能有相同或不同的長度。許多金屬片能夠被設(shè)置在軸的周長上。單獨的金屬片上可進一步設(shè)有幾何通道。
本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的和他們特殊的設(shè)計的其他的攪拌單元能被安裝用于混合裝置的產(chǎn)物的混合，例如，錨式攪拌器、溶解盤、內(nèi)部-MIG等。同樣的，可能將多種攪拌器設(shè)計組合在攪拌軸上。
本發(fā)明的混合裝置中使用的攪拌單元進一步突出之處在于每個轉(zhuǎn)動軸以穩(wěn)定轉(zhuǎn)動形式被引導，優(yōu)選末端位于混合裝置的上部或下部區(qū)域。攪拌單元在高速情況下的不平衡被最大的程度排除或避免，因此影響或阻止必要層流建立的湍流是不能被產(chǎn)生的。滾球軸承、直線球軸承、滑動軸承、線性滑動軸承或類似的能夠被用于引導軸。為了進一步轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性，軸被有利的平衡。
制造混合裝置自己，上述提到的攪拌器設(shè)計，特別是上述提到的全葉片攪拌器、部分葉片攪拌器、全線網(wǎng)攪拌器、部分線網(wǎng)攪拌器的材料要與將要乳化的組分和產(chǎn)生的乳液的化學性質(zhì)相適合。本發(fā)明的混合裝置的攪拌單元包含鋼，例如不銹鋼，也包含構(gòu)造鋼、塑料，例如PEEK、PTFE, PVC或樹脂玻璃或復(fù)合材料或金屬與塑料的組合。
混合裝置是被設(shè)計的，以至于它們從將要乳化的組分自發(fā)產(chǎn)生很小的反壓強。這是通過特別的彎曲的線網(wǎng)攪拌器實現(xiàn)的。即使在混合的過程中也只有最小的壓強建立。因為這個原因，混合裝置能夠被實質(zhì)上定名為無壓或低壓系統(tǒng)。
為了達到這個目的，輸出管線的橫切面必需選定以使混合組分的總量的產(chǎn)物能夠順暢的流動。在這連接中，特別在混合裝置I中，極端的粘性增大被觀察到，這導致高粘度溶致液晶凝膠相的建立。在標注后續(xù)處理技術(shù)組件，例如管道、熱交換器等時，必須非常小心，因為它們是用來保證一個連續(xù)低壓系統(tǒng)的降低到整個系統(tǒng)的唯一反向最小壓力。取決于產(chǎn)品和裝置的設(shè)置，整個系統(tǒng)的O. 5bar壓強減小能夠被實現(xiàn)。
在本發(fā)明的乳化裝置里，混合裝置和輸入輸出管線的溫度控制是特別簡單和實在可行的?？紤]到由腔室形狀引起的混合裝置腔室小的體積，大的表面體積比值，與傳統(tǒng)的乳化裝置相比，一個更好的產(chǎn)品溫度管理在本發(fā)明的裝置中能夠得到保障。
對于加熱和混合裝置，兩層的護套特別的適合。這個能夠用氣體加熱，例如蒸汽， 或與液體加熱例如水或熱油。其他可能例如電加熱，例如電熱絲，加熱電纜或加熱筒。
位于腔室和輸入輸出管線內(nèi)的將要乳化的組分的溫度的控制，被動熱交換過程， 例如散熱片，主動熱交換過程，例如管束熱交換器或者上述方法的結(jié)合能夠被用于保證溫度控制盡可能的快速和均勻。
對于從內(nèi)部到外部將要乳化的組分的溫度控制，混合裝置最好裝備雙層護套，全或半冷卻旋管，這些固定在混合裝置的外面和/或內(nèi)面，填充有冷/熱媒質(zhì)，例如通過恒溫器。
優(yōu)選的，通過在雙層護套的里面添加隔板，溫度控制能夠得到改進。通過優(yōu)化直徑和輸入輸出管線之間距離的比值，能夠調(diào)整混合物的流量，這樣一個最優(yōu)的溫度交換是可承受的。
本發(fā)明的裝置相對于傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)突出之處在于基本上不是配方里的所有組分都要被加熱，只有那些室溫不是完全的流體被加熱直到變?yōu)榱黧w。本發(fā)明混合裝置的實施例，特別是長度/直徑比，有利于熱控制，攪拌消耗的能量能夠用于可控的熱供應(yīng)。
在進一步的實施例中，本發(fā)明的混合裝置裝備有擋板，這些促進了混合物的層狀流。
根據(jù)有利的實施例，擋片和/或攪拌單元是能夠被溫度控制使得混合物的溫度控制成為可能。
優(yōu)選的，至少一個混合裝置包含一個旋轉(zhuǎn)對稱的腔室，在該腔室內(nèi)，需要乳化的組分通過湍流和滲透區(qū)域被乳化轉(zhuǎn)化成溶致液晶相。
在本發(fā)明的另外的一個實施例中，至少一個混合裝置包含多個串聯(lián)連接的旋轉(zhuǎn)對稱的腔室。如果因為構(gòu)造原因，至少一個混合裝置的高度是被限制的，那么混合工序能夠分為連續(xù)的腔室。這里的組分不是在一個腔室里通過湍流區(qū)、滲透區(qū)、層流區(qū)三個不同的區(qū)域，而是在很多腔室里通過的。
最簡單的本發(fā)明的乳化裝置包含至少一個上述的混合裝置。
通常的，本發(fā)明的乳化裝置包含至少兩個前后相串聯(lián)的混合裝置，各種組分填依次或同時進入混合裝置混合，第一個混合裝置產(chǎn)生混合物的粘度總是大于或等于隨后混合裝置里的粘度。至少第一個混合裝置必需在結(jié)構(gòu)和功能上對應(yīng)一個混合裝置，例如，在第一個混合裝置里，特別的流動控制必須得到保證，在該流動控制里，組分首先湍流混合，然后通過滲透區(qū)到達溶致液晶態(tài)。
在生產(chǎn)傳統(tǒng)兩相系統(tǒng)，例如OW乳液，并且沒有網(wǎng)絡(luò)凝膠相的OW乳液時，在本發(fā)明的乳化裝置里內(nèi)相(分散)和外相(連續(xù))的比例在第一混合裝置比在隨后的混合裝置里大。
在本發(fā)明的乳化裝置里，一定數(shù)量的混合裝置不僅前后串聯(lián)而且上下或下上串聯(lián)是可能的。這里，單獨的混合單元能夠一起容納在殼體里，這樣混合裝置的分離從外面看就不明顯。
本發(fā)明乳化裝置產(chǎn)生產(chǎn)物的進一步的過程中，第一混合裝置高粘性的內(nèi)容被引入隨后的混合裝置中。這里，隨后混合裝置的供應(yīng)是被安排的，進入管線的高度位于混合裝置高度的1/3，優(yōu)選的1/4處。
在與第一個混合裝置下游相連的混合裝置里，內(nèi)相相對于連續(xù)相在比例上占主導地位已經(jīng)不必需要。在本發(fā)明的乳化裝置的一個實施例中，在第一個混合容器里將要乳化的組分被轉(zhuǎn)化為層流液晶相，在第二個混合容器被添加的外相稀釋成需要的濃度。
本發(fā)明的乳化裝置也包含合適的外圍設(shè)備，例如存儲容器，至少兩組分連接線提供組分到至少一個混合裝置，有關(guān)的泵和閥，去除組分的連接線，監(jiān)視和控制生產(chǎn)階段的控制裝置，具有操作部分顯示和輸入工藝參數(shù)的顯示裝置。
混合裝置和連接線是溫度可控的。
混合裝置和連接線可以具有用于控制產(chǎn)物和過程的傳感器。
此外，單獨混合裝置的輸出管線還能具有傳感器，使得連續(xù)的顆粒尺寸測量，直接或間接的溫度測量、壓強測量、傳導性測量、粘性測量以及類似測量成為可能。
本發(fā)明第一攪拌階段的最終產(chǎn)物的產(chǎn)物質(zhì)量優(yōu)先在裝置里確定。
此外，在本發(fā)明混合裝置的輸入輸出管線或在眾多的混合裝置里，本發(fā)明系統(tǒng)的混合裝置之間設(shè)有熱交換器。引入管束熱交換器結(jié)合穿孔板在加熱和冷卻回路的產(chǎn)品管流和擋板是非常有效的。作為相對少量的產(chǎn)物的結(jié)果，一個非常緊湊而有效的熱交換器構(gòu)造是可能的。這些熱交換器能被應(yīng)用于序列法構(gòu)造和串聯(lián)連接構(gòu)造。引入其它構(gòu)造形式的熱交換器，例如，冷卻旋管、管束熱交換器、雙管熱交換器、內(nèi)螺紋管熱交換器、旋帶熱交換器、 平面熱交換器、存儲熱交換器以及其它特別設(shè)計的熱交換器同樣是可能的。
作為冷卻媒質(zhì)，氣體，例如氮氣，液體，例如水或熱油，都能夠被應(yīng)用。
使用上述提及的熱交換器，同樣能夠冷卻和加熱。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠根據(jù)需要產(chǎn)物選擇合適的加熱/冷卻。
取決于乳化裝置的使用，加熱和冷卻單元的結(jié)合也是隨意可能的。通過使用一個雙層護套，這些也能夠簡單和有效的像上述描述的解決，一個加熱/冷卻旋管或一個適當?shù)臒峤粨Q器。
在小型的乳化裝置里，加熱/冷卻槽(恒溫器)特別適合，它們優(yōu)選是通過一個最高 (overriding)控制被監(jiān)視和操作。此外，使用這些恒溫箱，一個單機操作是可能的。因為恒溫箱有可能被安裝恒溫箱獨立額外的溫度感應(yīng)探頭，這些能被引進產(chǎn)品流程?？刂菩枰募訜峄蚶鋮s總量，并提供一個合適的產(chǎn)品溫度。一個進一步的好處是控制的釋放，因為能把混合裝置對溫度控制交給恒溫器。
通過混合裝置組分供應(yīng)溫度優(yōu)化，產(chǎn)品溫度優(yōu)化同樣能夠達到。在連接中，從存儲容器到進入混合裝置的組分的入口路徑也能被優(yōu)化、利用直到組分流以合適的溫度到達混口O
本發(fā)明的乳化裝置包括
本發(fā)明的至少一個混合裝置，
混合裝置攪拌單元的至少一個馬達，
將要乳化相的至少兩個存儲容器，該容器通過輸入管線連接至混合裝置，從輸入管線組分通過傳輸裝置沒有空氣的填充進入混合裝置，
每組分或每組分混合物至少有一個輸送裝置，
可選的，輸入流監(jiān)視傳感器和/或輸出流監(jiān)視傳感器，通過這些傳感器，一個優(yōu)質(zhì)的控制能夠同時完成，
可選的，乳化裝置的至少一個用于溫度控制的裝置和提供以及清除組分及組分混合物的管線系統(tǒng)
一個控制裝置監(jiān)視和控制混合裝置、組分和組分混合物的供應(yīng)和去除
可選的，一個具有操作面板的用于顯示和輸入數(shù)據(jù)的顯示裝置，
通常的，乳化裝置包含至少兩個混合裝置，它們一個連接另外一個，在混合裝置里，各種組分依次混合。第一個混合裝置產(chǎn)生混合物的粘度總是大于或等于隨后混合裝置里的粘度。至少第一個混合裝置必需結(jié)構(gòu)和功能上對應(yīng)至少一個混合裝置，例如在第一個混合裝置里，特別的流動管理必須得到保證，組分首先湍流混合然后通過一個滲透區(qū)到達一個溶致液晶態(tài)。
生產(chǎn)傳統(tǒng)兩相系統(tǒng)，例如WO乳液，并且沒有網(wǎng)絡(luò)凝膠相的OW乳液時，在本發(fā)明的乳化裝置里內(nèi)相(分散)和外相(連續(xù))的比例在第一混合裝置比在隨后的混合裝置里大。
本發(fā)明的整個系統(tǒng)通過可編程控制器控制。這種監(jiān)控，例如，混合裝置的轉(zhuǎn)數(shù)、單獨組分的注入流量、泵的轉(zhuǎn)數(shù)、單獨相溫度和壓強的增加，以及所有其它操作需要的參數(shù)。 它能夠連接質(zhì)量和體積流量計來監(jiān)視和控制單獨組分流入各自的混合裝置。能夠通過光學或聲學的輸出裝置發(fā)出以前定義的警告或失調(diào)。光學和視覺輸出能從本發(fā)明裝置分開設(shè)置,例如在控制中心。
其他的控制可能性，例如SPS軟件或電腦控制，同樣可能的與幾種控制相結(jié)合。
通過遠程維護模塊連接模擬電話線或綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)線，與控制裝置相整合或附于控制裝置，可以進入移動無線網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)或無線局域網(wǎng)，可能執(zhí)行本發(fā)明裝置的遠程維護或選擇的發(fā)送警告和錯誤信息或控制發(fā)明的整個系統(tǒng)。
此外,控制能有一個配方模塊,在配方模塊，多種產(chǎn)品的一個或多個配方被存儲。 每個配方在這連接中能包含多個數(shù)據(jù)集。在數(shù)據(jù)集里，必要參數(shù)例如轉(zhuǎn)數(shù)、體積流的比例被設(shè)定。調(diào)用配方后，數(shù)據(jù)集被時間控制執(zhí)行或者經(jīng)過某一事件的觸發(fā)，例如，到達某一溫度。這能保證生產(chǎn)的產(chǎn)品總是具有相同的質(zhì)量。借助下面的非限制性的圖片和工作實施例對本發(fā)明進行更加詳細的說明。

圖1包含一個混合裝置的乳化裝置圖2各種混合裝置幾何形狀圖3各種攪拌單元圖4包含一個在滲透區(qū)進一步具有供應(yīng)管線的混合裝置的乳化裝置圖5包含兩個混合裝置的乳化裝置圖6包含兩個混合裝置和一個熱交換器的乳化裝置圖7系統(tǒng)架構(gòu)圖8能量1顯示乳化裝置的截面圖，該乳化裝置包含一個混合裝置1，混合裝置1具有以 圓筒形式所有面密封的旋轉(zhuǎn)對稱的腔室2。轉(zhuǎn)動軸10突出在腔室里，在轉(zhuǎn)動軸10上設(shè)置有 轉(zhuǎn)動線網(wǎng)11,如圖3D所示。轉(zhuǎn)動軸10由馬達12驅(qū)動，由軸承和密封件8引導。此外，攪拌 軸10在腔室2底部的軸承9被另外引導。腔室2的下部設(shè)有供應(yīng)排除空氣的將要乳化的 組分A和B的輸入管線5和6。腔室2的上部設(shè)置有輸出管線7。輸入管線和輸出管線同 樣溫度控制并且設(shè)有對應(yīng)的供應(yīng)泵(沒有在圖1中顯示)。輸入管線5和6與輸出管線7的距離和腔室2的直徑的比大約是3. 5。輸入管線5和6與輸出管線7的距離和線網(wǎng)攪拌器的攪拌臂的長度比值大約是 15:1。腔室2被一個恒溫器護套3環(huán)繞，恒溫器護套3結(jié)合恒溫器4允許對混合進行溫 度控制?？紤]到輸入口和輸出口的距離大于腔室的直徑，混合能夠以控制的方式加熱，這樣 由于攪拌的能量的輸入不能破壞混合的平衡。圖1的混合裝置能被如下使用，例如，稀釋100千克每小時的月桂基乙醚硫酸鈉 (SLES)。通過相A的泵41. 4千克每小時70%的SLES通過輸入管線5連續(xù)引入混合裝置1， 通過相B的泵58. 6千克每小時的水通過輸入管線6引入混合裝置1，它們以3000轉(zhuǎn)每分鐘混合?；旌涎b置1的所有面都密封并且進行了排空氣操作。將要混合的組分A和B以流 動的液流被引入混合裝置1的腔室2，通過包含攪拌線網(wǎng)11的攪拌單元10混合直到混合的 組分到達輸出管線7并排出，沒有空氣進入混合裝置1的腔室2。將混合裝置進行操作，其中包含的空氣短時間被進入的組分A和B完全替換，真空 應(yīng)用從而沒有必要。組分A和B經(jīng)過混合裝置1的腔室2逐漸從輸入管線5、6到達輸出管線7。組分 A和B通過輸入管線5、6引入腔室2首先通過輸入口處的湍流混合區(qū)轉(zhuǎn)移，在該區(qū)域它們由 于攪拌線網(wǎng)11施加的剪切力而湍流混合。在連接它上面的滲透混合區(qū)，混合物進一步的混 合，湍流減少粘度增加直到一個溶致液晶相在輸出口處的層流混合區(qū)建立?；旌衔锏臏囟?通過恒溫器護套3保持不變。28%的SLES在攪拌階段的出口獲得。圖4顯示一個單級乳化裝置的截面圖，該裝置類比圖1建造，但是進一步具有一個組分C的輸入管線13。輸入輸出管線是溫度控制的操作上連接至泵(圖4未示)。
圖4的乳化裝置能夠被如下使用來生產(chǎn)一個簡單的0/W噴霧。
組分A :水乳化劑相
組分B:油相
組分C :水相
組分A通過輸入管線5以8. I千克每小時連續(xù)無空氣引入混合裝置I的腔室2，組分B通過管線6以22. 5千克每小時引入混合裝置I的腔室2，它們以3000轉(zhuǎn)每分鐘混合。 組分A和B通過具有攪拌線網(wǎng)11的攪拌單元10混合。在混合物通過大約60%的腔室長度后，組分C通過管線13以69. 4千克每小時被測量進入混合腔室，混合直到混合組分到達輸出管線7。操作混合裝置1，其中包含的空氣在短時間內(nèi)被進入的組分完全取代，因此真空的應(yīng)用是不必要的。
混合的組分A和B從入口 5、6到出口 7逐漸通過混合裝置I。通過輸入管線5、6 引入到腔室2的組分A和B首先通過一個入口處的湍流混合區(qū)，在該區(qū)域它們由于攪拌線網(wǎng)11施加的剪切力而湍流混合。在它上方連接的混合滲透區(qū)，組分A和B進一步的混合湍流減少粘度增加直到一個溶致液晶相在層流混合區(qū)的入口處建立，在該區(qū)域組分C通過輸入管線13提供。通過恒溫器護套3混合物的溫度保持不變。
圖5顯示包含兩個混合裝置I和I’的乳化裝置的截面圖。
圖5的乳化裝置的突出之處在于它包含兩個相互串聯(lián)的混合裝置I和1’，第一個混合裝置I的輸出管線7與后面的混合裝置I’的輸入管線相連接。每個混合裝置I和I’ 具有恒溫器護套3和3’，能夠獨立的進行溫度控制，如果需要通過恒溫器4和4’進行控制。 根據(jù)圖3D所示，攪拌元件是固定在攪拌軸上的線網(wǎng)攪拌器。
輸入管線5和6與輸出管線7之間的距離與混合裝置I的腔室直徑的比值大約是 2。
輸入管線5和6與輸出管線7之間的距離與線網(wǎng)攪拌器攪拌臂比值是8: I。
混合裝置I’的腔室2’與混合裝置I的腔室2在構(gòu)造和維度上對應(yīng)。
混合裝置I和I’裝備有粘度、壓強和溫度傳感器(圖未示)?；旌涎b置I和I’所有面密封。
圖5所示的乳化裝置能被如下利用來生產(chǎn)簡單的OW乳液(120千克每小時)。
組分A :具有額外的用于中和粘稠劑的堿的乳化劑
組分B:油相
組分C 具有粘稠劑的水相
組分A通過輸入管線5以5. 65千克每小時的速度連續(xù)地引入至混合裝置I的腔室2，組分B通過輸入管線6以21. 93千克每小時的速度進入混合裝置I的腔室2，腔室2 內(nèi)的混合在3000轉(zhuǎn)每分鐘左右。組分A和B通過具有攪拌線網(wǎng)11的攪拌單元10相混合直到混合的組分達到輸出管線7開始進入混合裝置I’的腔室2’，以至于沒有空氣能夠進入混合裝置I的腔室2。操作混合裝置I和1’，其中進入的空氣被瞬間進入的組分完全替換， 真空應(yīng)用從而沒有必要。
混合組分A和B逐漸通過混合裝置I開始從入口 5、6到出口 7。通過輸入管線5、 6引入腔室2的組分A和B首先通過一個入口處的湍流混合區(qū)，在該區(qū)域，它們由于攪拌線網(wǎng)11施加的剪切力而湍流混合。在一個連接于它上的滲透混合區(qū)，組分A與組分B進一步的混合，湍流減少粘度增加直到一個溶致層流液晶相在層流混合區(qū)出口處建立?；旌衔锏臏囟韧ㄟ^恒溫器護套3保持不變。
相C與組分A和B的高粘度混合物通過輸入管線13以72. 42千克每小時引入腔室2’。通過攪拌單元10和攪拌線網(wǎng)11，混合物被混合直到它們到達輸出管線7’并排出， 沒有空氣進入腔室2’。
在腔室2’里，組分A和B高粘度的混合物被組分C的水相所稀釋，來達到具有顆粒尺寸400nm粘度15000mPas的流動乳液。粘稠劑用于乳液穩(wěn)定和影響表面感知。
圖6顯示乳化裝置的截面圖，該乳化裝置包含兩個混合裝置I和I’以及中間連接板熱交換器15。圖6的乳化裝置在構(gòu)造和維度上與圖5的乳化裝置類似。組分C的額外輸入管線13與在輸出管線7到入口到腔室2的平板熱交換器15是不同的。
圖6的乳化裝置能被如下使用來生產(chǎn)珠光劑(100千克每小時)。
權(quán)利要求
1.一個連續(xù)產(chǎn)生乳液和/或分散體的乳化裝置，包括a)至少一個混合裝置，包括一個所有面氣密封的旋轉(zhuǎn)對稱的腔室，至少一個用來流入自由流動組分的輸入管線，至少一個用來流出混合的自由流動組分的輸出管線，一個確保層流流動的攪拌單元，該攪拌單元包含固定在攪拌軸上的攪拌元件，該攪拌軸的旋轉(zhuǎn)軸線沿著該腔室的對稱軸線，該攪拌單元的攪拌軸在其至少一側(cè)被引導，其中，該至少一條輸入管線設(shè)置在該至少一條輸出管線的上游或下面，其中，輸入管線與輸出管線之間的距離與該腔室的直徑的比值> 2:1，其中，輸入管線與輸出管線之間的距離與攪拌元件的攪拌臂的長度的比值為 3:1 50:1,其中，該攪拌軸的直徑與該腔室的內(nèi)徑的比值為O. 25、. 75，因此通過該至少一條輸入管線引入到混合裝置中的組分被攪拌和通過入口處的湍流混合區(qū)被連續(xù)傳輸，在湍流混合區(qū)組分由于攪拌單元施加的剪切力而湍流混合，組分在下游滲透混合區(qū)進一步混合，湍流在該區(qū)域減少，一個在出口處的層流混合區(qū)域，在該區(qū)域，在組分混合物中，一個溶致液晶相沿輸出管線方向被建立，b)至少一個攪拌單元驅(qū)動，和c)至少每組分或每組分混合物一個輸送裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，該腔室的形狀為圓筒、截頭圓錐體、漏斗、截頭拱頂或這些形狀的組合，腔室的直徑保持不變，或從輸入管線到輸出管線的方向逐漸減少，該攪拌單元與該腔室的形狀相適配。
3.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，該腔室的直徑與該輸入管線和該輸出管線之間的距離比值在l:5(Tl:2范圍之間。
4.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，該攪拌軸的直徑與該腔室的內(nèi)徑dk的比值優(yōu)選在O. 3*dk 0. 7*dk之間。
5.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，該攪拌元件的至少一個組件與該腔室的內(nèi)壁平行并且分開。
6.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，該攪拌單元是全葉片或部分葉片攪拌器，或全線網(wǎng)攪拌器或部分線網(wǎng)攪拌器，或上述組合。
7.如權(quán)利要求I至6中任一項所述的乳化裝置，其特征在于，該腔室至少有一個促進層流的擋板。
8.如權(quán)利要求I至6中任一項所述的乳化裝置，其特征在于，至少一個混合裝置具有多個串聯(lián)連接的旋轉(zhuǎn)對稱腔室。
9.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，作為第一混合裝置的混合裝置具有至少一個連接下游的混合裝置，一個溶致液晶相出現(xiàn)在第一混合裝置下游的混合組分中，在至少一個進一步混合裝置下游的混合物的粘度等于或小于第一混合裝置下游的粘度。
10.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，至少一個流動傳感器被設(shè)置在至少一條管線中。
11.如權(quán)利要求I所述的乳化裝置，其特征在于，至少一臺溫度控制設(shè)備被耦合到至少一條管線，以至于組分、混合組分和/或乳液或分散體可加熱或冷卻。
12.如權(quán)利要求I至11所述的乳化裝置，其特征在于，驅(qū)動、傳輸裝置、傳感器、溫度控制裝置連接到一個控制裝置，該控制裝置監(jiān)視和控制混合裝置、組分、組分混合物或乳液或分散體的供應(yīng)與去除，該控制裝置控制系統(tǒng)以至于在第一混合裝置獲得的混合物的粘度總是大于或等于在混合裝置下游的粘度，一個混合組分的層流得到保證。
13.如權(quán)利要求12所述的乳化裝置，其特征在于，該控制裝置是或能連接到遠程維護模塊和/或配方管理模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及連續(xù)生產(chǎn)具有液晶結(jié)構(gòu)的乳液、納米乳液和/或分散體的乳化裝置，該裝置包括a)至少一個混合系統(tǒng)，b)至少一個攪拌元件的驅(qū)動，和c)至少一個每種組分或每種組分混合物的轉(zhuǎn)移單元。
文檔編號B01F7/00GK102946983SQ201180031780
公開日2013年2月27日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者蓋爾德·達姆斯, 安德里亞斯·榮格, 亨里克·德爾 申請人:Otc股份有限公司