一種用于液-液混合乳化的靜態混合器及其工作方法
【專利摘要】本發明公開一種用于液?液混合乳化的靜態混合器及工作方法，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設有至少兩個液體入口，所述混合器主體的另一端設有液體出口，所述液體入口和液體出口之間設有波紋板，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。本發明在靜態混合單元的波紋板的壁面上設置溝槽，可以使凈減阻達8%；本發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，微溝槽結構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-液混合乳化的靜態混合器及其工作方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種靜態混合器，具體地說是一種用于液-液混合乳化的靜態混合器及其工作方法，主要應用于石油化工、日用化工及能源等生產過程中的液-液均質混合和乳化等的化工工藝過程中。
【背景技術】
[0003]均質是食品或化工行業生產中經常要運用的一項技術。食品加工中的均質就是指物料的料液在擠壓，強沖擊與失壓膨脹的三重作用下使物料細化，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機使牛奶中的脂肪破碎的更加細小，從而使整個產品體系更加穩定。牛奶會看起來更加潔白。均質主要通過均質機來進行的。是食品、乳品、飲料的行業的重要加工設備。
[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-液界面現象，兩種不相溶的液體，若加入適當的表面活性劑在強烈的攪拌下，油被分散在水中，形成乳狀液。
[0005]乳化炸藥乳化基質現有制備工藝，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，以及它們的復合物。包裝型產品的油相材料為南陽復合蠟、茂名復合蠟，機油等。散裝型產品的油相材料為柴油、機油、再生油、輕蠟油等。
[0006]蘇爾士靜態混合器是在70年代由瑞士蘇爾士(sulzer)公司研制的一種靜態混合器，蘇爾士靜態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，就構成了蘇爾士靜態混合器，相鄰兩個波紋板間的波紋通道使流體在平行于波紋板平面的兩個不同的方向上流動，相鄰的下一個靜態混合單元，其波紋通道使流體在旋轉了一定角度的平面上流動，這樣，靜態混合器能使管內流體在空間三個方向上流動，使流體混合均勻。在蘇爾士型靜態混合器中，產生流體的分散和混合作用、每個單元板片的前緣對流體的剪切作用、相交通道會合點“混合小池”作用和流體作轉向時動壓力對流體的撕裂作用。
[0008]蘇爾士靜態混合器在湍流工作狀態下具有較優異的混合性能，隨著技術的發展，得到了廣泛的應用。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，在現在通用的化工工藝應用中，大多采用機械混合與靜態混合器串聯工藝，機械攪拌設備消耗功率大，工作流程不連續，工作介質不封閉，機械攪拌設備故障率高，在一些特殊工藝流程中，故障的發生直接導致化工生產出現危險。
[0010]使用本發明的一體化裝置，可代替現有乳化基質制備工藝中的二段法制備工藝，取消現有的粗乳，精乳。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于針對上述問題，提供一種用于液-液混合乳化的靜態混合器及其工作方法。
[0012]本發明解決其技術問題所采取的技術方案包括:一種用于液-液混合乳化的靜態混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設有至少兩個液體入口，所述混合器主體的另一端設有液體出口，所述液體入口和液體出口之間設有波紋板，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]優選地，在所述液體入口和液體出口之間設有靜態混合段，所述液體入口、靜態混合段和液體出口是相互連通的；所述靜態混合段包括若干波紋板單元，每個波紋板單元均由若干在縱向上重疊布置的波紋板構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，在經過文丘里高速段時，幾種液體由于截面積的突然減小，根據伯努利方程，流速增高、壓力減小，流體在此種情況下會形成高速湍流，呈現高度混合狀態，流體進入文丘里緩沖段時，流速減緩。
[0014]優選地，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]優選地，相鄰的波紋板之間波紋傾斜方向呈90°夾角，將夾角設為90°，流體會在波紋通道內旋轉90°，對流體的撕裂作用和剪切作用更為明顯，促使流體流動方向更為復雜，剪切作用加劇，混合效果好。。
[0016]優選地，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構。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，進而使波紋板的剪切混合作用更為明顯。
[0017]優選地，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揮最佳的減阻作用。
[0019]優選地，在所述液體入口和所述靜態混合段之間設有一文丘里管，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混合段相連通。
[0020]一種利用權利要求1-8所述的靜態混合器的工作方法，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進入混合器主體；
步驟2):液體在文丘里管內進行初步混合；
步驟3):液體進入靜態混合單元進一步混合后從液體出口排出。
[0021]優選地，所述步驟2)中，液體在經過文丘里管的小直徑段時，由于截面積的突然減小，根據伯努利方程，液體流速增高、壓力減小，液體在此種情況下會形成高速湍流，進行初步混合；
所述步驟3)中，液體在波紋板的導流作用下，形成交叉的液體，在靜態混合單元內進行剪切作用，完成最終混合。
[0022]—種靜態混合器的應用，應用到石油化工，日用化工等領域的液-液混合工藝以及乳化炸藥行業的乳化基質制備工藝。
[0023]本發明有益效果是:
1.本發明在靜態混合單元的波紋板的壁面上設置溝槽，壁面微溝槽減阻技術是表面處理技術的一種，實驗發現微溝槽壁面可以得到4%的減阻效果。通過改進微溝槽結構，可以使凈減阻達8%;本發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，微溝槽結構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，由于以上兩個因素的影響，本發明的微溝槽的應用使本發明的靜態混合單元比起傳統的蘇爾士混合器的減阻效能提尚8 %以上。
[0024]2.本發明溝槽的尺寸量級為微米級別，對于不同的流體粘度進行尺寸的調整，可以滿足不同的工藝要求，適用范圍廣。
[0025]3.本發明將靜態混合單元與文丘里管進行串聯，通過文丘里管對液體進行初步混合，靜態混合單元進行進一步的混合，可以達到理想的混合效果，使得單體設備完成兩段工藝，取消了機械攪拌工藝，減少了冗余設備，降低設備故障的發生率。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明用于液-液混合乳化的靜態混合器一種實施例的外部結構示意圖；
圖2為本發明用于液-液混合乳化的靜態混合器一種實施例的內部結構示意圖；
圖3為本發明用于液-液混合乳化的靜態混合器一種實施例靜態混合單元的結構示意圖；
圖4為本發明一種實施例微溝槽結構示意圖；
圖5為本發明一種實施例微溝槽局部放大結構示意圖；
圖6為本發明實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靜態混合段，8靜態混合單元，9液體出口。
[0027]
具體實施方法
結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0028]—種用于液-液混合乳化的靜態混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設有至少兩個液體入口，所述混合器主體的另一端設有液體出口，所述液體入口和液體出口之間設有波紋板，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-液混合乳化的靜態混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設有第一液體入口 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有液體出口 9;液體入口和液體出口 9之間依次設置有文丘里高速段4、文丘里緩沖段5和靜態混合段7;文丘里高速段4和文丘里緩沖段5構成一文丘里管，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，靜態混合段7的內部設有靜態混合單元8，全部的液體入口、文丘里高速段4、文丘里緩沖段5、靜態混合單元8和液體出口 9之間是相互連通的，靜態混合單元8內設有若干沿軸向依次排列的波紋板單元。
[0031]如圖3所示，每個波紋板單元由若干在縱向上重疊布置的波紋板構成，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]微溝槽結構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同時進入混合器主體；
步驟2):液體在經過文丘里高速段4時，幾種液體由于截面積的突然減小，根據伯努利方程，流速增高、壓力減小，流體在此種情況下會形成高速湍流，進行初步混合，呈現高度混合狀態，流體進入文丘里緩沖段5時，流速減緩；
步驟3):流體經過文丘里緩沖段5過渡之后進入靜態混合段7，流體由于波紋板的導流作用，形成交叉90度的流體，在靜態混合段7再次進行剪切作用，進行再次混合，形成高度混合的效果。
[0036]同時在微觀層面，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，進而使波紋板90度的剪切混合作用更為明顯。相鄰的靜態混合單元在靜態混合段7的軸向上有90度的相位差，此相位差促使流體流動方向更為復雜，剪切作用加劇。經過靜態混合段7內部一系列靜態混合單元8的作用，從液體出口9流出，使幾種液體高度混合。
[0037]靜態混合段7的長度，靜態混合單元8中波紋板單元的多少和波紋板尺寸的大小依據工藝流程進行調整，在滿足混合要求的情況下，將設備進出口壓降調整到最小，所耗功率最小為最理想工況。
[0038]本發明在波紋板上進行壁面溝槽處理，采用表面噴涂或者壓模刻畫的技術，達到微米級別的微溝槽，微溝槽的方向為沿波紋板的流動方向，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構。微溝槽的尺寸量級為微米級別，對于不同的流體粘度進行尺寸的調整，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;微溝槽結構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。由于以上兩個因素的影響，微溝槽的應用使本發明比起傳統的蘇爾士混合器的減阻效能提高8%以上。
[0040]本實施例還同時將文丘里混合器與微溝槽處理的靜態混合單元進行串聯，通過文丘里管對液體進行初步混合，靜態混合單元進行進一步的混合，可以達到理想的混合效果，使得單體設備完成兩段工藝，取消了機械攪拌工藝，減少了冗余設備，降低設備故障的發生率。
[0041]在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
【主權項】
1.一種用于液-液混合乳化的靜態混合器，包括混合器主體，所述混合器主體的一端設有至少兩個液體入口，所述混合器主體的另一端設有液體出口，其特征在于，所述液體入口和液體出口之間設有波紋板，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.根據權利要求1所述的靜態混合器，其特征在于，在所述液體入口和液體出口之間設有靜態混合段，所述液體入口、靜態混合段和液體出口是相互連通的；所述靜態混合段包括若干波紋板單元，每個波紋板單元均由若干在縱向上重疊布置的波紋板構成鄰的波紋板之間的波紋傾斜方向不同。3.根據權利要求1或2所述的靜態混合器，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.根據權利要求3所述的靜態混合器，其特征在于，相鄰的波紋板之間波紋傾斜方向呈90夾角。5.根據權利要求3所述的靜態混合器，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構。6.根據權利要求3所述的靜態混合器，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.根據權利要求2所述的靜態混合器，其特征在于，在所述液體入口和所述靜態混合段之間設有一文丘里管，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混合段相連通。8.—種利用權利要求1-7任意一項所述的靜態混合器的工作方法，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進入混合器主體； 步驟2 ):液體在文丘里管內進行初步混合； 步驟3):液體進入靜態混合單元進一步混合后從液體出口排出。9.根據權利要求8所述的工作方法，其特征在于， 所述步驟2)中，液體在經過文丘里管的小直徑段時，由于截面積的突然減小，根據伯努利方程，液體流速增高、壓力減小，液體在此種情況下會形成高速湍流，進行初步混合； 所述步驟3)中，液體在波紋板的導流作用下，形成交叉的液體，在靜態混合單元內進行剪切作用，完成最終混合。10.—種如權利要求1-7任意一項所述的靜態混合器的應用，其特征在于，應用到石油化工，日用化工等領域的液-液混合工藝以及乳化炸藥行業的乳化基質制備工藝。
【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