专利名称：特别是用于对两种不互溶液体进行分散或乳化的搅拌装置和方法
技术领域：
本发明特别是涉及用于对两种不互溶液体进行分散或乳化的搅拌装置和方法。
已经知道，旋转搅拌器包含有固定在轴上的一个或多个可动部件。这个搅拌器把剪切、湍流和环流引入待混合的液体中，它们尤其是取决于可动部件的特征，特别是取决于可动部件的几何形状。
对于不互溶液体的分散或乳化来说，重要的是搅拌器给予强烈的剪切。
这样的搅拌器的例子是具有转子和定子的混合器。这种型式的装置由Rayneri以Ultramix为商标，IKA以Ultra Turrax为商标销售。转子，例如涡轮，安装在一个固定件，定子，里面。转子相对于定子的相对位移则产生了剪切力，这个剪切力导致液体的分散或乳化。
1977年3月30日到4月1日举行了Second European Conferenceon Mixing(第二次欧洲混合过程会议)，由会议文献“Development ofself-inducing disperser for gas/liguid and liguid/liquidsystems(用于气体/液体和液体/液体的自感应(self-inducing)分散器的发展)”一文中还得知一种混合技术，这种技术是建立在由流体所受到的离心力而导致的剪切的基础上的。它与可动搅拌部件的特殊设计所产生的文丘里效应(effet Venturi)有关。
此外，也知道静态混合器，在这种混合器中，液体流依次穿过一系列固定的混合部件，使液体流偏转和分割。这种器械的效率与混合部件的几何形状以及它们的数目有关。
然而，这两种装置都有缺点。
这是因为，由于转子和定子搅拌器的间隙(entrefer)尺寸小，这意味着对加工和对准的误差，对定子中的小孔的几何形状和转子的高速度的误差有苛刻的要求，为了适应在液体内部产生强烈剪切的要求，这些具有转子和定子的搅拌器因而都是复杂的机械装置。此外，在小体积中耗散了相当大的能量而导致发热，这可能影响待混合的流体，甚至带来安全问题。
静态混合器要求使待混合的液体流动。于是通常要使用机泵。另外这些装置不怎么适合于制备不互溶液体的分散液或乳化液。
英国专利No.237,325描述了一种使不互溶液体或气液混合物进行混合、乳化或雾化的装置。这种装置是由安装在轴上的两个共轴的圆盘组成的，它们由一个环形空间分离开来，此环形空间中则填充了的流体可渗透的填料。由圆盘和填料组成了一个组合件，待处理的流体通过此组合件中心的导管被引入。当装置旋转的时候，离心力使流体穿过填料被排出，这和静态混合器使液体流分割并给予剪切力所起的作用一样，当流体从此组合件的中心向其外围行进时，导致越来越充分的混合。
美国专利No.2,814,527描述了一种离心雾化器，其基本工作原理类似于上述英国专利中描述的装置，液体在离心力的作用下流动穿过一套导流板时被雾化，这里的导流板是按照特别的几何形状安排在雾化器的周围。
在这些英国和美国专利中描述的器械非常适合于连续过程中的液体雾化或液体混合，但是它们却不适合于批量过程中(不连续)进行两种不互溶液体的混合或乳化，在这里可动的搅拌部件在整个操作期间都是浸在待混合的液体中。
美国专利No.6,280,078描述了一种对液体进行混合和充气的器械，此器械是由外径相同而内径却逐渐减少的同心环堆组成的，这些环固定在一条公共的轴上，彼此由挡片分离开来，在这些环中间限定一些允许液体通过的自由空间。这种装置浸在待混合或待充气的液体中。当它旋转时，离心力在液体的自由表面之上造成对液体，如果需要的话，和对空气的吸取，并使它们穿过将这些环分离的自由空间而排出。
美国专利No.6,280,078中描述的器械尤其是适合于液体的充气，它在混合两种不互溶液体的情况下不包含任何用来使待混合的液体充分混合的特殊装置，本发明的目的是提出一种搅拌装置和方法，特别是用于不互溶液体的分散和乳化，它没有现有技术的缺点。
因此本发明的对象是一种旋转搅拌装置，它包含有径向安装在空心轴上的，按照静态混合器原理工作的混合部件，这个混合部件包含一个填充了填料的，并与空心轴的内部空间和待搅拌流体介质连通的空腔。
按照本发明的一个特别的实施例，这个混合部件包含有-两个其中心打孔的圆盘；-使这两个圆盘彼此成一整体的固定装置，它在圆盘之间限定一个空间；以及-安置在如此限定的空间中的填料，空心轴是由与圆盘之一成一整体的上部和与另一圆盘成一整体的下部构成的。
特别是，在空心轴的上部和下部中打上了一个或多个开口，允许待混合流体在轴中和在填料中流动。
按照一个实施例，第一和第二圆盘之间的固定是由一个或多个定位件实现的。
空心轴下部中的开口最好是由它的端部组成的。
空心轴上部中的开口由制作在空心轴侧面的开口组成是有好处的。
按照另一个实施例，在空心轴上径向固定了一根或多根导管。它们与轴的内部空间连通并充满填料，此填料类似于现有技术的静态混合器中所用类型的填料。
填料由用适当材料，也就是说，特别是用对于待混合流体是惰性的材料制成的一套固体部件组成是有好处的。这些固体部件可以，例如，是由金属、塑料、陶瓷材料或玻璃制作的。在组成混合部件自由空间的空腔内部，它们可以按照规则的或不规则的排列进行安置。填料固定在空腔中使得能防止它在待混合流体运动作用下产生位移或泄露是有好处的。
填料特别是可以由一层或多层栅网组成。栅网是金属是有好处的。
例如，它可以包含有两层，这两层是由构成混合区域的空间分离开来，必要时可装备有多孔板或栅网，多孔板在它的外围选择性地加工成波纹板，而栅网则具有一个较大的网眼开口。
本发明的另一个对象是用旋转搅拌装置制备不互溶液体的分散液或乳化液的方法，这个旋转搅拌装置包含有按照静态混合器原理工作并径向固定在空心轴上的混合部件，这个混合部件包含有填充了填料的空腔，该空腔一方面与空心轴的内部空间连通，另一方面与待搅拌流体介质连通，这其中使搅拌器旋转，待混合的液体在离心力的作用下穿过空心轴被吸入，穿过填料被彻底混合，然后再被排出到填料的外围。
本发明的另一个对象是把按照本发明的装置用于制备不互溶液体的分散液和/或乳化液。
附图
表示了按照发明搅拌器的一实施例，参考这个单一的附图，对按照本发明的装置进行更详细地解释。
按照单一图中图解说明的本实施例，此装置包含有下列部件-第一上部，它包含有用任何已知的机械法(例如焊接、螺丝)固定在空心轴1下端的第一圆盘5。空心轴1在靠近其侧向孔6的上端是打了孔的，它允许其中沉浸有本装置的液体环流；-类似于上部的下部，它包含有用任何机械法固定到空心轴2上端的第二圆盘5′。空心轴2的下端是敞开的，让其中浸沉了本装置的液体自由通过。
两个圆盘5，5′被彼此做成一体，同时用任何合适的装置在它们之间作成一个空间。这种装置最好是由位于圆盘外围并有规则分布的几个定位件组成，例如互相成120°，在圆盘之间构成一个柱形空间。连接这两个圆盘的定位件的数目最好是与本装置的尺寸成比例。在使用单个定位件的情况下，要注意平衡，以便保证整体有一个好的转动。在圆盘5，5′之间构成的空间填充了构成导流板的填料。这样的填料最好是由几层金属栅网的堆叠组成的，金属栅网裁成圆盘形式，直径与圆盘5，5′的一样。
在装置上部空心轴1的上自由端，由任何适宜的机械法(例如焊接、螺丝)固定了一根实心轴，这根实心轴允许直接地或经由减速器把本装置连接到一个马达上，这个马达能够使实心轴转动。
最好是，一方面是空心轴1和圆盘5，另一方面是空心轴2和圆盘5′各自都构成一整体，轴和圆盘彼此用任何合适的方法(焊接、螺丝等)做成一个整体。
然而，一旦圆盘5，5′限定一个包含填料的混合空间，使得两个空心轴相连并允许获得的混合物径向抽取时，它们原则上就可以由被认为是等同物的其他部件代替。这些部件能让整体有一个好的转动。举例来说，这里可以提到使用几个空心叶片(pales)或几根导管，它们与轴相连通并且各自都单独装备有类似于静态混合器中使用的填料部件。
另外可以把叶片(例如具有Rushton混合器中那种类型的)设置在这个(些)圆盘(5，5′)上，以便开始得到粗的混合物，然后再用按照本发明的搅拌器进行精制。
按照本发明的搅拌器的工作如下把待混合的液体引入一个适当的其中安置有搅拌器的容器中。最好是两种液体之间的分界面位于填料的高度，也就是说，每根轴都沉浸在不同的液体中。当搅拌器旋转的时候，液体在离心力的作用下穿过空心轴被吸入，穿过构成导流板的填料时被彻底混合，然后被排出到填料的外围。
用这样的方式，搅拌器的旋转允许填料起静态混合器的作用，从而加强已经得到的混合效果。
这是因为，按照本发明的装置允许在与已知的转子-定子搅拌器相比低得多的速度下制备两种液体的乳化液。
从而按照图中所标明本实施例的搅拌装置，已经被用来使水和标准的符合多种规格的车用机油(huile moteur multigrade)的混合物进行分散。对于一个直径11cm的圆盘来说，只用60rpm的转速，不到5分钟就得到稳定的乳化液。
按照本发明的方法在于使用按照本发明的装置来实现不互溶液体的分散或乳化。
这个方法可以是连续的或不连续的。
按照本发明的方法和装置因此允许以简单灵活快速便宜地，在低转速下有效地实现混合，特别适合于不互溶液体的分散或乳化。
从而本发明允许对反应或聚合之前不怎么相容的液体成分进行混合。由于不产生涡流，所以本发明就允许在使用较少量表面活性剂的情况下工作，而且能避免形成泡沫。
作为按照本发明的装置和方法的特别有兴趣的运用，可以提及的有反应(聚合反应等)用不相容液体分散液的制备，加料乳胶分散液(这些分散液可以不使用消泡剂来制备)或乳化聚合反应用乳化液的制备。
按照本发明的搅拌器通过增加比表面积来促进液体/液体的传输，促进液体中液体或固体的快速分散，不用剪切，因此没有发热。
例子下面的例子用于说明本发明，而不是限制本发明的范围。
例子1在这个例子中，对Rushton涡轮、上述IKA公司的具有转子和定子的混合器以及按照本发明的装置进行了比较。
透明试验槽的直径为28cm，在其外围对称地安装有四个对应叶片(contrepales)，包含大约20升的液体。
把Rushton涡轮(直径10cm)和按照本发明的装置(直径11cm)装入(在三个对比试验中)试验槽中，试验槽中包含有50％的油和50％的水(按体积％)，并通过可变速搅拌马达而使它们旋转。
用一个Brookfields黏度计(模数2，速度20)监视试验槽中内容的黏性演变。
使用以300rpm和500rpm旋转的Rushton涡轮(6叶片)，油和水之间的分界面立刻消失，但是溶液是非稳定的，在进行黏度测量之前，所取的样品部分地沉淀(décanter)了。用模数为2(速度20)的Brookfields黏度计，黏性是不可测量的。形成了一个涡流。
利用具有转子-定子和机泵类型的IKA混合器(转子转速3000rpm，流速1l/s)，放在包含30升水-油混合物的反应器上的旁通环(boucle de dérivation)中，试验进行水-油混合物的直接乳化，但是乳化是不稳定的，不能直接得到均质产品和代表全部溶液整体的样品。转子-定子系统没有能力混合这两种液体，经过6次处理不能生成均质产品。为了让IKA混合器提供乳化液(品质与按照本发明的装置得到的大致一样)，必须有预混合(用按照本发明的装置)。
使用按照本发明的装置，我们看到，油和水之间的分界面很快地消失，黏性演变得迅速，在300rpm时稳定在560cps，在500rpm时稳定在620cps。溶液是乳白色的，但用肉眼仍可以辨别有几滴油，其尺寸大约为0.5mm，它们没有被分散。没有产生涡流，搅拌介质的表面保持平面状态。
按照本发明的装置允许泵送，迅速地确保被处理的溶液很均质，不造成涡流。与IKA混合器不同，按照本发明的装置不需要旁通环。因此与IKA混合器相比较灵活得多。
例子2在这个例子中，对例子1中用按照本发明的装置乳化过的混合物沉淀所需要的时间，也就是说，使两相回到其初始状态所需要的时间进行了比较。
这个时间取决于搅拌速度-对于300rpm是2小时30分钟-对于500rpm是5个小时。
使用Rushton涡轮，经过300rpm的搅拌以后，回到初始状态只要30分钟，这意味着乳化是比较不稳定的。
权利要求
1.一种旋转搅拌装置，它包含有径向安装在空心轴(1，2)上的，按照静态混合器原理工作的混合部件，这个混合部件包含一个填充了填料的空腔，该空腔一方面与空心轴的内部空间连通，另一方面与待搅拌流体介质连通。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于此混合部件包含有-两个在其中心打孔的圆盘(5，5′)；-一个固定装置(3)，它使得两个圆盘(5，5′)相互成一整体，在它们之间限定一个空间；以及-安排在如此限定的空间中的填料(4)，空心轴是由上部(1)和下部(2)构成的，上部与圆盘(5)成一整体，下部与圆盘(5′)成一整体。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于空心轴(1，2)在其上部包含有一个开口(6)，在其下部包含有一个开口(7)。
4.按照前面权利要求中的一项所述的装置，其特征在于第一和第二圆盘(5，5′)之间的固定是通过一个或多个定位件实现的。
5.按照前面权利要求中的一项所述的装置，其特征在于空心轴(2)中的开口(7)是由其端部构成的。
6.按照前面权利要求中的一项所述的装置，其特征在于空心轴(1)中的开口(6)加工在轴的侧面。
7.按照前面权利要求中的一项所述的装置，其特征在于在空心轴(1，2)上径向固定了一根或多根导管，它们与轴的内部空间连通并充满填料。
8.按照前面权利要求中的一项所述的装置，其特征在于填料(4)是由一套固体部件组成的，这些固体部件由金属、塑料、陶瓷、玻璃材料制成，它们按照规则的或不规则的排列进行配置。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于填料(4)是由一层或多层栅网组成的。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于栅网是金属的。
11.按照前面权利要求中的一项所述的装置的用途用于制备不互溶液体的分散液和/或乳化液。
12.用旋转搅拌装置制备不互溶液体的分散液或乳化液的方法，这个搅拌装置包含有按照静态混合器的原理工作的并径向固定在空心轴(1，2)上的混合部件，这个混合部件包含有填充了填料(4)的空腔，该空腔一方面与空心轴的内部空间连通，另一方面与待搅拌的流体介质连通，其中使搅拌器旋转，待混合的液体在离心力的作用下穿过空心轴被吸入，穿过填料被彻底地混合，然后被排出到填料(4)外围。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于一种液体通过上部(1)进入，而另一种则通过空心轴的下部(2)进入。
14.按照权利要求12或13所述的方法，其特征在于旋转搅拌装置是按照权利要求2到10中的一项所述的装置。
15.按照权利要求12到14中的一项所述的方法，其特征在于两种液体之间的分界面位于填料(4)的高度。
全文摘要
本发明涉及的是一种旋转搅拌装置，它包含有径向安装在空心轴(1，2)上的，按照静态混合器原理工作的混合部件，这个混合部件包含一个填充了填料的空腔，该空腔一方面与空心轴的内部空间连通，另一方面与待搅拌流体介质连通。本发明还涉及到使用此装置进行搅拌的方法。
文档编号B01F15/00GK1638854SQ03805688
公开日2005年7月13日 申请日期2003年1月10日 优先权日2002年1月11日
发明者D·屈赞, M·巴罗尼 申请人:阿托菲纳公司