混炼机和混炼方法

专利名称：混炼机和混炼方法
技术领域：
本发明涉及混炼并且提供了新的混炼装置和混炼方法。特别地，本发明涉及对粘性材料的高能混炼(high energy mixing)。应该理解的是， 所述术语"混炼"包括对单一材料的加工。
背景技术：
混炼操作一般理解为包括两个不同的动作分散混炼和分布混炼。在 分散混炼过程中，被混炼的材料的单个部分进行混炼，无论是固体还是流 体，所述材料具有通过施加应力而改变的它们各自的几何形状。当增加独 立部分的数量时，通常表现为减少单个部分的平均尺寸。在分布混炼过程 中，所述材料无论是固体还是流体，将材料的单个部分溶合在一起以便获 得各种材料部分相对于彼此的在分配过程中的空间一致性。由此，良好的 混炼操作通常要求既发生分散混炼又发生分布混炼。例如聚合物的高粘性材料的混炼通常以分批处理或连续处理获得。 在例如用于聚合物配制(polymer compounding)的分批处理过程中，分 批处理通常设计处成使得分布混炼的量最大化， 一般是为了保证将多种成 分很好地混炼在一起。该分布混炼要求不利于该分批处理机器执行高应力 分散混炼的能力。如此使用的典型机器是用于聚合物的密炼机(internal mixer)和用于将例如涂料和粘合剂的材料混炼的珠状开炼机(bead mill) 和锯齿状的分散器(disperser)。用于分批混炼高粘性流体的机器的不常见的类型是双辊开炼机，所述 双辊开炼机比密炼机具有更高的分散混炼的水平。所述双辊幵炼机将相对 高水平的应力施加到通过两个平行辊之间的狭窄隙缝的材料上，尽管能够 由所述机器的机械强度限制以上述方式施加的应力量，其中所述机器的机 械强度抵挡所述辊之间产生的强分离力。另外，由对所述材料的有效操作 (通常是手动)的需要限制所述双辊开炼机分布混炼的效率从而引起材料反复进入所述辊隙并且沿所述辊的轴向长度移动材料。在分散混炼性能力和分布混炼能力上的相同限制适用于例如包括多于一组平行辊的砑光机(calender)的机器。在这点上，人们注意到间歇 式密炼机(batch internal mixer)可以被认为是双辊开炼机的封闭形式， 其中通过所述辊之间隙缝的材料在所述机器内反复循环以便在没有进一 步的干涉的情况下重新进入所述隙缝。虽然所述动作提高了所述双辊开炼 机分布混炼效率，但是由于强度和效率以及适应能够促进分布流动的几何 特征的需要的原因，密炼机的辊之间的隙缝大于双辊开炼机的辊之间的隙 缝，因此，所述混炼机的分散混炼能力次于开炼机的分散混炼能力。一般通过例如静态混炼机或生产流水线内的搅拌混炼室的高分布并 且低分散的装置、或通过挤出机完成在连续处理过程中的高粘性材料的混 炼。所述挤出机一般采取单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的形式，本质上， 所述单螺杆挤出机是分散混炼机优于单螺杆挤出机是分布混炼机，所述双 螺杆挤出机能够比单螺杆挤出机达到更好的分布混炼效果，但是本质上， 螺杆分离力在能够施加到被处理材料上的分散应力的量的方面限制所述 双螺杆挤出机。在这点上，所述单螺杆挤出机能够被认为是含有泵送功能、 加热功能和混炼功能的折衷的设计产物，并且所述混炼功能主要与达到在 所述机器的整个环形横截面上充分地均匀分布材料有关。因为所述单螺杆 挤出机不是容积泵，其压縮材料的能力有限并且由此所述单螺杆挤出机在 轴向推进材料通过多个高剪切区域从而达到分布混炼的显著水平方面的 能力有限。此外，单螺杆挤出机本身没有将高剪切应力施加到容纳在所述 螺杆内的所有材料上。然而，挤出机可以配备混炼部件，所述混炼部件通 常包括一种或多种有限长度的螺纹以便将剪切应力施加到所述材料上。然 而，在上述混炼部件中，能够施加的剪切能的量是有限的。所述双螺杆挤出机在方式上与所述单螺杆挤出机相似，无论共同旋转 还是反向旋转，所述双螺杆挤出机不是容积泵并且在泵送方面受到同样限 制。与所述单螺杆挤出机不同的是，借助所述两个螺杆的结构之间的相互 作用所述双螺杆挤出机提供对材料的主动分布混炼(active distributivemixing)。通过相似地考虑施加到双辊开炼机上且如上所述的水平，所述 双螺杆挤出机施加相对高水平的分散应力的能力是有限的，即，可旋转部件，由于它们之间的相互作用而引起所述可旋转部件丧失平衡力，并且对 此必须增加施加到所述螺杆及其驱动系统上的净轴向力。在例如材料在所 述挤出机螺杆的低应力区域内经过的时间比例的其它方面，所述双螺杆挤 出机受到与所述单螺杆挤出机相似的限制。因此可见，通常，混炼高粘性材料通常所使用的机器类型中，所述机 器的设计不适合在达到可接受水平的分布混炼的同时有效地将很高水平 的应力和能量施加到高粘性材料上以便最大化分散混炼。本发明的一个目 的是提供一种混炼机，无论在连续处理过程中还是在分批处理过程中，所 述混炼机能够完成上述混炼。发明内容根据本发明的第一方面，提供了一种细长的环形混炼室，所述细长环 形混炼室围绕纵向轴线限定、并且具有限定在第一细长混炼部件的相对的 表面之间的径向宽度，所述第一细长混炼部件轴向布置在第二管状混炼部件内；相对可旋转的第一和第二混炼部件；用于引导有待混炼的材料进入所述混炼室的进口 ，和用于将材料从所 述混炼室中移出的出口，其中对于第一和第二混炼部件的任何给定的旋转位置，所述混炼室的 至少一个轴向延伸部分的径向宽度围绕所述轴线改变从而限定至少一个 径向收縮部分(radial constriction);所述径向收缩部分在以不大于45度的角度对着容纳所述轴线的任何 平面的方向上沿所述混炼室的所述部分的长度延伸。根据本发明的所述装置迫使所述混炼室内的材料反复地流经径向收 縮部分，所述径向收縮部分在所述材料上施加高剪切应力。所述装置优选地包括用于将材料泵送到所述混炼室内和泵送出所述 混炼室的泵。例如，在优选实施例中，所述进口定位成邻接所述混炼室的 一端，所述出口定位成邻接所述混炼室的另一端，并且设置所述泵以便在 连续处理过程中将材料泵送通过所述混炼室。由于所述第一和第二混炼部件的相对旋转，当材料流经所述收縮部分时，所述或每个径向收縮部分提供了用于促进大体上周边拉伸流动和/或 周边剪切流动的相对高的应力区域。在通过所述高应力区域的连续通道之 间，所述混炼室内的材料将流经无收縮部分(即，相对大的宽度)区域， 所述无收縮部分区域提供相对低应力的区域。优选地，所述混炼室的几何 形状使材料不会停滞在所述低应力区域。由此，本发明提供了具有混炼室的动态混炼装置，所述混炼室构造成 使材料存在于所述混炼室内，所述混炼室具有连续收縮部分或扩张的流动 通道，当所述混炼部件相对旋转时所述材料流动通过所述流动通道。所述 混炼室内的材料由此受到由于通过所述或每个径向收縮部分的材料的周边粘性流(circumferential drag flow)产生的拉伸应力和/或剪切应力。 在连续的混炼过程中，所述混炼室内的材料受到由于它们相应的流动模式 产生的径向流和周边流的混炼。确保所述径向收缩部分沿直线延伸，所述直线与包含所述混炼装置的 纵向轴线的任何平面之间不大于45度，从而确保有所述混炼部件的相对 旋转不会产生显著的泵送力。以上不同于例如螺杆挤出机，在所述螺杆挤 出机中挤出机螺纹相对于旋转轴线更加过分地倾斜从而产生所要求的泵 送力。优选地，在垂直于所述轴线的平面上，对于任何在垂直于所述轴线的 平面上通过所述混炼室的横截面，所述或每个径向收缩部分具有径向宽 度，所述径向宽度与第二管状混炼部件在所述横截面上的最小内径的比至 少是0. 05，或者沿所述混炼室的所述部分的长度所述径向宽度与第二管状 混炼部件在所述横截面上的最小内径的比平均至少是0. 05。例如，在单螺杆挤出机的情况下，所述挤压过程要求仅仅材料的小部 分可以进入所述挤出机螺纹的末端与所述料筒的内表面之间的隙缝。因 此，最小化所述隙缝以便最大化泵送效率并且以便确保在挤出机内的材料 当其从挤出机的进口到出口时保持在螺旋通道内。因此，没有大量材料沿 周边通过所述螺纹从而所述挤出机内的所述材料没有高剪切作业。所述或每个径向收縮部分在大体上平行于所述纵向轴线的方向上沿 所述混炼室的所述部分的长度延伸。所述混炼室的部分可以包括限定在进口与出口之间的所述混炼室的整个长度。典型地，所述混炼室的长度将是其最小直径的至少三倍，并且通常大 于其最小直径的5倍。在一些实施例中，所述混炼室的长度可以是所述混 炼室的最小直径的十倍或更多倍。优选地，至少两个所述径向收缩部分围绕所述混炼室有角度地布置从 而对于所述混炼部件的任何旋转位置在所述混炼部件上的径向力是平衡 的从而在任何径向方向上的净力大体上为零。例如，可以仅仅限定两个所述径向收縮部分，使得对于所述混炼部件 的任何旋转位置，第一径向收縮部分与第二径向收縮部分在直径上相对。 可选地，可以限定多于两个径向收縮部分，从而所述混炼部件具有围绕所 述轴线的旋转对称。在一些实施例中，所述第二管状混炼部件的内表面沿所述混炼室的所 述部分的长度具有大体上圆形的轮廓，并且其中所述第一混炼部件的外表 面沿所述部分的长度具有非圆形的轮廓从而至少部分限定所述或每个径 向收縮部分。在一些实施例中，所述第二管状混炼部件的内表面沿所述混炼室的所 述部分的长度具有非圆形轮廓以便至少部分限定所述或每个径向收缩部 分。本发明也提供一种混炼方法，所述混炼方法提供一种混炼装置，所述 混炼装置包括细长的环形混炼室，所述细长环形混炼室围绕纵向轴线限定、并且具 有限定在第一细长混炼部件的相对的表面之间的径向宽度，所述第一细长混炼部件轴向布置在第二管状混炼部件内； 相对可旋转的第一和第二混炼部件；用于引导有待混炼的材料进入所述混炼室的进口 ，和用于将材料从所述混炼室中移出的出口，其中对于第一和第二混炼部件的任何给定的旋转位置，所述混炼室的至少一个轴向延伸部分的径向宽度围绕所述轴线改变从而限定至少一个 径向收缩部分；所述径向收縮部分在以不大于45度的角度对着容纳所述轴线的任何平面的方向上沿所述混炼室的所述部分的长度延伸； 所述方法还包括步骤通过所述进口和出口将有待混炼的材料泵送通过所述混炼室；相对旋转所述第一和第二混炼部件以便使得在所述混炼室内的所有 材料多次流过所述或每个径向收缩部分。所述两个混炼部件的相对的表面可以在相对于旋转轴线的某一角度 或某些角度上轴向延伸，并且由于所述部件的相对轴向移位因此在所述相 对的表面之间的径向距离上产生变化。在可应用的情况下，锥形表面的这 种布置可以允许从整体的外圆柱部件中轴向抽出内圆柱，尽管通过沿至少 一个轴向平面分段外圆柱部件，产生这些轴向干扰的可选的几何形状也是 合适的。在部件以上述方式上述倾斜的布置的情况下，可以提供将一个部 件相对于另一个部件轴向移位的装置。所述装置可以包括，例如，能够将 外部部件相对于轴向固定的内部部件定位在各个轴向位置的一套外部固 定件，能够将内部部件相对于轴向固定的外部部件定位在各个轴向位置的 机构，或所述两者的某种组合。另外，当所述装置是固定的时可以操作用 于调节两个部件的相对轴向位置的装置，或当所述装置在从事生产时可以 操作所述装置以便调节所述位置并由此调整径向间隙。优选地， 一个或两个所述混炼部件包括用于冷却或加热所述部件的表 面和/或所述混炼室内的材料的装置。所述装置可以包括一个通道或多个 通道，通过所述通道传送冷却和/或加热流体。优选地，部件内的所述通 道或混炼室将接近面对所述混炼室的壁定位。可以应用例如电热元件、热 泵、或外置风机的传热可选装置替代传热流体。优选地，所述混炼结构可以由表面限定，所述表面在垂直于所述旋转 轴线的平面内，所述表面作用在所述混炼室内的材料上从而在两个混炼部 件中每一个上产生一组反应力，因此如此产生的矢量力的径向分量的总量 为零或另外是足够小的值从而避免了对所述装置相对的表面的损坏。所述 混炼结构可以由表面限定，所述表面在垂直于所述旋转轴向的平面内，围 绕所述旋转轴线旋转对称和/或反射对称。可选地，尽管所述混炼结构不 是几何对称，所述混炼结构被限定提供所述一组径向平衡的反应力。本发 明的一些实施例可以包括单一类型的混炼结构，无论所述单一类型的混炼结构是几何对称或非几何对称。本发明的其它实施例可以包括两个或更多 类型的混炼结构，几何对称的或非几何对称的，所述混炼结构分别轴向移 位从而当材料通过所述装置的长度时对其进行不同的混炼作用。可以限定所述混炼结构用于以一种方式作用在所述混炼室内的材料 上，所述方式与混炼部件相对于彼此的相对旋转方向无关。当所述混炼部 件在第一方向上相对旋转时，上述作用将会在所述材料上产生应力和流动 特性，所述应力和流动特性不同于当所述部件在相反的第二方向上相对旋 转在时产生的应力和流动特性。优选地，在所述混炼操作期间，材料完全占据形成在所述部件表面之间的大体上环形空间。通过泵送装置和加压装置，有待混炼的材料可以在所述装置的进口出现负压，驱动所述泵送装置和加压装置可以独立于所述装置驱动，也可以与所述装置共同驱动。在本发明的第一优选实施例中，将所述材料输送到所述装置的装置是独立驱动的挤出机或容积泵。在本发明的第二优选实施例中，将所述材料输送到所述装置的装置是直接连接到所述进口的挤出机，由此，所述挤出机的外料筒与所述装置的外部部件接合，并且所述挤出机的内螺旋与所述装置的内部部件接合并且由所述装置的内部部件驱动旋转。还可以使用连接和驱动上述布置的可选方法。为了结合其推进力调节所述材料的流动速率(或流量)和压力，可以将施加背压到所述装置的装置连接到出口。所述装置可以例如是冲模、阀 门或限制流动的类似装置，并且可以提供固定的或变化的流动和/或压力 调节。优选地，根据本发明的装置可以装有用于驱动一个混炼部件或具有相 对可旋转运动的两个混炼部件的装置。所述相对旋转的速度可以间歇地或 周期性地改变，以便将分散混炼功率的不同水平施加到所述混炼室内的材 料上。所述相对旋转的方向可以间歇地或周期性地颠倒，以便依据应力和 /或流动模式将不同混炼作用施加到所述混炼室内的材料上。所述混炼装置可以包括用于将材料从不同于混炼室进口的一个或多 个位置添加到所述混炼室的装置。上述入口可以定位在沿所述装置的轴向 长度或围绕所述装置的径向边界的一个或多个位置上。优选地，在供给压 力下完成在所述中间位置上添加材料，所述供给压力大于或等于在进入点上存在于所述混炼室内的压力。通过调节所述装置的旋转速度，可以在任何情况下控制施加到所述混 炼室内的材料上的混炼功率。通过分别调节所述装置的旋转速度和通过所 述混炼室的材料的流动速率，对于任何特殊的材料需求，可以控制施加到 每单位容积材料上的混炼能的净总值。在操作期间，可以间歇地或周期性地改变所述装置的旋转速度和方向以便获得所要求的所述混炼室内的混 炼效果。通过改变供给到所述混炼室的材料的泵送压力和/或泵送率，通 过改变所述装置的出口状态，或通过上述方法的某些组合，可以典型地调 节通过所述机器的流动速率。通过改变一个混炼部件或两个混炼部件的长 度和/或通过改变所述混炼部件之间的径向分离距离，可以调节施加到所 述混炼室内的材料上的混炼能的量。根据本发明的装置可以使用在连续处理操作中，并且在所述混炼室在 其进口提供在适当压力下连续材料供给的情况下，使用分批处理操作中。根据本发明的装置可以用于混炼单一材料(在此文献中的术语"混炼" 用于整个混炼行业中，是指，例如用于将材料破碎成较小的组成部分的材 料的分散混炼，总体上，通过所述材料所述分散混炼在分布这些较小的部 分时可结合分布混炼)或多种不同材料，所述多种不同材料包括流体和固 体的混合物、或仅仅是能够以类似于流体的方式运动的固体。当处理交联 材料时，所述装置可以用于产生所要求的应力和流动状态用于选择性地断 裂交联。另外，所述装置能够用于提供包括压力、温度、运动和大小的物 理状态，所述物理状态被要求促进所述混炼室内的化学反应。


现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的具体实施例，其中图l是通过本发明的第一实施例的轴向截面图；图2是图1中的实施例的截面端视图；图3a、 3b、 3c是图l中的实施例的截面端视图，图示了各种可选类型 的冷却通道(不按比例)；图4a、 4b、 4c、 4d、 4e、 4f、 4g、 4h、 4i是图l中的实施例的截面端 视图，图示了各种可选类型的部件构造(不按比例)；图5a、 5b、 5c是图示对应于图4a、 4b、 4c的部件构造的局部剖开的立 体图(不按比例)；图6a、 6b、 6c是对应于图4a、 4b、 4c和图5a、 5b、 5c的内部部件构造 的立体图；图7a、 7b、 7c是图l中的实施例的剖面端视图，图示了非反射对称的 部件构造的各种可选类型(不按比例)；图8是图1中的实施例的截面端视图，图示了非对称几何形状；图9a、 9b、 9c、 9d是转子元件的各种可选结构的立体图，其中所述构 造包括轴向中断处(interruptions)(不按比例)；图10是通过本发明的第二实施例的轴向截面图，该第二实施例装有作 为材料推进装置的挤塑螺杆(extrusion screw);和图1 l是通过本发明的第三实施例的轴向截面图，该第三实施例装有轴 向渐缩的元件。
具体实施方式
应该理解的是，在此说明正文中所使用的例如"转子"、"定子"、"混 炼机"、"混炼"和"冷却剂"的术语仅仅为了说明目的而并不理解为限定 性定义。参照图l，所描述的混炼机包括转子l (第一混炼部件)，所述转子l安 装在定子外壳2(第二混炼部件)内和进口外壳3内，并且被支持在驱动轴环 9中，所述驱动轴环9被支持在传动箱5内的轴承4内。转子1围绕轴线XX旋 转。入口外壳3连接到定子外壳2且传动箱5连接到进口外壳3。电动机ll通 过齿轮减速器10旋转驱动该驱动轴环9。所述定子外壳2和所述齿轮减速器 10安装在支承框架12上。出口外壳6连接到定子外壳的相对端。上述进口 外壳3限定混炼机进口7且上述出口外壳6限定了混炼机出口8。通过外部安 装和驱动的泵送装置(没有示出)待混炼的材料被送入混炼机进口7，其 中混炼机进口7与该泵送装置连接。环形密封13防止材料在驱动轴环9的方 向上轴向泄漏，并且有待混炼的所述材料由此被轴向泵送进入转子1和定 子2之间的环形空间。容纳在转子1内的换热流体通道14用于引导流体，典 型的是冷却剂，沿转子的长度流过。转子1的外表面15和定子2的内表面16支撑突起与/或凹陷，所述突起与/或凹陷分别轴向延伸过转子l与/或定子 2的长度。应该理解的是，术语转子和定子可以互换，例如在类似于图l中所示 实施例的本发明的一个实施例中，外部混炼部件被可旋转地驱动，而内部 混炼部件被固定地支撑。应该进一步理解的是，本发明的另一个实施例可 以包括这样的装置，在所述装置中内部混炼部件和外部混炼部件均被可旋 转地驱动，同时维持内部混炼部件与外部混炼部件之间某种形式的相对旋 转。参照图2，显示了混炼部件1和混炼部件2的部分截面端视图。为了描 述的目的，显示部件1在示出的方向上围绕X轴旋转，同时部件2被固定地 安装。部件2的内表面16被限定成与所述轴线X等间距的旋转圆形表面。部 件1的外表面15包括两个在直径上相对的突起17，所述两个在直径上相对 的突起17将表面15从轴线X朝向部件2表面局部地(locally)径向向外延 伸，但是在表面15最接近部件2表面时与部件2表面分开径向缝隙18，且在 表面15最远离部件2表面时与部件2表面分开径向缝隙19。应该理解的是， 部件1的外表面15可以可选地描述成包括两个直径上相对的凹陷20，所述 两个直径上相对的凹陷20从在其最远延伸17处的径向隙缝18到在其最近 延伸20处的径向隙缝19朝向轴线X径向向内延伸。在混炼操作期间，在表面15与表面16之间由此形成的所述环形空间被 材料占用，并且某些外部泵送装置在轴向方向上将所述材料推进。在部件 l的旋转期间，当径向隙缝从隙缝19减少到隙缝18时位于最大隙缝19的区域内的材料将受到径向力和切向力的合力。当所述材料承受到垂直于所述 表面的足够高的应力时，即使在横向应力的情况下，由于粘性材料的边界 面倾向粘附到它们的边界壁也会出现上述效应。相对于箭头标示的移动方 向，每个突起的前沿21的轮廓形成为提供所要求的径向应力的逐渐施加， 由此当它被强制沿周向通过所述狭窄隙缝时，所述材料的一部分会受到剪 切应力和拉伸应力，其中所述狭窄隙缝可以被称为受压区。同时，不进入 所述受压区的所述材料的剩余部分遭受到较小剪切力，所述较小剪切力由 于部件1和部件2之间的相对旋转与所述材料的轴向泵送流动而引起，部件 l和部件2之间的相对旋转与所述材料的轴向泵送流动导致在相对较大的隙缝区域19内的环状流动模式，且所述材料运动具有径向速度、切向速度、 和轴向速度分量的某一合速度。上述作用促进了分布混炼。在径向隙缝最小的点处，即点18处，所述剪切应力达到其最大水平，然后当所述隙缝沿所述突起的后沿22扩大时所述剪切应力降低。在径向应 力沿所述后沿22降低的情况下，所述材料到壁上的粘附力降低并且所述材 料的相参性(coherency)引起材料在增加的隙缝内的径向和周向流动， 所述递增隙缝可以被称为减压区，由此将所述材料的先前高度受应力的部 分与保持在区19内的所述材料的部分混炼并且确保重新分配所述材料使 其经受增压和减压的下一个循环。应该理解的是，由于外部施加的泵送的 原因，上述重新分布效应主要通过相对大的隙缝区域19涉及轴向移动通过 混炼机的所述材料。应该理解的是，轴向流动和周向流动之间的关系是相关的，并且由于 轴向速度分量和周向速度分量的矢量和，所述材料的最终流动路径将倾向 于围绕所述旋转轴线成螺旋形。应该进一步理解的是，任何一部分所述材料将通过引起高应力的间隙 的次数取决于所述装置的长度、高应力区和低应力区的相对横截面积(在 垂直于旋转轴线的任何平面上)、旋转速度和所述材料推进通过所述装置 的流动速率。本发明的优选实施例可以典型地将多于一次的高应力循环强 加于从进口移动到出口的所述材料的每部分上。例如，聚合物混炼过程可 以包括当所述材料移动经过混炼机时会经过15至20次所述高应力循环。在实施例中所示的所述突起的直径上相对的关系确保由所述狭窄环 形隙缝内的材料的径向压縮所引起的大体上径向的力得到平衡。由此确保 部件1大体上居中地位于部件2内并且在最小隙缝区域18内的所述材料的 存在大体上防止了两个相对面(facing surface) 15和16达到彼此接触。容纳在部件2内并且轴向延伸通过部件2的整个或部分长度的一组换 热流体通道23用于引导流体，典型地是冷却剂，沿部件2的长度向下。上 述部件2通道23、连同部件1一个通道或多个通道14用于调节在混炼室内混 炼的材料的温度，应该理解的是，施加高混炼应力到所述材料可能另外导 致在混炼机内达到高的和潜在的破坏的温度。也应该理解的是，所述混炼 材料的温度调节可以用于控制当其被处理时的材料粘性并且由此允许控制例如剪切速率(shear rate)，剪切应力，拉伸应力，拉伸应力速率 (extensional stress rate),混炼的功率、能量和程度(分布混炼效果) 的加工变量。容纳在第一与/或第二混炼部件内的换热流体通道的形状和数量一般 根据例如制造经济性和在构件的机械强度的影响、以及换热要求和构造特 性的许多标准的考虑因素确定。以示例的方式，图3a、 3b和3c图示了能够 设置在所述混炼部件内的换热通道的某些可选构造。图3a显示了部件l内 的圆形横截面的单一轴向通道14，以及部件2内的、围绕所述轴线X等间距 的、圆形横截面的一组轴向通道23。图3b显示了与其表面15等间距为恒定 深度的部件1内的圆形横截面的一组轴线通道14，以及部件2内的、围绕所 述轴线X等间距的、圆形横截面的一组轴向通道23。图3c显示了被限定为 椭圆形以便与部件1的形状相匹配的部件1内的单一轴向通道14，以及部件 2内的、形成在外部构造层24的附近的一组轴向通道23，和将上述层连接 到部件2的外表面的部件25。图3a至3c中的构造仅以示例的方式给出，应 该理解的是，也可以采用其它的设计构造。例如，设置在部件l与/或部件 2中的通道的数量可以从一个也没有到任何合理的数量，尽管优选地的是 至少一个通道在每个部件1和部件2中，并且上述通道14与/或通道23的组合和结构可以采取任何数量的形式。考虑到图2，应该理解的是，突起17与/或凹陷20的轮廓以及径向隙缝 18和19的尺寸的选择影响施加到有待处理的材料上的分散混炼应力的量 和分布混炼的量。应该进一步理解的是，在维持由此确定的所述或多个轮 廓围绕所述轴线大体上对称以便平衡产生的径向载荷的状态的同时，可以 改变限定在第一与/或第二混炼部件的相对的表面上的突起或凹陷的数 量。图4、 5和6图示了混炼部件形状的某些可选设计。图4a显示了包括大体上椭圆形的混炼部件26的设计，所述椭圆形的混 炼部件26包括容纳在圆形混炼部件27内的两个突起(或两个凹陷)。图5a 显示了所述设计的带剖面的立体图，图6a显示了单独的部件26的立体图。图4b显示了包括大体上三角形的混炼部件28的设计，所述大体上三角 形的混炼部件28包括容纳在圆形混炼部件29内的三个突起(或三个凹陷)。 图5b显示了所述设计的带剖面的立体图，图6b显示了单独的部件28的立体图。图4c显示了包括大体上正方形的混炼部件30的设计，所述大体上正方 形的混炼部件30包括容纳在圆形混炼部件31内的四个突起(或四个凹陷)。 图5c显示了所述设计的带剖面的立体图，图6c显示了单独的部件30的立体 图。图4d显示了包括容纳在大体上椭圆形的混炼部件33内的圆形混炼部 件32的设计，所述大体上椭圆形的混炼部件33包括两个凹陷(或两个突 起)。图4e显示了包括容纳在大体上三角形的混炼部件35内的圆形混炼部 件34的设计，所述大体上三角形的混炼部件35包括三个凹陷(或三个突 起)。图4f显示了包括容纳在大体上正方形的混炼部件37内的圆形混炼部 件36的设计，所述大体上正方形的混炼部件37包括四个凹陷(或四个突 起)。图4g显示了包括容纳在大体上椭圆形的混炼部件39内的大体上椭圆 形混炼部件38的设计，所述大体上椭圆形的混炼部件38包括两个突起(或 两个凹陷)，所述大体上椭圆形混炼部件39包括两个凹陷(或两个突起)。 图4h显示了包括容纳在大体上三角形的混炼部件41内的大体上三角形混 炼部件40的设计，所述大体上三角形的混炼部件40包括三个突起(或三个 凹陷)，所述大体上三角形的混炼部件41包括三个凹陷(或三个突起)。图 4i显示了包括容纳在大体上正方形的混炼部件43内的大体上正方形的混 炼部件42的设计，所述大体上正方形的混炼部件42包括四个突起(或四个 凹陷)，所述大体上正方形的混炼部件43包括四个凹陷(或四个突起)。在图4a至4i、图5a至5c和图6a至6c中仅以示例的方式图示所述结构， 应该理解的是，所述结构也可以是其它设计构造。例如，第一与/或第二 混炼部件的突起与/或凹陷的数量可以无限延伸下去。在图4a至4i、图5a至5c和图6a至6c中所图示的所述装置的操作期间，净力的径向平衡可以大体上通过在所述混炼部件内的旋转对称和镜像对 称实现。旋转对称在此被定义成平面形状在围绕主轴线(大体上所述旋转 轴线)全部旋转360度期间不止一次匹配其本身的能力，反射对称在此被 定义成平面形状，当通过与主轴线垂直相交的某一轴线旋转180度时，至 少一次匹配其本身的能力。应该理解的是，也可以通过其它的方法获得净力的平衡，例如通过应用包括旋转对称但不包括反射对称的设计。在图7a 至7c中显示了一些包括旋转对称但不包括反射对称的设计的示例。在图7a中，混炼部件44限定了在其本身与混炼部件46之间的两组径向隙缝45，在 所述混炼机的操作期间，两组径向隙缝45将径向力施加到平衡的混炼部 件。在图7b中，混炼部件47限定了在其本身与混炼部件49之间的三组径向 隙缝48，在所述混炼机的操作期间，三组径向隙缝48将径向力施加到平衡 的所述混炼部件。在图7c中，混炼部件50限定了在其本身与混炼部件52之 间的四组径向隙缝51，在所述混炼机的操作期间，四组径向隙缝51将径向 力施加到平衡的所述混炼部件。在图7a至7c中显示的每个示例中，可以看 见内部混炼部件显示了围绕X轴线的旋转对称，但是当其围绕轴线YY或ZZ， 或在相同平面内的、且与X轴相交的任何其它轴线时，所述内部混炼部件 没有显示反射对称。仅仅以示例的方式在图7a至7c中图示所述结构，应该 理解的是，第一与/或第二混炼部件也可以具有其它的设计构造。应该进一步理解的是，在混炼操作期间第一与第二混炼部件之间的净 力的平衡可以通过不显示正常的几何对称的混炼部件形状的设计完成。在 图8中图示了上述设计的示例，其显示既不具有旋转对称的几何外形也不 具有反射对称的几何外形的部件53容纳在既旋转对称又反射对称的部件 54内。尽管所述突起和凹陷布置围绕部件53的周边以几何不对称的形式布 置，应该理解的是，各种隙缝55至59的适当限定能够确保在操作期间在所 述隙缝内产生的应力产生平衡且大体上互相抵消的径向力。仅仅以示例的 方式在图8中图示了所述构造，应该理解的是，混炼部件的其它设计构造 也可能用于达到相同的效果。在本发明的优选实施例中，限定在第一与/或第二混炼部件上的突起 和凹陷轴向延伸相当的程度。在图5a至5c和图6a至6c中，所示的突起延伸 通过混炼机的整个轴向长度。应该理解的是，当满足轴向延伸的要求时， 可以采用可选构造。例如，所述突起和凹陷可以在沿着它们的轴向长度的 某些点中断以促进分布混炼，与/或突起和凹陷的构造为突起和凹陷本身 可以在它们的轴向长度上变化。图9a至9d中提供了构造的示例，其中所述 突起与/或凹陷没有沿所述混炼机的整个长度延伸。图9a显示了混炼部件 60，其中在混炼部件60—部分长度62上，混炼部件60的突起61的椭圆形结构被移除。图9b显示了混炼部件63，其中在混炼部件63—部分长度65上， 混炼部件63的突起64的三角形结构被移除。图9c显示了混炼部件66，其中 在混炼部件66—部分长度68上，混炼部件66的突起67的正方形结构被移 除。图9d显示了混炼部件69，其中存在突起和/或凹陷的多于一种的结构。 在图9d中，显示了从表面的一种结构到另一种结构的轴向过渡70和71是很 突然的；应该理解的是，上述过渡可以是逐渐平缓的。仅以示例的方式在 图9a至9d中图示所述构造，应该理解的是，可以采用混炼部件的其它设计 构造。在本发明的优选实施例中，限定在第一与/或第二混炼部件上的所述 突起和凹陷轴向延伸且大体上平行于旋转轴线。应该理解的是，所述平行 不必要十分精确以便达到本发明所设置的混炼作用，并且所述突起与/或 凹陷与上述轴线之间的某一角度可以产生一些影响，即，增强或阻碍通过 所述混炼机的材料的流动。然而，优选的是，所述几何形状不产生任何对 所述材料的大体上轴向推进，例如，以挤出机的形式。上述推进能够否定 所要求的混炼效果与/或能够降低其控制。应该理解的是，根据本发明的装置的旋转能够在速度与/或方向上改 变。在旋转速度上的变化直接影响施加到流经所述混炼室的高应力区域的 材料的分散应力的量；特别地，施加到所述材料的混炼功率与旋转速度成 正比。通过增加所述机器的旋转速度，剪切速率和剪切应力与/或拉伸速 率和拉伸应力因此而增加，然而，通过降低所述机器的旋转速度，所述速 率和应力因此降低。对于通过例如在外部安装和驱动的齿轮泵的外部装置 提供增压的材料的根据本发明的装置，所述混炼机的旋转速度能够与泵送 速度无关地改变，由此对于流经所述混炼机的材料的任何给定的流动速率 来说，随着混炼功率的时间积分，施加到所述材料的分散能量能够改变以 便提供要求的分散混炼效果。通过改变所述混炼部件的相对旋转的方向，应该理解的是，所述突起 与/或凹陷与被施压的所述材料之间的相互作用因此可以在一些情况下明 显地改变，其中所述情况包括当所述装置在一个方向上对材料所呈现的轮 廓与其在另一个方向呈现出的轮廓不同。例如，尽管在根据图4a至4g中所 示的任何构造的装置中出现的应力与相对旋转的方向无关，根据本发明的其它构造可以提供在两个旋转方向上不同的应力。例如，在图7a至7c中所示的装置中(所述装置尽管仍提供径向平衡的载荷，但是没有径向对称)， 当通过所述混炼部件表面作用在材料上时产生的所述流动模式连同所述 应力根据旋转方向不同。应该理解的是，改变的流动模式和应力的上述影 响能够在混炼情况下具有实际应用，由此，例如旋转方向的临时颠倒能够 用来中断或改变流动模式由此促进所述混炼室内的附加分布混炼，与/或 能够用来暂时地给混炼的所述材料施加一组不同的分散应力。在本发明的 优选实施例中，可以优选地在有规则间隔而不是在没有规则的间隔施加上 面所述的旋转方向的改变，以便确保通过所述装置的所有材料受到大体上 相同水平的分散混炼和分布混炼。参照图IO，所图示的混炼机包括一个混炼机，除了供给待加工的所述材料的布置之外，所述混炼机基本上与图i中所示的混炼机相同。在图io中所图示的实施例中，转子1直接连接到安装在进口部件73内的挤塑螺杆 72。挤塑螺杆的驱动装置与图l中的驱动装置相同。将有待加工的材料放 入漏斗74内，在重力的影响下，所述材料从漏斗74落下通过容纳在进口部 件内的开口 75进入挤塑螺杆72的通道76。旋转所述挤塑螺杆以轴向向前推 进所述材料进入并通过转子1和定子2之间的环形隙缝。应该理解的是，可 以对所述挤出部件做出各种改变以便改善其泵送性能，例如可以通过增加 例如凹槽或底切的表面特征，以进一步改变进口部件73的内表面，与/或 挤塑螺杆72在其上可以设置有可选形式与/或数量的螺杆螺纹。仅以示例 的方式在图10中图示所述构造，应该理解的是，可以采用其它的设计结构。 参照图ll，所图示的混炼机包括一个混炼机，除了在转子77和定子78 的锥形布置的方面之外，所述混炼机与图l中所示的混炼机类似。在所述 布置中，所述转子从在端部79处的小一些的直径到在端部80处的大一些的 直径逐渐变粗，而定子类似地从在端部81处的小一些的直径到在端部82处 大一些的直径逐渐变粗。所述转子表面的锥形的角可以与定子表面的锥形 的角相似或不相似。在上述实施例中，所述转子的外径将优选的小于所述 定子的内径，例如在沿其长度上的位置83上，这产生两个混炼部件之间的 环形隙缝。应该理解的是，在定子78相对于框架84轴向固定在适当位置上 的情况下，对转子77的轴向位置所做出的任何调整，例如通过调整驱动轴环85的长度，将会改变所述环形隙缝的尺寸；典型地，转子在方向Y上的任何移动将增加所述径向隙缝，而转子在方向z上的任何移动将减少所述径向隙缝。由此，以示例的方式，图示的混炼机说明了可以改变所述组件 的几何形状来改变所述装置的混炼性能。应该理解的是，通过所示装置的可选布置可以获得类似的结果，其中所述可选布置例如通过在框架84上重 新布置定子78，轴向移动定子78，而转子77保持轴向固定。也应该理解的 是，当所述装置是静态的或当所述装置在操作中时，可以发生在相对轴向 位置上的上述改变，其中在所述装置在操作中的情况下，响应于即时操作 要求，可以调整所述混炼操作。仅以示例的方式在图10中图示所述构造， 应该理解的是，可以采用其它的设计结构。参照图l、图10和图11中所示的实施例，应该理解的是，可以改变转 子部件和定子部件的其中之一的轴向长度或可以改变转子部件和定子部 件两个的轴向长度以便改变所述装置的净混炼效果。例如，在维持恒定的 材料生产率的同时，减少两个混炼部件的轴向长度，会由于当所述材料从 进口移动到出口时所述材料经过更少的次数，与/或由于所述材料在所述 混炼室内具有更少的停留时间，而典型地导致将要施加到所述材料上的更 低的总混炼能量。增加所述混炼部件的长度，典型地将会具有相反的效果。 应该理解的是，在一些例子中，仅仅需要改变一个部件的长度从而具有效 果，例如可以缩短转子而不必要求同样也将定子縮短。当所述装置在静态 或在所述装置的操作期间，可以实现对相应混炼部件的长度的改变。应该 理解的是，在所述装置操作的过程中，通过相对于另一个部件轴向移动一 个部件以便调整它们相互接合的长度或轴向对应的长度，例如在所图示的 实施例中通过移动定子与/或转子，可以改变所述混炼部件的长度。通常，施加到所述材料上的混炼功率和混炼能量可以根据本发明的装 置的一种或多种几何形状和操作特征限定。例如所述特征可以包括混炼 部件之间的径向隙缝距离；混炼部件的表面的形状；所述混炼室内的周向 路径的长度；所述混炼室内的轴向路径的长度；通过所述混炼室的材料的 流动速率(或流量)；所述混炼部件的相对旋转速度；所述混炼室的表面 的温度和传热性能；被处理的所述材料的流变能力。应该理解的是，本发明的一些优选实施例具有能力，其中能力是指借助第一与第二混炼部件之间的平衡的径向力所述装置将机械上可以承受 的极高应力施加到所述材料的能力。所述能力能够使装置通过混炼表面的 紧密靠近施加比在现有技术中机器(例如挤出机、密炼机和双辊开炼机) 中获得的分散混炼应力高得多的分散混炼应力。本发明的优选实施例的另一个优点是能够在其中材料应力以及温度 达到最高的混炼室附近施加冷却(和相反地加热)作用。所述能力由在机 器上的载荷的平衡特性而产生，载荷的平衡特性使例如施加到构件上的弯 曲应力的机械应力最小化；上述相对较低水平的应力继而允许利用比传统 混炼机器的更轻、从而具有更低的热热惯性和更高的传热能力的结构。由 于当材料通过所述表面之间的最窄隙缝并由此达到其最小厚度时受到最 大值的应力，可以进一步加强传热。邻近所述机器的冷却内壁确保了最大 传热效能和传热效率。另外，所述混炼室的内表面的光滑轮廓便于将冷却 通道放置在内表面的附近以便提高所述热传递。本发明的优选实施例的另一个优点是能够独立于所述材料混炼系统 操作所述材料推进系统的能力，例如通过使用外部驱动泵以便推进材料通 过混炼机。应该理解的是，对于所述混炼机的任何给定的几何形状，通过 所述混炼机施加到所述材料上的分散混炼功率直接与所述混炼机的旋转 速度成正比，并且基本上与所述混炼机的生产率无关。然而，尽管是所述 分散混炼功率的时间积分的分散混炼能量直接与所述混炼机的旋转速度 成比例，所述材料的每单位质量的分散混炼能量间接与通过所述混炼机的 生产率成比例。例如，外部泵送通过所述混炼机的流动速率越低，那么材 料的每单位质量的分散混炼能量就越高。因为分散混炼的效率基于应力施 加速率(功率)以及施加的应力的总量(能量)，根据本发明的所述装置 能够比例如挤出机的当前机器施加高得多分散能量水平到材料上，在挤出 机中所述挤出机的泵送速率与所述混炼速率直接成比例，并且因此其中通 过泵送速率的等量增加抵消速度以及功率的任何增加，从而不能增加材料 的每单位质量的混炼能量。应该理解的是，通过本发明所提供的传热效能 (其中更高的冷却速度可以允许充分利用在更高能量水平操作的能力，尽 管这种能力会导致更高的操作温度和因此对材料的可能的热损害)以及通 过增加所述机器的轴向长度以增加所述材料的停留时间从而增加所述材料受到的高应力循环的次数，进一步加强了给所述材料增加具体的混炼能 量的量的能力。也应该理解的是，在混炼期间相反地也可以减少施加到所 述材料上的能量。本发明的优选实施例的又一个优点是分布混炼作用，所述分布混炼作 用是由于在轴向低应力移动材料的情况下，沿周向高应力移动材料的混炼 而产生。上述动作不仅有效地、高效地确保通过混炼机的所述材料的每部 分受到大致与其它任何部分相同量的高应力混炼，而且通过由所述材料的 高应力部分和低应力部分的各自流动模式产生的混炼作用所述材料维持 物理均匀性和热均匀性。本发明的优选实施例的另一个优点是相对低的压降，由于所述轮廓的一部分的相对大的横截面积在所述混炼机的长度间出现所述压降。上述的大面积能够使用相对小的泵送功率将材料推进通过所述装置，同时能够以旋转功率的形式大体上独立地施加混炼功率。在很多例子中，通过连接到所述混炼机的进料端的挤出机可以满足泵送功率要求。在要求更大的泵送压力的情况下，所述挤出机以传统的凹陷进料挤出机或螺旋形切口挤出机的形式可以在其压辊表面内设置有凹槽和其它这样的凹陷。本发明的实施例可以达到比现有技术的混炼机的当前状态的性能水 平高得多的性能水平。上述性能水平与粒径减小的速度和程度(流体和/或固体)和混炼速度直接相关，尤其是在对高粘性材料的处理过程中。所述装置用途十分广泛并且能够用在混炼所有领域的很多不同应用 中。例如，所述装置可以用于所有的流体与流体混炼(优选地，至少一种 流体相对地具有粘性)应用、流体与固体混炼应用，和固体混炼应用(优 选地，至少一种固体具有流动特性)。所述流体可以是以单股和多股形式 输送的液体和气体。所述装置可以用于所有的分散混炼操作和分布混炼操作，例如，所述混炼操作包括乳化、均化、混炼、塑胶(incorporating)、 悬浮、溶解、加热、冷却、粉碎、润湿、水合、充气、气化、溶液化、反 应和复合。所述装置可以应用于分批操作或连续(流水线)操作中。由此， 所述装置可以用于取代例如传统的密炼机、开炼机、砑光机和挤出机。所 述装置业可以用于家庭应用和工业应用。本发明的应用遍及在所有需要混炼的工业中。能够应用本发明的装置的工业示例是散装化学品、精细化学品、石油化学品、农业化学品(agro chemicals)、食品、饮料、医药品、保健品(healthcare products)、个 人保护品(personal care product)、工业和家庭保护品、包装、涂料、 聚合物、再循环、水处理和废物处理。
权利要求
1、一种混炼装置，包括细长的环形混炼室，所述细长环形混炼室围绕纵向轴线限定、并且具有限定在第一细长混炼部件的相对的表面之间的径向宽度，所述第一细长混炼部件轴向布置在第二管状混炼部件内；相对可旋转的第一和第二混炼部件；用于引导有待混炼的材料进入所述混炼室的进口，和用于将材料从所述混炼室中移出的出口，其中对于第一和第二混炼部件的任何给定的旋转位置，所述混炼室的至少一个轴向延伸部分的径向宽度围绕所述轴线改变从而限定至少一个径向收缩部分；所述径向收缩部分在以不大于45度的角度对着容纳所述轴线的任何平面的方向上沿所述混炼室的所述部分的长度延伸。
2、 根据权利要求1中所述的混炼装置，其中所述进口邻近所述混炼 室的一个轴向端，所述出口邻近所述混炼室的另一轴向端。
3、 根据权利要求1或2中所述的混炼装置，所述混炼装置包括用于 将材料从所述进口通过混炼室泵送到所述出口的泵送装置。
4、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述第一和第 二混炼部件的所述相对的表面构造成当相对旋转时，所述混炼室内的所有 材料在它从所述进口流动到出口的过程中多次通过所述或每个径向收縮 部分。
5、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中对于任何在垂 直于所述轴线的平面上通过所述混炼室的横截面，所述或每个径向收縮部 分具有径向宽度，所述径向宽度与第二管状混炼部件在所述横截面上的最 小内径的比至少是O. 05。
6、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中对于任何在垂 直于所述轴线的平面上通过所述混炼室的横截面，所述或每个径向收縮部 分具有径向宽度，沿所述混炼室的所述部分的长度所述径向宽度与第二管状混炼部件在所述横截面上的最小内径的比平均至少是0. 05。
7、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述或每个径 向收縮部分在大体上平行于所述纵向轴线的方向上沿所述混炼室的所述 部分的长度延伸。
8、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述混炼室的所述部分包括限定在所述进口与所述出口之间的混炼室的整个长度。
9、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中存在至少两个 所述径向收縮部分围绕所述混炼室有角度地布置从而对于所述混炼部件 的任何旋转位置在所述混炼部件上的径向力是平衡的从而在任何径向方 向上的净力大体上为零。
10、 根据权利要求9中所述的混炼装置，所述径向收縮部分中仅有两 个被限定成对于所述混炼部件的任何旋转位置第一径向收縮部分与第二 径向收缩部分在直径上相对。
11、 根据权利要求9中所述的混炼装置，其中存在限定的两个或更多径向收缩部分从而所述混炼室围绕所述轴线旋转对称。
12、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述第二管状 混炼部件的内表面沿所述混炼室的所述部分的长度具有大体上圆形的轮 廓，并且其中所述第一混炼部件的外表面沿所述部分的长度具有非圆形的 轮廓从而至少部分限定所述或每个径向收縮部分。
13、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述第二管状 混炼部件的内表面沿所述混炼室的所述部分的长度具有非圆形轮廓以便 至少部分限定所述或每个径向收縮部分。
14、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述第一细长 混炼部件围绕所述轴线在第二管状混炼部件内旋转。
15、 根据权利要求14中所述的混炼装置，其中所述第二管状混炼部 件为所述混炼室提供固定的外壳。
16、 根据权利要求1至14中任一项所述的混炼装置，其中所述第二 管状混炼部件围绕所述纵向轴线旋转。
17、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述混炼室的 所述部分具有大体上圆柱形的结构。
18、 根据权利要求1至16中任一项所述的混炼装置，其中所述混炼 室的所述部分在结构上大体上是圆锥形。
19、 根据权利要求18中所述的混炼装置，其中所述第一混炼部件和/ 或第二混炼部件具有大体上圆锥形的结构以便限定所述圆锥形构造的混 炼室。
20、 根据权利要求18或19中所述的混炼装置，其中所述第一和第二 混炼部件相对于彼此从至少第一位置到第二位置轴向可移动，从而沿所述 混炼室的长度所述混炼室的径向宽度能够通过所述混炼部件的轴向移动 而改变。
21、 根据权利要求20中所述的混炼装置，其中所述第一和第二混炼 部件可轴向定位在在所述第一与第二轴向位置之间的多个位置上以便提 供混炼室的相应的多个几何形状。
22、 根据权利要求20中所述的装置，其中所述第一和第二混炼部件 的轴向位置在所述第一与第二位置之间能够不断地改变。
23、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述或每个径 向收縮部分的径向宽度沿所述混炼室的所述部分的长度大体上恒定。
24、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中通过从第一混 炼部件的外表面和/或第二混炼部件的内表面延伸的混炼构造限定所述或 每个径向收縮部分。
25、 根据权利要求24中所述的混炼装置，其中在垂直于所述轴线的平面上的横截面上所述混炼构造具有直壁或弯曲壁，或直壁和弯曲壁的组 合。
26、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中通过形成在第 一混炼部件的外表面上或第二混炼部件的内表面上的凹陷至少部分限定 所述混炼室的所述或每个径向收縮部分，且所述径向收縮部分限定在成角 度相邻的凹陷之间。
27、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，所述混炼装置包括 沿所述轴线连续布置或间断布置的多个所述混炼室部分。
28、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述第一细长 混炼部件和/或第二管状混炼部件具有包括两个或更多首尾相连布置的部分的模块化的收缩部分。
29、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，所述混炼装置包括 旋转装置，所述旋转装置用于旋转第一混炼部件或第二混炼部件、或旋转 第一和第二混炼部件，在将第一和第二混炼部件都旋转的情况下，所述第 一和第二混炼部件在相反的方向上或在相同方向上以不同速度旋转。
30、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，所述混炼装置包括用于将第一和第二混炼部件相对于彼此轴向移位的装置。
31、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述第一和第 二混炼部件中的至少一个设置有用于冷却或加热所述混炼室的装置。
32、 根据权利要求31中所述的混炼装置，其中所述冷却或加热装置 冷却或加热相应混炼部件的表面从而冷却或加热所述混炼室内的材料。
33、 根据权利要求32中所述的混炼装置，其中所述冷却或加热装置 包括通过相应混炼部件的一个或多个通道，和用于使得所述冷却或加热流 体流过所述或每个通道的装置。
34、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中所述泵送装置 包括挤出机。
35、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，所述混炼装置包括 用于调节通过所述出口的材料的流动速率和/或压力的调节装置。
36、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，其中设置用于改变 所述混炼部件的相对旋转的速度或方向的装置。
37、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，所述混炼装置包括 一个或更多第二进口 ，通过所述一个或更多第二进口能够在位于所述进口 或出口中间的一个或更多轴向位置上将材料添加到所述混炼室。
38、 根据任何前述的权利要求中所述的混炼装置，所述混炼装置包括 一个或更多第二进口，所述一个或更多第二进口设置用于在所述装置的周 向边界上的一个或更多中间位置上将材料添加到所述混炼室。
39、 一种混炼方法，所述混炼方法包括提供一种混炼装置，所述混炼 装置包括细长的环形混炼室，所述细长环形混炼室围绕纵向轴线限定、并且具 有限定在第一细长混炼部件的相对的表面之间的径向宽度，所述第一细长混炼部件轴向布置在第二管状混炼部件内； 相对可旋转的第一和第二混炼部件；用于引导有待混炼的材料进入所述混炼室的进口，和用于将材料从所 述混炼室中移出的出口，其中对于第一和第二混炼部件的任何给定的旋转位置，所述混炼室的 至少一个轴向延伸部分的径向宽度围绕所述轴线改变从而限定至少一个 径向收缩部分；所述径向收缩部分在以不大于45度的角度对着容纳所述轴线的任何 平面的方向上沿所述混炼室的所述部分的长度延伸； 所述方法还包括步骤通过所述进口和出口将有待混炼的材料泵送通过所述混炼室； 相对旋转所述第一和第二混炼部件以便使得在所述混炼室内的所有 材料多次流过所述或每个径向收縮部分。
40、 根据权利要求39中所述的方法，其中将所述材料从进口到出口泵送通过所述混炼室。
41、 根据权利要求39或40中所述的方法，其中通过改变所述混炼部 件的相对旋转速度和/或改变材料通过所述混炼室的轴向流动速率，来调 节容纳在所述混炼室内的所述材料的任何部分通过所述或每个径向收缩 部分的次数。
42、 根据权利要求39或41中所述的方法，其中所述第一和第二混炼 部件的相对旋转速度的控制独立于材料通过所述装置的轴向流动速率，从 而调节所述混炼室内的每单位体积材料上所施加的混炼能量的净总值。
43、 根据权利要求39至42中任一项所述的方法，其中在操作期间改变所述第一和第二混炼部件的相对旋转速度和/或方向以便将多样化的混 炼作用施加到容纳在所述混炼室内的材料上。
44、 根据权利要求39至43中任一项所述的方法，其中相对于时间周期性改变相对旋转的速度和/或方向
45、 根据权利要求39至44中任一项所述的方法，其中控制所述泵送装置以便相对于时间周期性改变材料从所述进口到所述出口的流动速率。
46、 根据权利要求39至45中任一项所述的方法，其中在连续的混炼过程中材料从所述进口连续地流到所述出口 。
47、 根据权利要求39至45中任一项所述的方法，其中所述混炼操作 是分批混炼操作。
48、 根据权利要求39至47中任一项所述的方法，其中控制所述混炼 操作以便产生促进和/或调节所述混炼室内的特定材料的化学反应所需要 的反应化学条件。
49、 根据权利要求39至47中任一项所述的方法，其中控制所述混炼 操作以便产生断裂存在于所述混炼室内的材料的交联所必要的机械化学 条件。
50、 根据权利要求39至49中任一项所述的方法，其中控制所述混炼操作以便将分散和/或分布混炼施加到所述混炼室内的材料上。
51、 根据权利要求39至50中任一项所述的方法，所述方法包括混炼流体材料、固体材料、或流体材料和固体材料的混合物。
52、 一种混炼装置，所述混炼装置大体上与参照附图所描述的装置类
53、 一种混炼方法，所述混炼方法大体上与参照附图所描述的方法类
全文摘要
本发明涉及一种动态混炼机，其中两个部件(1、2)围绕预定轴线(XX)相对于彼此旋转，所述部件具有轴向延伸的相对的表面(15、16)，并且在所述相对的表面(15、16)之间限定了混炼室，流动通道通过所述混炼室在用于材料进行的混炼的进口(7)与出口(8)之间延伸。两个或更多混炼结构的阵列限定在相对的表面(15、16)中的至少一个上，所述两个或更多混炼结构的阵列朝向其它部件的相对的表面(15、16)径向延伸并且用于在所述混炼室内混炼材料，而且大体上平行于所述轴线轴向延伸。由此，当所述第一和第二部件相对旋转时，限定的混炼结构构造用于给存在于所述混炼室内的材料提供继之以扩张流动通道的压缩流动通道，在垂直于所述轴线的任何平面上围绕所述轴线定位所述混炼结构从而大体上提供由于存在于所述表面之间的空间内的材料施加的径向载荷的净平衡。当允许所述混炼室内的材料在广泛分离的流动表面之间轴向流动时，所述混炼室内的材料受到由于在所述紧密分开的相对的表面之间引起的周向阻曳流所产生的高拉伸应力与/或高剪切应力。因此获得分散混炼和分布混炼的效果。
文档编号B01F15/02GK101272847SQ200680031865
公开日2008年9月24日 申请日期2006年6月29日 优先权日2005年6月29日
发明者克里斯·布朗 申请人:梅尔斯特罗姆高级处理技术有限公司