专利名称：一种膜乳化器以及乳液制备方法
技术领域：
本发明涉及膜乳化领域，具体涉及一种膜乳化器以及乳液制备方法。
背景技术：
乳化(Emulsification)是化学、化工、轻工、食品、医药、生化等领域的 重要单元操作。传统的乳化设备主要有机械搅拌式、喷射式以及超声式等，这 些传统的乳化设备乳液形成的环境差，无法制备出尺寸均一的乳滴或乳球，制 备出的产品表现为不同尺寸乳球的混合物，粒径分布系数一般在50%，粒径不 可控，批次重复性差。传统乳化设备的问题是不但影响产品质量，而且需要繁 瑣的后处理和额外的分离设备，也浪费了大量原料，造成产品价格昂贵。
为了解决乳滴粒径难以控制的问题，上世纪80年代，中国科学院过程工 程研究所的研究人员和日本东京农工大学的Omi教授等共同研究开发了 一种 新型的乳液制备技术一膜乳化技术，该技术借助于膜分离和毛细管作用原理， 充分利用微孔膜的特点，将膜作为乳化的介质，膜的两侧分别为水相和有机 相，通过压力使其中一相透过膜孔进入另一相，形成大小均一的乳滴。由于 该技术使用的微孔膜的孔径比较均一，所生产的乳滴尺寸也很均一，解决了 长期存在的乳化不均匀和得不到均一微球的难题。近十几年来，中国科学院 过程工程研究所的膜乳化研究小组又进一步将膜乳化技术发展至W/O型和 w/o/w型体系，解决了微米级尺寸均一的微球和微嚢的制备难点，制备出了 疏水性、极性以及亲水性的多孔微球、磁性微球、有机-无机复合微球、聚 乳酸和壳聚糖微嚢、琼脂糖微球等，形成了系统化的乳液、微球和微嚢制备 技术。
在现有技术下，所用的膜乳化器多为实验用的小型设备，乳化速度慢、 制备量少。而且，由于实验用乳化器的加压、卸压等压力控制均为人工操作。 随着乳化的进行，分散相液面的降低会引起压力的波动，因此在乳化过程中 人工调节气瓶来对分散相施加压力时，容易导致分散相的压力不稳定，严重 影响粒径均一性，批次重复性差。
现有技术的主要缺点是乳化速度慢、制备量少、压力不可控，难以放大进行工业化生产。因此，需要提供一种乳化速度快、有利于进行工业生产的
高通量膜乳化器。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，提供一种乳化速度快、有利于进行工业生 产的高通量膜乳化器。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种膜乳化器，包括 至少一个膜组件，所述膜组件包括多根并列的膜管，所述膜管的两端分 别穿过第一档板和第二档板，所述第一档板和第二档板与包围在所述膜管外 的外套液密封连接形成分散相腔体，所述膜管和第一档板、第二档板为液密 封连接，所述分散相腔体包括在M相腔体底部的^:相入口 ；
分散相进料器，包括将分散相通过M相入口送入分散相腔体内的分散 相进料管；
连接在分散相进料管上使分散相在M相腔体内的压力保持恒定的稳压 送料装置；
连续相进料器，包括向膜管送入连续相的连续相进料管和将连续相回流 的连续相回流管。
优选的，所述稳压送料装置为平流泵。
优选的，所述膜组件还包括在分散相腔体两端的连续相进口套和连续相 出口套，所述外套分别和连续相进口套、连续相出口套液密封连接，所述膜 管的两端分别容纳在连续相进口套内和连续相出口套内，所述连续相进口套 和连续相进料管连接，所述连续相出口套和连续相回流管连接。
优选的，所述膜乳化器包括至少两个相互平行、通过连续相进料管和连 续相回流管并联连接的第 一膜组件和第二膜组件，所述连续相进料管包括依 次连接的第一终端、第一中部，所述连续相回流管包括依次连接的第二终端、 第二中部；
所述并联连接为第一膜组件的连续相进口套与第一终端成第一圆角连 接，第一膜组件的连续相出口套与第二中部成直角连接，第二膜组件的连续 相进口套与第一中部成直角连接，第二膜组件的连续相出口套与第二终端成 第二圓角连接，第一圆角和第二圆角的角度相等。
5优选的，所述膜乳化器还包括监测乳滴粒径分布的粒径监测装置，所述 粒径监测装置包括与连续相回流管连接的第 一采样器。
优选的，所述膜乳化器还包括设置在稳压送料装置与分散相入口之间的 连接在M相进料管上的流量计。
优选的，所述膜管与两个档板的液密封连接结构具体包括膜管上套有密 封圏，挡板上有使膜管穿过的台阶孔，所述密封圏卡在台阶口的台阶上后再 通过套在膜管上的压紧装置旋入台阶孔将密封圏压紧。
优选的，所述压紧装置为不锈钢螺紋套，所述不锈钢螺紋套与台阶孔螺 紋配合将密封圏压紧，所述不锈钢螺紋套和密封圈之间还包括不锈钢平垫。
本发明还提供一种利用上述膜乳化器制备乳液的方法，包括步骤
a) 检测M相腔体的密封性；
b) 在膜管内连续循环供应连续相，将分散相送入分散相腔体并施加压力 使分散相通过膜管渗透至连续相得到乳液。
优选的，所述步骤a)具体为
在分散相腔体内施加压力，比较所述压力随时间变化曲线与预先测定的 膜孔压力随时间变化的曲线，如果一致，则进行步骤b)，如果压力变化异常， 则重新密封安装膜组件。
优选的，所述步骤b)具体包括
bl)在膜管内连续循环供应连续相，向分散相腔体内施加压力使分散相 通过膜孔渗透至连续相中得到乳液；
b2 )调整稳压送料装置的送料速度使从膜管内流出的乳滴粒径分布均匀， 将乳滴粒径分布均匀时的分散相腔体内的压力设定为稳压送料装置的预定工 作压力，由稳压送料装置供应分散相。
本发明提供一种膜乳化器和利用膜乳化器制备乳液的方法。本发明提供 的膜乳化器将多根膜管并列并与膜管两端的挡板液密封连接，所述挡板和包 围在膜管外的外套形成分散相腔体，通过稳压送料装置将分散相送入分散相 腔体，当压力到达M相在膜孔上的渗透临界压力后，分散相进入膜管中的 连续相得到乳液。本发明提供的膜乳化器实现了乳液制备的高通量化、规模 化，通过稳压送料装置确保乳滴粒径的均一性和乳液制备的高水平批次重复
6性，通过提供在膜管内连续循环供应连续相的连续相进料罐可以制备任意浓 度的乳液，实现连续制备乳液，有利于工业化生产。本发明提供的膜组件还 具有易于拆装、方便清洗的优点。
本发明进一步提供粒径监测装置，用于实时监测乳化后的乳滴粒径分布， 通过在线获取的数据，调整分散相腔体内的压力。
采用本发明提供的膜乳化器制备的乳滴或乳球尺寸均一、粒径可控，粒径 分布控制在10%以内，而且制备过程平緩、能耗低，尤其适用于生物活性物质 的包埋等。本发明提供的膜乳化器设备操作筒单、适用范围广，将亲水性无机
微孔膜进行表面修饰后可制备w/o型和w/o/w型体系等所有常用乳液或乳球
体系。
图l是本发明提供的膜组件示意图2是图l膜组件中膜管与挡板密封连接结构一种具体实施方式
示意图； 图3是图l膜组件中的膜管与挡板密封连接结构的又一种具体实施方式
示意图4是本发明提供的膜乳化器第一种具体实施方式
的示意图； 图5是本发明提供的膜乳化器第二种具体实施方式
中的膜组件连接结构 的俯视图6是图5中的膜组件与连续相循环泵连接结构A方向的侧视图； 图7是图5中分散相进料管与两个膜组件连接结构沿B-B方向的剖视图。
具体实施例方式
本发明提供一种膜乳化器及乳液制备方法，用于在化学、化工、轻工、 食品、医药、生化等领域制备乳液、微球或微嚢。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明技术方案，下面结合附图和实 施方式对本发明做进一步的详细说明。
请参考图1,图1为本发明所提供的膜乳化器中膜组件的一种具体实施 方式的结构示意图。膜组件11包括多根水平平行排列的无机膜管101，膜管 101上分布有用于分散相渗透的膜孔，膜管101两端分别垂直穿过第一挡板 102和第二挡板103,两个挡板均为不锈钢材质并通过不锈钢支撑杆115固定
7连接形成膜支撑件。膜组件还包括外套104,膜支撑件从图1中外套的右端
放入外套，在外套的左端，第一挡板102通过密封圈105与外套进行液密封； 第二档板103和外套的右端通过密封圏106液密封，在第二档板的外面，由 与外套螺紋连接的不4秀钢螺紋套107将所述膜支撑件固定在外套内，并将两 个密封圏(105、 106)压紧，^f吏膜支撑件与外套保持液密封。外套、第一挡 ;f反和第二档板形成分散相腔体，在外套的底部，包括分散相入口 108，在外 套的顶部，还包括排空口 109。制备乳液时，将分散相从分散相入口 108送 入，分散相腔体里面的空气从排空口 109排出；对分散相施加压力后，分散 相从膜管上的微孔渗入到膜管内。对于外套的具体形状，本发明并无特别的 限制，可以为圆筒形、棱柱形、长方体形或其他已知形状，优选的，外套为 圓筒形。
在外套的两端，膜组件还分别包括不锈钢材质的锥形的连续相进口套 llO和锥形连续相出口套lll，膜管的一端容纳在连续相进口套内，膜管的另 一端容纳在连续相出口套内，当连续相送入连续相进口套时，可从多根膜管 的一端流向另一端进入连续相出口套，连续相进口套和连续相出口套与外套 分别通过两个橡胶密封圏(112、 113)密封连接。也可以将连续相进口套与 外套做成一体结构。另外，也可以分别向膜管内供应连续相，但是需要提供 分别向每根膜管供应连续相的进料管。
图2为图1中的一个膜管101与第一挡板102的一种密封结构示意图， 可以在挡板102内设置一个带有容纳密封圈201的凹槽的通孔，将密封圏放 在凹槽后，将膜管插入所述通孔可以达到膜管与挡板密封的目的。
对于膜管和挡板的密封，还可以采用其他方式进行密封，请参见图3, 为本发明提供的膜管和挡板的又一种具体密封方式。在第一挡板102上包括 一个台阶孔204,膜管101上套有密封圈201,密封圏201卡在所述台阶孔的 台阶上，然后通过不锈钢平垫202将密封圈顶在台阶孔204的台阶上，再通 过不锈钢螺紋套203与台阶孔的螺紋配合将不锈钢平垫202和密封圏201压 紧，以达到膜管与挡板的液密封。对于台阶孔的方向，本发明并无特别的限 制，台阶孔的台阶方向可以朝向分散相腔体内，也可以朝向连续相进口套或 连续相出口套内。为了便于安装，台阶孔的台阶方向朝向连续相进口套或连
8续相出口套内。与第一种密封方式相比，由于不锈钢螺紋套与密封圏的接触 面是针面，接触面比较小，密封效果不好，因此在不锈钢螺紋套与密封圈之
间加了不锈钢平垫202可以增加密封面积，达到更好的密封效果。本发明对 于膜组件中膜管的数量并无特别的限制，可以为2根 50根。
本发明通过提供由第一挡板和第二挡板组成的膜管支撑件，将膜管固定 在所述膜管支撑件上，可以方便拆卸。对膜管进行清洗时，只需要把膜件与 不锈钢外套拆分开来，将带有膜管的膜管支撑件直接放入超声清洗仪中进行 清洗，不需要把膜管单独拆卸下来，可以简化工作量，提高了膜管的利用效 率和使用寿命，而且也避免了膜管在安装、拆卸过程中出现膜管破裂的问题。
为了实现膜乳化的连续过程，本发明提供了包括膜组件的膜乳化器，参 见图4,为本发明提供的膜乳化器第一种具体实施方式
的示意图。膜乳化器 包括一个膜组件ll、分散相进料罐Rl,分散相进料罐R1通过下面连接的分 散相进料管5将分散相从膜组件下面的分散相入口送入分散相腔体后，对分 散相施加压力，当压力上升到分散相的临界压力时，*相就会透过膜孔进 入膜管内部，形成乳滴。
在进行乳化过程时，分散相所受到的压力是影响乳滴粒径分布的一个重 要因素，为了制备乳滴粒径分布均匀的乳液，需要使M相的压力基本保持 恒定，也就是说，需要保持膜管外侧的压力基本恒定，但由于分散相是连续 从膜管外侧向内侧渗透的，因此分散相的压力是随着M相的渗透而逐渐变 化的，为了使分散相的压力保持恒定并且连续的供应*相，本发明在分散 相进料管上安装稳压送料装置用以使分散相腔体内的分散相压力保持基本恒 定。
在本具体实施方式
中，本发明提供了连接在分散相进料管上的平流泵2 作为稳压送料装置，平流泵2连接在进料管的旁路上，平流泵前面的进料管 上安装有阀V3。由平流泵将分散相连续的提供给分散相腔体，由于在平流泵 与分散相腔体连接的一侧是密封的，因此在制备乳液时，预先设定一个乳化 压力，平流泵根据所述预先设定的乳化压力来调整平流泵的转速。当分散相 向膜管内渗透使*相腔体内的压力下降并低于预定乳化压力时，平流泵的 转速增加，分散相的流速加大，因此可以提高分散相腔体内的压力达到预定乳化压力；当分散相腔体内的压力超过预定乳化压力时，平流泵的转速降低， 分散相的流速变慢，因此可以降低*相腔体内的压力达到预定乳化压力。 此外，由于平流泵与分散相进料罐连接的一侧可以是敞开的，所以可以随时 向分散相进料罐内补充分散相而不影响分散相的乳化压力。因此，本实施方 式通过在分散相进料管上安装平流泵可以使分散相腔体内的压力基本与预定 的分散相压力保持一致，因此有利于制备出乳滴粒径分布均匀的乳液。为了 达到本发明的目的，对于平流泵，本发明并无特别的限制。
本发明对于膜组件中膜管的方向并无特别的限制，膜管可以水平排列， 也可以竖直排列。将膜管竖直排列时，膜管的底部也可以是闭口的，此时在 膜管内装满连续相，然后对分散相施加压力，使分散相通过膜孔进入连续相 也可以制备乳液。但是为了更好的控制乳液浓度，需要向膜管内连续、循环 供应连续相，因此，膜乳化器还包括连续相进料罐R2，连续相进料罐R2通 过下面连接的连续相进料管4将连续相乂人膜组件11的连续相进口套送入膜 管，经过乳化后的乳液再从与连续相出口套连接的回流管3流回连续相进料 罐R2,在回流管上包括电》兹阀V6，在连续相进料管4上安装有循环泵V5 将连续循环乳液，以制备不同浓度的乳液。
进行乳化时，当乳化过程不能正常进行时，需要随时停止乳化过程以防 止原料的浪费。本发明人发现，随着乳化过程的连续进行，当膜管被分散相 润湿时，膜孔与分散相之间的界面张力会降低，会导致乳化速度加快，因此 会产生大小不一的乳滴，影响乳液的均一性。本发明所述的乳化速度是指分 散相的消耗速度。为了监控膜乳化过程是否正常进行，本发明在分散相进料 管上安装了流量计FI,优选的，流量计FI安装在平流泵与分散相入口之间的 分散相进料管上。这里的流量计FI有两个作用，其一是计算分散相的消耗量， 从而可以计算出乳化液的浓度，当乳液浓度达到要求时，可以将乳液从阀V6 排出进行后续反应；其二是用于监控乳化速度，当乳化速度超过预定值时， 说明膜管被分散相润湿，因此停止乳化过程，防止原料浪费。
此外，分散相进入连续相形成乳液时，影响乳滴粒径大小的因素之一是 乳化压力，当乳化压力过大时，可能会使分散相在通过膜孔时发生喷射，使 乳化速度过快，导致乳滴粒径变小并不均一；当乳化压力过小时，分散相在
10膜管内侧形成乳滴的时间增长，乳化速度变'隄，导致乳滴过长时间的增长而 引起粒径变大，这两种情况均不利于制备粒径分布均匀的乳液。对于选定的 具体膜管，都存在一个合适的乳化压力范围，只有在这个合适乳化压力范围 内才能制备粒径均一的乳液，因此为了确定选定膜管的最佳乳化压力，本发 明在提供的膜乳化器中进一步安装有粒度在线检测仪LS,对于粒度在线检测 仪本发明并无特别的限制，可以使用本领域人员熟知的在线4企测仪。
本发明中，将粒度在线检测仪的第一采样器LSI设置在靠近膜组件的连
续相出口处的连续相回流管上用于在线检测乳滴粒径变化。第一采样器LSI
测试的是乳液刚形成之后的乳滴粒径分布，连续进行乳化过程时，如果第一
采样器LS1测试到的乳滴粒径变小，则说明乳化压力过大，因此需要降低平 流泵2的预定乳化压力；如果第一釆样器LS1测试得到的乳滴粒径变大，则 说明乳化压力过小，因此需要提高平流泵2的预定乳化压力。如前所述，当 第一采样器LS1监测到的乳滴粒径分布稳定时，将此时的压力设定为平流泵 的工作压力，即乳化压力，平流泵可以根据预定乳化压力调整泵的流速使分 散相内的压力与预定乳化压力匹配。
为了制备不同浓度的乳液，本发明提供的膜乳化器中的连续相是连续循 环的，本发明人发现，乳液的循环速度也是影响乳滴粒径大小的因素，当循 环速度过快时，有可能出现破乳现象，即乳滴被打碎，因此使乳滴粒径变小； 当循环速度过慢时，乳滴会聚集导致乳滴粒径变大。因此，为了测量出合理 的乳液循环速度，本发明提供的粒径检测装置LS在靠近膜组件的连续相进 口处的连续相进料管上设置有第二采样器LS2用于检测乳滴粒径，第二采样 器测试的乳滴粒径是连续相循环后的乳滴粒径。如果第二采样器LS2测试得 到的乳滴粒径小于第一采样器LS1测试得到的乳滴粒径，则说明乳液发生了 破乳现象，需要减慢连续相循环速度；如果第二采样器LS1测试得到的乳滴 粒径大于第一采样器LS1测试得到的乳滴粒径，则说明乳液中的乳滴粒径发 生了聚集的现象，也就是说连续相循环速度过快，需要提高连续相循环速度。
在连续相进料罐上，本发明还提供了液位控制器LE用于观察连续相中 的液位，当制备好的乳液经阀V6排走进行后续反应后，继续向连续相进料 罐内供入连续相。另夕卜，在靠近阀V6的地方，本发明安装了在线检测装置的第三采样器LS3对排料时的乳滴粒径进行;险测，由于连续相的循环时间以 及放料速度对于粒径分布也有较大影响，如果循环时间过长，可能出现破乳 现象，导致乳滴粒径减小，因此通过测试放料口的乳滴粒径变化可以确定乳 液的循环时间和最佳放料速度。
进行乳化之前，需要检测分散相腔体的密封性。因此，在分散相进料罐 上还包括压力自动控制装置PIC，用于在制备乳液之前，通过分散相进料罐 向分散相腔体内施加一定压力并测量分散相腔体内的压力，将所述压力随时封性。
为了实现膜乳化的自动控制，本发明提供的膜乳化器包括自动控制系统 CP用于对在线;险测装置LS进行自动控制监测(图4中控制虚线所示)、对 电磁阀(V3、 V4、 V5、 V6)、平流泵3、液位控制仪LE、循环泵P、流量仪 FI、进行自动控制(图4中未示出控制虚线)。自动控制系统CP可以赋予该 设备高智能化、高性能化和高普适性。
为了提高乳化效率，可以在本发明提供的膜乳化器中设置多个膜组件同 时进行膜乳化反应。对于膜组件的连接方式可以有多种，例如可以将两个或 两个以上的膜组件并联在一起，通过同一个连续相进料罐向膜管内供应连续 相并通过同一个M相进料管向膜管内连续供应分散相制备乳液。或者，将 两个或两个以上的膜组件串联在一起，来增加乳液浓度。或者，可以采用并 联和串联组合的方式。
参见图5、图6和图7,图5为本发明提供的膜乳化器第二种具体实施方 式中膜组件的连接结构的俯视图，图6为图5中的膜组件与连续相循环泵连 接结构A方向的侧视图，图7为图5中的分散相进料管与两个膜组件连接结 构沿B-B方向的剖视图。与第一种实施方式膜乳化器的不同之处在于，本发 明在这种具体实施中提供了包括两组并联的膜组件(11、 12)。由连续相进料 罐R2通过连续相循环泵P1同时向第一膜组件11和第二膜组件12内循环供 应连续相，而由M相进料罐Rl通过平流泵(图中未画出)同时向第一膜 组件11和第二膜组件12供应*相。由上述分析可知，在连续相循环的过 程中，连续相的循环速度对于乳化过程和乳滴粒径分布的影响较大，因此为
12了减小乳滴粒径差异，需要使第一膜组件11和第二膜组件12中的连续相具 有相同的循环速度。
本发明人发现，如果在两个膜组件两端的连续相进口处和连续相出口处 设计合理的管道则可以使连续相在两个膜组件中具有相同的流量速度，从而
制备出乳滴粒径分布均一的乳液。请参考图5和图6,连续相进料管被循环 泵分成泵前连续进料管41和泵后连续相进料管，泵后连续相进料管具有依次 连接的第一终端42a、第一中部42b和第一始端42c;连续相回流管具有依次 连接的第二始端32c、第二中部32b和第二终端32a。第一膜组件11的连续 相进口套lla和第一终端42a成第一圆角51连接，第一膜组件11的连续相 出口套lib和第二中部32b成直角连接。第二膜组件12的连续相进口套12a 和第一中部42b成直角连4妄，第二膜组件12的连续相出口套12b和第二始端 32c成第二圆角52连接，第二终端32c连接到连续相进料罐上R2上。第一 圓角51和第二圆角52具有相等的弧度，所述两个圆角(51, 52)的弧度可 以为45度 120度，优选的，所述两个圆角的弧度为90度。为了减小泵的 阻力，泵后进料管的第一始端42c和循环泵Pl依次成两个弧度为90度的圆 角(53、 54)连接。
在图7中，M相通过同一个平流泵2 (图7中未画出)向两个膜组件 内连续供应分散相，由于分散相不需要循环，其流量主要是由平流泵的流速 决定的，受管道阻力影响不大，因此只需要使两个膜组件的^:相进料管以 分散相总进料管为对称中心即可达到使分散相均匀分配的目的。
而在连续相循环的过程中，影响连续相循环速度的因素除了循环泵Pl 的转速以外，还有连续相在管道中所受到的管道阻力，如连续相在膜组件的 连续相进口处的阻力、在膜组件的连续相出口处的阻力都会对连续相的循环 速度产生影响。在这种连接方式中，第一膜组件和第二膜组件由同一个泵P1 来循环连续相，连续相经过泵后的流速是一样的，为了使连续相在两个膜组 件中保持相同的循环速度，需要连续相在两个膜组件中受到同样的管道阻力， 而本发明提供的连接方式中，由于两个膜组件在各自的两端即连续相的进口 处和出口处的连接方式是对称的，也就是说连续相在两个膜组件的两端受到 的管道压力差是相等的，因此连续相在两个膜组件中具有相同的管道流量，因此有利于制备粒径均匀分配的乳化液。
显然，本发明还可以进行进一步改进，例如在第二种实施方式中的两两 膜组件并联组成一个膜乳化单元的基础上，将多个膜乳化单元并列，进一步 提高乳化效率。
下面以膜乳化器的第一种实施方式为例，说明连续进行膜乳化的过程
a) 检测分散相腔体密封性，先通过压力自动控制器PIC向分散相进料管 内送入一定压力的气体，然后观察压力随时间变化曲线是否与预先对膜孔测 定的压力变化曲线一致，如果分散相腔体压力变化曲线与预先提供的膜孔压 力变化曲线一致，则进行步骤b),如果压力异常，；险查膜组件的气密性，重 新密封安装；
b) 连续相进料，开启循环泵Pl,使连续相在膜组件中的膜管内进行循
环；
c) 分散相进料，将分散相腔体上的放空阀V4打开，向分散相进料罐内 送入分散相，在分散相进料罐内通过压力自动控制器PIC施加一定压力后， 将分散相通过岡V3送入膜组件。M相逐步充满M相腔体后，关闭阀门 V3和V4，开启平流泵2，使分敎相经过平流泵进入M相腔体，当M相 腔体内的压力达到膜孔工作压力时，分散相即通过膜孔壁进入膜管内，形成 乳滴。由于连续相是不断循环的，因此连续相将形成的乳滴带走，经回流管 3将乳液送回连续相进冲+罐R2，继续循环；
d) 当在线检测仪的第一采样器LSI检测到的乳滴粒径稳定后，将乳滴 稳定时的乳化压力设定为平流泵的预定工作压力；
e )当在线检测仪的第二釆样器LS2检测到的乳滴粒径与第一采样器LSI 监测到的乳滴粒径基本相同后，将乳滴稳定时的连续相循环速度设定为连续 相循环泵P1的预定循环速度；
d) 当根据流量计FI计算得到的乳液浓度达到要求时，停止分散相的供 应，并将乳液经阀V6送入后续聚合或后处理工序，结束乳化过程；
e) 当粒径监测仪LS测得的乳滴粒径出现异常或者流量剂FI流量突变时， 停止供应分散相，结束乳化过程，防止原料浪费。
本发明对于膜管的横截面形状并无特别的限制，可以为圆形、正方形、
14长方形、椭圆形、圆筒形。为了有利于提高膜乳化工艺的稳定性，膜管的横 截面形状优选为圆形、正方形、圆筒形等高度对称的形状，更优选的，膜管 的横截面形状为圓形。本文中所述的膜管为多孔膜管，多孔膜管可以为高分 子多孔膜管、二氧化硅多孔膜管、陶瓷多孔膜管。高分子多孔膜管可以为硅 橡胶全蒸发膜管(尤其是由聚二曱基硅氧烷制备的膜管)、聚四氟乙烯填充硅 橡胶膜管、高分子聚乙烯膜管、高分子聚丙烯膜管等。陶瓷多孔膜管可以为 钛酸钡、钛酸锶、锆酸钓、锆酸镁、碳化硅、碳化硼等材质的膜管。优选的，
多孔膜管为二氧化硅膜管，如日本SPG TECHNOLOGY公司生产的无机微孔 膜管。
采用本发明提供的乳化器在制备O/W型、W/O型和W/O/W型体系等常 用乳液时得到的乳滴或乳球尺寸均一、粒径可控，粒径分布不超过10%，生 产规模大，批次重复性控制在5%内。
实施例1
(1) 苯乙烯单体(北京化学试剂公司生产，化学纯)1000g和二乙烯基 苯单体(山东东大化工公司生产，化学纯)1000g混合，加入20g过氧化苯 曱酰(引发剂BPO,北京化学试剂公司生产，分析纯)，混合物完全溶解，所 得溶液即为分散相。
(2) 去离子水20L,加入200g聚乙烯醇(PVA, 80%水解度)、8.8g十 二烷基硫酸钠和2.2g无水硫酸钠，混合物完全溶解，所得溶液即为连续相。
(3 )将10根SPG微孔膜管(孔径为5微米)安装在附图1所示的膜组 件中，并将膜组件安装在附图4所示的膜乳化器中。通过氮气瓶和压力自动 控制器PIC往膜组件中通入8KPa的压力，并观测压力IO分钟。压力变化趋 势和预测的趋势一致，则说明膜组件的密封性良好，可以进行下一步的膜乳 化实验。
(4 )将配制好的连续相加入到连续相进料罐中，緩慢开启循环泵使连续 相在管道中循环流动；将分散相加入到分散相进料罐中，通过压力自动控制 器PIC设定5KPa的压力使分散相緩慢充满膜组件，此后膜组件;改空阀关闭， 进料系统自动切换至平流泵进料系统，通过平流泵进料使膜组件的压力上升 至乳化临界压力15KPa，此时分散相透过膜孔进入连续相，形成O/W型乳液。
15(5 )乳滴粒监测装置LS的第一采样器LSI和第二采样器LS2监测到的 乳滴粒径稳定时，计算机自控操作系统设定的连续相循环的流速为20L/h和 乳化压力为15KPa，然后开始连续乳化过程；当乳液浓度达到10°/。以上时， 系统自动停止，乳化过程结束。乳液通过放料阀进入聚合釜中进行24小时的 聚合。
(6)聚合后的反应液进入洗球釜中，用热水清洗5遍；然后进入干燥釜 中进行抽滤和气流干燥，最后得到干燥的粒径为30微米，粒径分布系数(CV 值)为9.82%的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔微球，收率为95%。 实施例2
(1 )将4L去离子水和40g醋酸混合后，加入60g壳聚糖，混合物完全 混合配置成溶液，即为分散相。
(2 )将14L液体石蜡和10L石油醚混合均匀，加入960ml的油相引发 剂PO-500,混合物完全溶解成溶液，即为连续相。
(3 )将20根经过表面修饰的SPG微孔膜管(孔径为1微米)安装在附 图l所示的两组膜组件中，并将膜组件安装在附图5所示的膜乳化器中。通 过氮气瓶和压力自动控制器PIC往膜组件中通入10KPa的压力，并观测压力 IO分钟。压力变化趋势和预测的趋势一致，则说明膜组件的密封性良好，可 以进行下 一 步的膜乳化实验。
(4 )将配制好的连续相加入到连续相进料罐中，緩慢开启循环泵使连续 相在两组管道中均匀的循环流动；将分散相加入到分散相进料罐中，通过压 力自动控制器PIC设定5KPa的压力使分散相緩慢充满两组膜组件，此后膜 组件放空阀关闭，进料系统自动切换至平流泵进料系统，通过平流泵进料使 膜组件的压力上升至乳化临界压力40KPa,此时分散相透过膜孔进入连续相，
形成w/o型乳液。
(5 )乳滴粒监测装置LS的第一采样器LSI和第二采样器LS2监测到的 乳滴粒径稳定时，计算机自控操作系统设定的连续相循环的流速为30L/h和 乳化压力为40KPa,然后开始连续乳化过程；当乳液浓度达到15%以上时， 系统自动停止，乳化过程结束。乳液通过放料阀进入乳滴固化装置中进行固 化10小时。(6)固化后的微嚢进入洗球釜中，用乙醇和去离子水分别清洗5遍；微 嚢悬浮液经冷冻干燥36小时后得到粒径为7微米、粒径分布系数(CV值) 为8.95%的壳聚糖微嚢，收率为89%。 实施例3
(1 )将lgGLP-l (胰高血糖素样多肽-l )溶解在1L去离子水中配置成 水溶液，为内水相；将50g聚乳酸溶解在10L 二氯曱烷中配置成有机溶液， 为油相。
(2 )将100g聚乙烯醇(PVA-80 )溶解在10L去离子水中配置成水溶液， 为外水相。
(3 )将10根经过表面修饰的SPG微孔膜管(孔径为1微米)安装在附 图l所示的膜组件中，并将膜组件安装在附图4所示的膜乳化器中。通过氮 气^f瓦和压力自动控制器PIC往膜组件中通入10KPa的压力，并，见测压力10 分钟。压力变化趋势和预测的趋势一致，则说明膜组件的密封性良好，可以 迷行下一步的膜乳化实验。另外，将IO根未修饰的SPG微孔膜管(孔径为 5微米)安装在另一个膜组件中，通过同样的方式检测完密闭性后待用。
(4 )将配制好的油相加入到连续相进料罐中，緩慢开启循环泵使油相在 管道中均勻的循环流动；将内水相加入到分散相进料罐中，通过压力自动控 制器PIC设定10KPa的压力使分散相緩慢充满膜组件，此后膜组件放空阀关 闭，进料系统自动切换至平流泵进料系统，通过平流泵进料使膜组件的压力 上升至乳化临界压力30KPa，此时内水相透过膜孔进入油相，形成粒径为7
微米的w/o型乳液。
(5 )乳滴粒监测装置LS的第一采样器LSI和第二釆样器LSI监测到的 乳滴粒径稳定时，计算机自控操作系统设定的连续相循环的流速为25L/h和 乳化压力为30KPa,然后开始连续乳化过程；当内水相完全压入油相时，系 统自动停止，乳化过程结束。乳液通过放料阀放出待用。
(6 )将膜乳化器的循环管道用去离子水清洗后将所用膜组件拆卸下来, 将另一个待用的膜组件重新安装在附图4所示的膜乳化器中。将外水相加入 到连续相进料罐中，緩慢开启循环泵使外水相在管道中均匀的循环流动；将 制备的W/O型乳液加入到分敎相进料罐中，通过压力自动控制器PIC设定
175KPa的压力使分散相緩慢充满膜组件，此后膜组件放空阀关闭，进料系统自 动切换至平流泵进料系统，通过平流泵进料使膜组件的压力上升至乳化临界 压力14KPa,此时W/0型乳液透过膜孔进入外水相中，形成W/0/W型复乳 液。
(7 )乳滴粒监测装置LS的第一采样器LSI和第二采样器LSI监测到的 乳滴粒径稳定时，计算机自控操作系统设定的连续相循环的流速为15L/h和 乳化压力为14KPa,开始连续乳化过程；当W/O型乳液完全压完时，系统自
动停止，乳化过程结束。w/o/w型复乳液通过放料阀进入复乳滴固化装置中
进行固化20小时。
(8)固化后的微嚢进入洗球釜中，用去离子水清洗8遍；微嚢悬浮液经 冷冻干燥48小时后得到粒径为30微米、粒径分布系数(CV值)为9.98% 的聚乳酸微胶嚢，收率为85%。
以上对本发明提供的用于制备乳液的膜乳化器和制备乳液的过程进行了
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可 以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的 保护范围内。
18
权利要求
1、一种膜乳化器，包括至少一个膜组件，所述膜组件包括多根并列的膜管，所述膜管的两端分别穿过第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板与包围在所述膜管外的外套液密封连接形成分散相腔体，所述膜管和第一挡板、第二挡板为液密封连接结构，所述分散相腔体包括在分散相腔体底部的分散相入口；分散相进料器，包括将分散相通过分散相入口送入分散相腔体内的分散相进料管；连接在分散相进料管上使分散相在分散相腔体内的压力保持恒定的稳压送料装置；连续相循环器，包括向膜管送入连续相的连续相进料管和将连续相回流的连续相回流管。
2、 根据权利要求1所述的膜乳化器，其特征在于所述稳压送料装置为平 流泵。
3、 根据权利要求1所述的膜乳化器，其特征在于所述膜组件还包括在分 散相腔体两端的连续相进口套和连续相出口套，所述外套分别和连续相进口 套、连续相出口套液密封连接，所述膜管的两端分别容纳在连续相进口套内和 连续相出口套内，所述连续相进口套和连续相进料管连接，所述连续相出口套 和连续相回流管连4^。
4、 根据权利要求3所述的膜乳化器，其特征在于包括两个互相平行、通 过连续相进料管和连续相回流管并联连接的第一膜组件和第二膜组件，所述连 续相进料管包括依次连接的第一终端、第一中部，所述连续相回流管包括依次 连接的第二终端、第二中部；所述并联连接为第 一膜组件的连续相进口套与第 一终端成第 一 圓角连 接，第一膜组件的连续相出口套与第二中部成直角连接，第二膜组件的连续相 进口套与第一中部成直角连接，第二膜组件的连续相出口套与第二终端成第二 圆角连接，第一圓角和第二圆角的角度相等。
5、 根据权利要求1所述的膜乳化器，其特征在于还包括监测乳滴粒径分 布的粒径监测装置，所述粒径监测装置包括与连续相回流管连接的第一采样 器。
6、 根据权利要求1所述的膜乳化器，其特征在于还包括设置在稳压送料 装置与g相入口之间的连接在分散相进料管上的流量计。
7、 根据权利要求1至6任一项所述的膜乳化器，其特征在于所述膜管与两个挡板的液密封连接结构具体包括膜管上套有密封圈，挡板上有使膜管穿过 的台阶孔，所述密封圈卡在台阶孔的台阶上后再通过套在膜管上的压紧装置旋 入台阶孔将密封圈压紧。
8、 根据权利要求7所述的膜乳化器，其特征在于所述压紧装置为不锈钢 螺紋套，所述不锈钢螺紋套与台阶孔螺紋配合将密封圏压紧。所述不锈钢螺紋 套和密封圈之间还包括不锈钢平垫。
9、 一种使用权利要求4至8任一项所述的膜乳化器制备乳液的方法，包 括步骤a) 检测分散相腔体的密封性；b) 在膜管内连续循环供应连续相，将分散相送入分散相腔体并施加压力 使分散相通过膜管渗透至连续相得到乳液。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述步骤a)具体为 在分散相腔体内施加压力，比较所述压力随时间变化曲线与预先测定的膜孔压力随时间变化的曲线，如果一致，则进行步骤b),如果压力变化异常， 则重新密封安装膜组件。
11、 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于所述步骤b)具体包括 bl)在膜管内连续循环供应连续相，向分散相腔体内施加压力使分散相通过膜管渗透至连续相得到乳液；b2)调整稳压送料装置的送料速度使从膜管内流出的乳滴粒径分布均匀， 将乳滴粒径分布均匀时的分散相腔体内的压力设定为稳压送料装置的预定工 作压力，由稳压送料装置供应分散相。
全文摘要
本发明公开一种膜乳化器，包括膜组件，分散相进料罐、稳压送料装置和连续相进料罐；所述膜组件包括多根并列的膜管，膜管的两端分别穿过第一挡板和第二挡板，两个挡板和包围在膜管外的外套液密封连接形成分散相腔体，所述膜管和两个挡板为液密封连接结构，所述分散相腔体包括在分散相底部的分散相入口；分散相进料器包括将分散相通过分散相入口送入分散相腔体内的分散相进料管；稳压送料装置连接在分散相进料管上使分散相在分散相腔体内的压力保持恒定；连续相进料器包括向膜管送入连续相的连续相进料管和将乳液回流的连续相回流管。本发明提供的膜组件以高通量制备乳液，通过稳压送料装置实现了乳液高水平的批次重复性，有效的提高了乳液的质量。
文档编号B01D63/06GK101683592SQ20081022328
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者巩方玲, 苏志国, 马光辉 申请人:中国科学院过程工程研究所