用于通过产生剪切和/或气穴来混合液体的设备的制作方法

专利名称：用于通过产生剪切和/或气穴来混合液体的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过产生剪切和/或气穴来进行混合的设备和方法、以及用 于该设备的组件。
背景技术：
气穴是指在液体中形成气泡的方法。这可用许多方式来进行，诸如通过使用以流 体动力方式快速运动的固态物体(作为叶轮)，或通过高频声波。用于产生气穴的设备和方法描述于以下美国专利中3，399，031 ；4，675，194 ； 5，026，167 ；5，492，654 ；5，810，052 ；5，837，272 ；5，931，771 ；5，937，906 ；5，969，207 ； 5，971，601 ;6，365，555 Bl ；6, 502, 979 Bl ；6, 802, 639B2 ；6, 857, 774 B2 ；7, 041, 144 B2 ；7, 178, 975 B2 ；7, 207, 712 B2 ；7, 247, 244B2 ；7, 314, 516 B2 ；和 7，338，551 B2。 一种用于产生流体动力气穴的特定设备被称为液哨。液哨描述于Paul Becher的 题目为 Emulsions-Theory and Practice 的书(第 3 版)的第 12 章 “^Techniques ofEmulsification，，中，i亥书由 American Chemical Society and OxfordUniversity Press 出版(NY，NY, 2001年)。液哨的一个实例为SONOLATOR 高压勻化器，其由Sonic Corp. (Stratford, CT, U.S.A.)制造。该液哨将液体在压力下通过孔口引入到其中具有刀 状叶片的室中。液体被导向叶片，并且液体对叶片的作用使叶片以可听频率或超声频率振 动。流体动力气穴在孔口下游的室中的液体中产生。液哨已在化学行业、个人护理行业、制药行业、以及食品和饮料行业中使用多年， 并且已用作在线系统(单原料或多原料)以用于即刻生产出细小、均勻且稳定的乳液、分散 体和共混物。然而，已发现可期望对此类装置进行改进。具体地讲，一些此类装置需要能够被更 容易地清洁，尤其是当它们用于处理具有微生物敏感性(易于生长微生物)的产品诸如食 物产品、化妆品和药品时。例如，虽然SGWGLATGII 高压勻化器能够以“原位清洁”型 获得，但这种特征仅可在极简单的型号上获得，这些型号不具有用于调整叶片相对于孔口 的间距的机构。此外，这些装置中的至少一些不可按比例缩放以便进行某些转化。例如，在一些其 中在“按比例放大”至用于商业生产的生产尺寸单元之前使用试验尺寸单元的情况下，按生 产尺寸单元生产出的成品的物理特性(诸如稳定性、粘度、外观和微结构)可能会极大地不 同于按试验尺寸单元生产出的产品的物理特性，甚至在相同的操作条件下。如本文所用，术 语“操作条件”是指诸如以下之类的条件压降、背压、喂送到设备中的液体组分的温度、以 及叶片与孔口之间的距离。因此，仍在继续探索改进的用于通过产生剪切和/或气穴来进 行混合的设备和方法、以及用于此类设备的组件。

发明内容
本发明涉及一种用于通过产生剪切和/或气穴来进行混合的设备和方法、以及用于该设备的组件。本发明具有很多非限制性实施方案。在一个非限制性实施方案中，本发明公开了一种用于通过产生剪切和/或气穴来 进行混合的设备，该设备包括混合和/或气穴室，所述室具有进口、至少一个入口和至少 一个出口；以及具有至少一个孔口的至少一个元件，所述至少一个孔口邻近混合和/或气 穴室的进口定位。在该实施方案的一种型式中，该设备被构造成在原位进行清洁。设备可 例如具有至少一个与混合和/或气穴室保持液体连通的排流槽。设备还可包括位于混合和 /或气穴室中的至少一个叶片，所述至少一个叶片与具有孔口的元件相对地设置。如果设备 包括至少一个叶片，则设备还可包括叶片固定器，所述叶片固定器为能够运动的以便能够 改变叶片尖端与孔口的排放口之间的距离。本文也描述了对混合和/或气穴室、叶片、叶片 固定器和孔口组件的改进。在这些或其它实施方案中，设备可被构造成可按比例缩放的。在这种实施方案的 一种型式中，设备具有喷射器，所述喷射器为能够运动的以便能够调整喷射器的排放端部 与所述至少一个孔口之间的距离。在该实施方案或其它实施方案中，上游混合室具有在入 口的中心线处测量的直径，并且从入口的中心线至上游混合室首次在入口下游的某个位置 变窄的点所测得的尺寸大于或等于在入口的中心线处测量的上游混合室的直径的约1.1 倍。本文也描述了一种用于通过在流体中产生剪切和/或气穴来进行混合的方法。


根据附图将会更充分地理解以下发明详述，其中图1为用于通过产生剪切和/或气穴来进行混合的设备的一个实施方案的透视 图。图2为沿图1的线2-2截取的图1所示设备的局部片段剖面图。图3为计算流体动力学模型的数值解，示出了液体流入到现有技术的液哨的孔口 中的一个可能的实例。图4为计算流体动力学模型的数值解，示出了液体流入到本文所述设备的相对小 比例型式的孔口中的一个可能的实例。图5为计算流体动力学模型的数值解，示出了液体流入到本文所述设备的较大比 例型式的孔口中的一个可能的实例。图6为用于图1所示设备的孔口组件的一个实施方案的放大透视图。图7为沿图6的线7-7截取的图6所示元件的横截面。图8为用于图1所示设备的叶片固定器和叶片的一个实施方案的放大透视图。图9A为具有不同构型的叶片的一个可供选择的实施方案的平面图。图9B为具有不同构型的叶片的一个可供选择的实施方案的平面图。图10为叶片固定器的引导部分的一个可供选择的实施方案的前视图。图11为示意图，其示出了用于冲洗该设备的方法的一种型式。图12为沿图11中的线12-12截取的设备的横截面。附图所示的实施方案在性质上为例证性的，并非旨在限制由权利要求所限定的本 发明。此外，根据发明详述将会更充分地了解并理解附图和本发明的各个特征。
具体实施例方式本发明涉及一种用于通过产生剪切和/或气穴来进行混合的设备和方法。应当理 解，在某些实施方案中，该设备和方法的诱导剪切的能力可不仅有益于混合，而且也可有益 于分散液体中的固体颗粒并碎裂固体颗粒。在某些实施方案中，该设备和方法的诱导剪切 和/或产生气穴的能力也可用于形成小滴和/或囊泡。图1和2示出了用于通过产生剪切和/或气穴来进行混合的设备20的一个非限 制性实施方案。设备20可具有纵向轴线L。如图2所示，设备20包括一般用附图标号22 标示的至少一个入口 ；预混室(或“上游混合室”)M ；混合室(或“下游混合室”) ，其包 括进口观和一般用附图标号30标示的至少一个出口 ；以及至少一个元件或结构诸如具有 孔口 34的孔口组件32。元件32邻近(靠近)下游混合室沈的进口 28定位。设备20还 可以但非必要地包括至少一个叶片40诸如刀状叶片，所述叶片与具有孔口的元件32相对 地设置在下游混合室沈中。设备20可包括流体动力气穴设备，这种设备的一个实例为液哨。液哨的一个商 业实例为得自 Sonic Corp. (Stratford, CT, U.S.A.)的SONOLATOR 高压勻化器。 SONOLATOR 高压勻化器描述于授予Cottell等人的美国专利3，176，964和授予 D’ Urso的美国专利3，926，413中。相对于某些现有装置而言，本文所述的设备20包含附 加特征和改进。本设备20的组件可包括喷射器组件42、入口外壳44、孔口外壳(或“孔口支撑组 件”)46、孔口组件32、下游混合室外壳48、叶片固定器50、调整器支撑件52和调整组件54， 所述调整组件用于调整叶片40的尖端与孔口 34的排放口之间的距离。也可期望存在节流 阀(其可位于设备20的外部)，所述节流阀定位在下游混合室沈的下游以改变下游混合室 26中的压力。入口外壳44、上游混合室外壳46和下游混合室外壳48可具有任何合适的构 型。合适的构型包括但不限于圆柱形、具有椭圆形或其它合适形状的横截面的构型。这些 组件中的每种的构型不必为相同的。在一个实施方案中，这些组件包括大致圆柱形的元件， 所述元件具有基本上圆柱形的内表面和大致圆柱形的外表面。这些组件可由任何合适的材料制成，包括但不限于不锈钢、AL6XN、海氏合金 (Hastalloy)和钛。可期望叶片40和孔口组件32的至少部分由具有较高表面硬度或较高 硬度的材料制成。合适的具有较高表面硬度或较高硬度的材料描述于2007年6月观日提 交的临时美国专利申请序列号60/937，501中。设备20的组件可用任何合适的方式制造， 所述方式包括但不限于从上述材料的实心块机加工出所述组件。组件可用任何合适的方式 接合或保持在一起。如本说明书中所用，术语“接合”包括其中通过将元件直接附连到另一个元件上而 将该元件直接固定到另一个元件上的构型；其中通过将元件附连到中间构件上而所述中间 构件继而附连到另一个元件上来将元件间接固定到另一个元件上的构型；其中一个元件被 另一个元件保持的构型；以及其中一个元件与另一个元件成一整体，即一个元件基本上为 另一个元件的一部分的构型。在某些实施方案中，可期望本文所述的组件中的至少一些具 有用于将所述组件接合在一起的螺纹连接、夹紧连接或压力连接。本文所述的组件中的一 个或多个可例如夹紧、用销轴保持在一起、或被构造成适配在另一个组件内。
为便于讨论起见，可认为设备20(尤其是其内部)包括若干个区域。这些区域将 为所标示的区域1、区域2、区域3、区域4、区域5、区域6和区域7。区域1包括上游混合室 24的在被喂送到设备20中的两个或更多个液体流的交会位置之前的部分。液体流的流动 由图2中的箭头指示。区域1可被认为是槽部分，所述槽部分用作流体调理区域。槽部分 具有上游端部、下游端部和内壁，所述内壁限定穿过槽部分的液体通道。液体流可被径向 地、切向地和轴向地喂送到设备20中。区域2包括上游混合室M的定位在使液体流彼此 接触之后且在进入到孔口 34之前的部分。区域3包括孔口 34中的区域。区域4包括定位 在从液体退出孔口 ；34的部位延伸至叶片40的前沿84(示出于图8中)的区域中的区域。 区域5包括叶片40周围的区域(S卩，叶片的边界层)。区域5可进一步细分成(A)边界层 分隔区域；和(B)再循环区域。区域6包括区域5外侧的孔口下游的混合室沈内部的剩余 部分。区域7包括一般用30标示的排放端口。设备20包括至少一个入口(或“入口导管”)22，并且通常包括两个或更多个入口， 诸如入口 22A，22B和22C，以便可将一种以上的材料喂送到设备20中。设备20可包括任何 合适数目的入口(例如，1个、2个、3个、4个、5个、...等)，以便可将任何此类数目的不同 材料喂送到设备20中。设备20也可包括至少一个排流槽、或至少一个同时用作入口和排 流槽的两用双向的流体导管。入口和任何排流槽可设置成相对于设备20的剩余部分成任 何合适的取向。入口和任何排流槽可例如相对于设备20的剩余部分轴向地、径向地或切向 地取向。它们可相对于设备20的纵向轴线形成任何合适的角度。入口和任何排流槽可设 置在设备的侧部上。如果入口和排流槽设置在设备的侧部上，则它们可相对于设备的剩余 部分成任何合适的取向。可期望使任何排流槽定位在设备20的重力底部上，并且具有从其 一直向下延伸的至少一个初始段。也可期望使至少一个入口取向成相对于排流槽成180度 的角度以便于冲洗设备20。在图2所示的实施方案中，设备20包括相对于设备的剩余部分轴向取向的呈喷射 器组件42形式的一个入口 22A。喷射器组件42包括用于第一材料的入口。喷射器组件42 具有上游端部42A和下游端部42B。第一材料可包括任何合适的流体。流体可包括任何合适的液体或气体。在一些实 施方案中，可期望流体包括两个或更多个不同的相、或多个相。所述不同的相可包括一个或 多个液体相、气体相或固体相。在液体情形中，常常期望液体包含足够的用于气穴的溶解气 体。合适的液体包括但不限于水、油、溶剂、液化气体、混悬液、和在室温下通常为固体的熔 融材料。熔融固体材料包括但不限于蜡、有机材料、无机材料、聚合物、脂肪醇和脂肪酸。第 一材料可例如包括油、或含水材料。第一材料可为加热的或未加热的。在设备20的使用方 法的一个实施方案中，第一材料包括加热的油。流体也可在其中具有固体颗粒。所述颗粒可包括任何合适的材料，包括但不限于 TiO2、含铋材料、Zn0、CaC03、Na2S04和Na2C03。颗粒可具有任何合适的尺寸，包括宏观颗粒和 纳米颗粒。在一些情况下，这些固体颗粒中的至少一些可为非晶形的。在一些情况下，这些 固体颗粒中的至少一些可为结晶的。在一些情况下，固体颗粒中的至少一些可为研磨剂。这 些颗粒可按任何合适的量存在于液体中。合适的量可落在任何合适的范围内，包括但不限 于按重量计介于约0. 001%至约65%之间，或更多；或者介于约0. 01%至约40%之间；或 者介于约0. 至约10%之间；或者介于约0. 5%和约4%之间。
设备20也包括第二入口 22B。第二入口 22B可用来将附加第一材料流引入到设备 中，或其可用来将第二材料引入到设备中。如果将第二材料喂送到设备中，则第二材料可包 括任何结合第一材料所述的一般类型的材料。第二材料也可为加热的或未加热的。在设备 20的使用方法的一个实施方案中，第二材料包括未加热的含水材料。所述材料可用任何合 适的方式提供给设备20，所述方式包括但不限于通过使用泵和为所述泵提供动力的马达。 泵可在所期望的压力下将材料提供给设备20。在图2所示的实施方案中，设备20还包括至少一个排流槽或可同时用作入口和排 流槽的两用双向的流体导管22C。在该实施方案中，第二入口 22B、入口 /排流槽组合22C 和喷射器组件42可包括高压连接以便可在诸如由高压泵提供的高压下将材料喂送到设备 20中。入口 22k, 22B和22C可例如包括连接，所述连接能够在介于约100-10，OOOpsi (约 7-700巴)之间或更大，或者介于约200-5，OOOpsi (约15-350巴)之间的压力下处理液体。 在该实施方案中，第二入口 22B和入口 /排流槽组合22C被布置成相对构型，并且分别定位 在设备20的重力顶部和重力底部。这在清洁设备时，能够使设备20具有更好的排流能力。设备20可具有一个或多个特征，所述特征使得设备能够比某些现有液哨更具“可 按比例缩放的，，性质。如本文所用，术语“可按比例缩放的，，是指在使用时能提供基本上相 同的处理条件和结果的设备，使得某个过程可从至少一种尺寸单元按比例放大至另一种。 “按比例放大”是一种使用得自较小比例过程的数据来构建某个制造过程的方法学上的做 法，其目的是在构造完成后的合理时段中生产出相同的(优质)产品。按比例放大可如下 进行从实验室工作台面到试验厂级、从试验厂到“中试车间”(或小型生产单元)尺寸、以 及从“中试车间”尺寸到大型国家级制造系统。按比例放大研究工作就是分析发生在某个 过程中的根本转化以达到如下认知水平在所述不同比例之间，类似的操作和产品的概率 是极高的。通常，不同尺寸单元之间的按比例放大以介于二和十五之间，或者介于五和十五 之间的任何数字的因数例如因数十来在最大流量不相同的单元之间执行。如本文所用，“转 化”是材料从一种形式到另一种形式的转换(物理的、化学的、热力学的、生物的、或它们的 组合)。化学过程、机械过程和包装过程中的转化实例包括乳化、水合、结晶、结合、切割等。通常，本文所述类型的设备的比例可用可通过这些设备进行处理的液体的量来 描述。此类设备的尺寸范围可例如为能够处理3-15L/分钟的试验比例单元至能够处理 30-200L/分钟的中试车间或小型全比例生产单元至能够处理300-1，500L/分钟的大型全 比例生产单元。此类流量范围可为重叠的或不重叠的。在一些实施方案中，可期望提供一 组具有不同尺寸/比例的两个或更多个设备，每种尺寸的设备在时空域中提供基本上相同 的处理条件，其中这些设备为可按比例缩放的。此类处理条件可包括但不限于基本上相同 的以下条件液体在上游混合室中的质量加权驻留时间和/或驻留时间分布；液体流入到 孔口中的速度；各个所述不同区域中的材料分布，尤其是孔口的开口上的材料分布；液体 在下游混合室中的质量加权驻留时间和/或驻留时间分布；以及局部湍流耗散速率。通常， 将针对被处理的特定组合物或配方，按每个设备的相应的设计或“中心线”流量来比较此类 处理条件。即，如果某种组合物是在一种比例的设备上制成的，则通常将按某种流量来制造 该组合物以使该组合物具有所期望的特性。为了在不同尺寸/比例的第二设备上制造基本 上相同的组合物，将选择更大或更小的中心线流量来操作第二设备。应当理解，中心线流量 可取决于被处理的组合物的所期望的特性。
所谓“基本上相同的”处理条件是指除湍流耗散速率之外，前述处理条件中的至少 一些在一种更小或更大尺寸/比例的设备的范围的约75% -125%的范围内。对于湍流耗 散速率，“基本上相同的”处理条件是指在彼此的因数十(即，十倍)内的湍流耗散速率。湍 流耗散速率可在区域3、4、5和6中测量。在一些实施方案中，可指定湍流耗散速率在彼此 的五倍以内。该段所述的处理条件是使用计算流体动力学(CFD)来计算，更具体地讲，是使 用Fluent软件来计算，所述软件得自Fluent，Inc. (ANSYS, Inc.的子公司)(Lebanon，NH, U. S. A.)。在一个实施方案中，区域1可为细长的以提供更具可按比例缩放性质的设备20。 区域1中的上游混合室M在第二入口 22B处的部分具有直径D。可期望在入口的中心线处 测量的上游混合室M的直径D对入口的直径d的比率大于2。当区域1被本文描述为“细 长的”时，这是指如下事实从入口 22B的中心线(CL)测量至上游混合室M在入口 22的 下游某个位置首次变窄的点的尺寸E大于或等于约1. 1D。不受任何特定理论的束缚，据信 这些关系将使得来自入口 22B的液体的流动减慢，并且在加速向设备20中的下游行进之前 形成为大致轴向对称的构型(例如，在所示的实施方案中为大致圆柱形构型)。这将使得能 够保持对液体流入到孔口 ；34中的条件的控制。不受任何特定理论的束缚，据信如果液体在 具有不同尺寸/比例的设备中的流动更具轴向对称性，则这些设备将是更接近成为可按比 例缩放的。如果液体流动的特性诸如流动的对称性在具有不同尺寸/比例的设备之间显著 地不同，则将难以使此类装置成为基本上可按比例缩放的。在这种实施方案的一些型式中，喷射器组件42为可重构的/可调整的以改变液体 在区域1中的驻留时间和/或驻留时间分布。喷射器组件42可例如为可互换的/可置换 的，或其可为能够运动的(例如，具有用于向内和/或向外运动的螺纹机构，或其可为能够 滑动的)。提供可重构的/可调整的喷射器组件42可使得能够调整液体在区域1中的驻留 时间和/或驻留时间分布，以便使它们能在不同比例的设备之间进行配合。上游混合室M具有上游端部24A、下游端部24B和内壁MC。在某些实施方案中， 还可期望使上游混合室M的至少一部分在区域1中具有初始轴向对称的锥形收缩区域 MD (在喷射器42的下游端部42B的位置之前)以便当趋近孔口 34时上游混合室M的尺 寸(例如，直径)朝上游混合室M的下游端部24B变得更小。在一些其中上游混合室M 的一部分24D为锥形的情况下，上游混合室M的壁的锥形部分可相对于彼此形成大于或等 于约11°且小于约135°的夹角A。夹角A可例如小于或等于约90°。这也可有助于形成 以轴向对称构型流入到孔口 34中的液体流。图4和5示出了在具有两种不同尺寸/比例的设备中以基本上轴向对称构型流入 到孔口 34中的液体流。图4为计算流体动力学模型的数值解，示出了液体流入到本文所述 设备的相对小比例型式的孔口中的一个可能的实例。图5为计算流体动力学模型的数值 解，示出了液体流入到本文所述设备的较大比例型式的孔口中的一个可能的实例。这可与图3所示的现有技术的装置形成对比。在现有技术的装置中，入口(I)的 直径等于或大于上游混合室的直径。因此，在该现有技术的装置中，通过入口 I流入到上游 混合室中的液体在其进入上游混合室时其速度将被保持(相对于被减慢或“被调理”)。当 该液体流进入以直角流进上游混合室中的液体流时，其将使流进上游混合室中的液体流的 动量发生突变。这将趋于使来自入口 I的液体流偏离上游混合室的壁并且使组合的液体流改变方向。因此，如图3所示，流入到孔口 34’中的液体流不是轴向对称的。该现有技术的 装置存在如下缺点在流入到孔口 34中的液体流的各种部分处会形成不均勻的混合物。在一些实施方案中，期望本文所述的设备20在液体进入孔口 34的路径中基本上 不含液体导流板或转向片以便设备20将更易于清洁。在可供选择的实施方案中，可使用导 流板或转向片来产生轴向对称的流动，然而这会使设备的清洁更加难以进行。区域3包括位于孔口 34处的区域。具有孔口 34的元件32可具有任何合适的构 型。在一些实施方案中，具有孔口 34的元件32可包括单一组件。在其它实施方案中，具有 孔口 34的元件32可包括孔口组件系统中的一个或多个组件。孔口组件32系统的一个非 限制性实施方案更详细地示出于图6和7中。在图6和7所示的实施方案中，孔口组件32系统包括孔口组件外壳(或“孔口壳 体”)66、喷嘴背衬68、孔口插件70和喷嘴72。更详细地观察这些组件，孔口组件外壳66为 大致圆柱形形状的组件，其具有侧壁和开放的上游端部66A、以及基本上闭合的(除用于孔 口 34的开口之外)下游端部66B。孔口组件外壳66包括邻近其上游端部66A的凸缘67。 喷嘴背衬68具有适当的尺寸并且被构造成邻近喷嘴72和孔口插件70适配在孔口组件外 壳66内，以使喷嘴和孔口插件70在孔口组件外壳内保持固定。喷嘴背衬68具有限定穿过 喷嘴背衬的通道的内壁、上游端部和下游端部。孔口插件70包括圆柱形环，所述环邻近孔 口组件外壳66的下游端部66B适配在孔口组件外壳66内。喷嘴72包括具有大致圆柱形 的外壁的独立组件和穿过所述外壁中心的通道74。通道74在喷嘴72的上游端部72A处形 成放大的开口 74A,并且具有侧壁，所述侧壁在趋近喷嘴72的下游端部72B时逐渐变细以形 成圆化表面74B。通道74在其下游端部74B处通入孔口 34中。孔口组件系统32的组件形 成由壁限定的槽76，所述槽具有基本上连续的内表面。因此，孔口组件系统32在各组件之 间具有极少的裂缝或没有裂缝，因而可比现有装置更易于清洁。相邻组件之间的任何接头 均可通过机械接缝技术诸如电抛光或打磨来高度地机加工，使得液体无法进入此类组件之 间的接缝中，即使在高压下。此外，如图6和7所示，孔口组件32可具有与宽度(或直径)等同的或更大的长 度(所述长度在凸缘67的下游端部(S卩，凸缘67终止处)至孔口组件外壳的下游端部66B 之间测量)。在这种实施方案中，孔口组件系统32将在所述系统的外部部分上提供相对大 的接触表面，以便在设备中更精确地对齐孔口组件32 (与具有平坦板状孔口组件的现有装 置比较)。用于孔口组件32系统的组件的众多其它构型也是可能的。孔口组件32系统及其组件可由任何合适的材料制成。合适的材料包括但不限于 不锈钢、工具钢、钛、烧结碳化钨、金刚石(例如，散装金刚石)(天然和合成的)、以及任何上 述材料的涂层，包括但不限于金刚石涂层材料。插件70和/或喷嘴72可由比构成孔口组 件系统32的结构的其它部分或组件更硬的材料制成。使用插件70和喷嘴组件以便孔口组 件系统32的其它较大的部分或组件可由不太硬且不太昂贵的材料制成，或可在不使用具 有硬衬的材料的情况下制成。在图6和7所示的实施方案中，可期望至少喷嘴72由Vickers硬度大于或等于约 20GPa的材料制成，因为这是在液体和/或其它材料通过孔口 34喷雾时孔口组件系统32的 要经受最大力的部分。Vickers硬度大于或等于约20GPa的多种材料描述于2007年6月 28日提交的临时美国专利申请序列号60/937，501中。
孔口组件系统32及其组件可以任何合适的方式形成。孔口组件系统32的任何组 件均可由可以散装形式获得的上述材料的实心件形成。这些组件也可由上文所指定材料中 的一种的实心件形成，在实心件的表面的至少一部分上涂覆有上文所指定的一种或多种不 同的材料。如上所述，附图所示的孔口组件系统32的组件由一种以上的部件形成。在附图 所示实施方案的一种型式中，喷嘴72由合成的散装金刚石制成。通过使用激光或热金属丝 金刚石切割器或金刚石基切割工具进行切割来在喷嘴72中提供孔口 34。喷嘴72任选地使 用金刚石粉剂来进行抛光。孔口插件70由碳化钨制成。包括外壳66和喷嘴背衬68在内 的孔口组件系统32的其它部分由不锈钢制成。在其它实施方案中，具有孔口 34的元件32可包括单一组件，所述单一组件具有任 何合适的构型，诸如图6和7所示的孔口组件系统的构型。这种单一组件可由任何合适的 材料制成，包括但不限于不锈钢。在其它实施方案中，上述孔口组件系统32的组件中的两 个或更多个可被成形为单一组件。在其它实施方案中，由上述孔口组件系统32的组件中的 一个或多个所提供的功能(诸如由锥形部分24D所提供的功能)可由独立组件来执行，所 述独立组件不是孔口组件系统32的一部分。孔口 34被(单独地或与某个其它组件相组合地)构造成对流体进行混合和/或在 流体或流体混合物中产生剪切和/或气穴。孔口 34可具有任何合适的构型。合适的构型包 括但不限于狭槽形状、眼形状、猫眼形状、椭圆形形状、三角形、正方形、矩形、呈任何其它 多边形的形状、或圆形。在一些实施方案中，可期望孔口的宽度W超过孔口的高度。在此类 实施方案中，孔口 34可在纵向上以平带喷雾形式喷射液体。孔口 34的宽度可为孔口的高
度的任何倍数，所述倍数包括但不限于:1. 1、1. 2,1. 3,1. 4,1. 5、2.....2. 5、3、3· 5、...等，
直至100或更大倍的孔口的高度。孔口 34可具有任何合适的宽度，包括但不限于最大约1 英寸(2. 54cm)或更大。孔口 34可具有任何合适的高度，包括但不限于最大约0. 5英寸(约 1. 3cm)或更大。在一些实施方案中，孔口 34的形状可在不同尺寸的孔口和/或设备之间进行匹配 以在设备20的运行期间在孔口 34的开口上提供基本上相同的材料分布(或“式样”)。这 可通过保持基本上相同的孔口 34的周长对孔口 34的面积的比率来实现。在某些实施方案 中，期望两个不同尺寸/比例的设备中的孔口 34的开口上的材料分布的平均值和标准偏差 至少在彼此的20 %以内。这将使基本上相同的转化能够在不同尺寸的孔口和/或设备上执 行，同时保持按比例放大所需的物理参数(包括但不限于孔口周长和几何形状)的一致性。在一些情况下，设备20可包括叶片40。例如，如果期望使用设备20来形成具有 与如果不存在叶片时的情况相比较低的平均液滴尺寸的乳液，则可使用叶片40。如图2所 示，区域4包括定位在从液体退出孔口 34的部位延伸至叶片40的前沿84的区域中的区域。 区域5包括叶片40周围的边界层。如图8所示，叶片40具有包括前沿(或“尖端”)84的前部82和包括后沿88的后 部86。叶片40也具有上表面90、下表面92和在上表面和下表面之间测量的厚度T。此外， 叶片40具有一对侧边94和在所述两个侧边之间测量的宽度WB。叶片40可具有任何合适的构型。如图8所示，叶片40可包括锥形部分96，其中叶 片的厚度T沿前沿和后沿之间的距离的一部分在从前沿84朝后沿88的方向上从前沿84 开始增加。图8所示的叶片40具有形成其前沿84的单一锥形或锋利边缘。叶片40的前沿84可以是锋利的，但在其它实施方案中，其不需要是锋利的。应当理解，在其它实施方案 中，叶片40可具有两个、三个、或四个或更多个锥形或锋利边缘，以便叶片40可被插入到设 备20中，使任何锋利边缘被取向成形成叶片40的前沿84。这将成倍地增加叶片在需要修 理或置换之前的使用寿命。此外，如图8所示，叶片40的前拐角80可被切除，或换句话讲 被钝化或凹口化，以便在拐角处由叶片40的不同边缘(例如，边缘84和94)所形成的角度 大于90°。图9A和9B示出了叶片40可具有众多其它构型。如图9A和9B所示，当从上方观 察时，叶片的前沿84可由直线段、曲线段、或它们的组合构成。图9A示出了叶片40的一个 可供选择的实施方案，所述叶片包括凸的曲线前沿84。图9B示出了叶片40的一个可供选 择的实施方案，所述叶片包括具有直线段的前沿84。叶片40可具有任何合适的尺寸。在某些实施方案中，叶片40的尺寸范围可为从 小至Imm长和7微米厚到大至50cm长和超过IOOmm厚。小叶片的一个非限制性实例为约 5mm长和0. 2mm厚。较大叶片的一个非限制性实例为IOOmm长和IOOmm厚。如图8所示，当叶片40被插入到设备20中时，叶片40的后部86的一部分被夹紧， 或换句话讲接合在设备内以便固定其位置。叶片40可以任何合适的方式构造以便其可接 合到设备的内部上。如图8所示，在一个非限制性实施方案中，叶片的后部86在其中具有 至少一个洞98，所述洞用于接纳穿过洞98的元件。该洞98和元件用作用来将叶片40保持 在设备内的适当位置的机构的至少一部分。叶片40也可接合到载体50上，所述载体可由 金属或另一种合适的材料构成。包括叶片40的前部82在内的叶片40的剩余部分是游离 的并且相对于固定部分是悬臂的。叶片40可包括任何合适的材料。叶片40理想地将包括与要处理的流体化学相容 的材料(也可期望孔口组件系统32的组件如此。)可期望叶片40至少部分地由化学上耐 受以下条件中的一个或多个的材料构成低PH值(低于约5的pH值)；高pH值(高于约 9的pH值)；盐(氯离子)；和氧化。用于叶片40的合适的材料包括但不限于本文所述的适用于孔口组件系统32及其 组件的任何材料。然而，应当理解，本文所指定的材料不必具有所有这些所期望的化学耐受 特性。整个叶片40可由上述材料中的一种诸如不锈钢或金刚石构成。作为另外一种选 择，叶片40的一部分可包括本文所述的适用于孔口组件系统32的材料中的一种，并且叶片 40的另一个部分(或多个部分)可包括这些材料中的不同的一种。例如，在一些情况下， 可期望叶片40的一部分诸如锥形部分96包括比叶片40的剩余部分更硬的材料(诸如金 刚石)。可期望如此，是因为锥形部分96形成叶片40的前沿84并且将成为叶片的在使用 期间经受最大磨损的部分。叶片40的剩余部分(不是叶片的前沿)可由某种其它材料构 成，诸如具有以下特性中的一个或多个的材料不太硬、不太昂贵、延展性更强、或脆性小于 锥形部分96。叶片40或其各种部分可具有任何合适的硬度。在一个非限制性实施方案中，叶片 的至少锥形部分96由Vickers硬度大于或等于约20GPa的材料形成。在此类实施方案中， 叶片40的剩余部分可包括具有小于20GPa的Vickers硬度的材料。例如，叶片40的锥形 部分96的至少一部分可包括金刚石插件102(诸如在叶片的前沿84的中心中)，并且叶片的剩余部分可由不锈钢制成。这种插件可以任何合适的方式接合到叶片的剩余部分上，诸 如通过将插件粘结到叶片的剩余部分上或通过将插件热收缩到叶片的剩余部分上。作为另 外一种选择，叶片40的锥形部分96可具有金刚石涂层，并且叶片的剩余部分可由不锈钢制 成。形成叶片的方法的若干个非限制性实例是可能的。叶片40可包括散装材料，诸如 散装金刚石材料。这种材料可以任何合适的方式形成，诸如通过在存在键合元素诸如钴、镍 或铁的情况下使用从金刚石粉剂形成合成金刚石的压力机进行高压和高温烧结。在其它实 施方案中，叶片40可通过如下方式形成形成涂覆的复合结构、或涂覆材料层以形成或构 建最终叶片结构。可使用相同的技术来形成孔口组件系统32的组件。在一些实施方案中，期望在至少两个不同尺寸/比例的混合装置(诸如试验比例 单元和商业比例单元)中的区域4(其中液体退出孔口 34至叶片的前沿84的区域)和区 域5(叶边周围的边界层)中，保持基本上相同的叶片40的尖端84与孔口 34的排放口之 间的距离，以及基本上相同的压力场分布和湍流能量耗散。在这些实施方案中的一些中，期 望在所有尺寸/比例的混合装置的区域4和5中保持相同的叶片的尖端与孔口的排放口之 间的距离、以及基本上相同的压力场分布和湍流能量耗散。这可改善在不同尺寸/比例的 设备之间按比例放大的能力。在一些实施方案中，可期望改变叶片40的构型(在区域5中)以便边界层构型为 基本上相同的，所述构型以用于不同比例的设备中的叶片40周围的液体射流的体积和体 积形状因数来限定。如图8所示，在一些实施方案中，设备20可包括叶片固定器50，所述叶片固定器的 至少一部分诸如其引导部分110具有合适的轴向对称、径向不对称的横截面。合适的横截 面构型包括但不限于矩形、椭圆形、扁椭圆形、跑道形状(即，具有线性侧边和圆形端部的 构型)、以及具有长轴和短轴的多边形，所述多边形相对于长轴和短轴均对称。合适的多边 形横截面形状的一个非限制性实例示出于图10中。在图8所示的实施方案中，叶片固定器 的一部分具有椭圆形形状的横截面。为叶片固定器50的引导部分110提供这种构型可确 保当设备在使用时在叶片40上保持对称的液体流。叶片固定器50的引导部分110也可在 其周边周围具有小室112以便改善下游混合室26中的再循环。区域6包括下游混合室26。在一些实施方案中，期望在至少两个不同尺寸/比例 的设备(诸如试验比例单元和商业比例单元)中的区域6中保持基本上相同的流型和驻留 时间(即，质量加权驻留时间)和/或驻留时间分布。在这些实施方案的一些中，期望在所 有尺寸/比例的设备的区域6中保持相同的流型和质量加权驻留时间以改善在不同尺寸/ 比例的设备之间按比例放大的能力。在一些实施方案中，也期望在至少两个不同尺寸/比 例的设备的区域6中在某些压力范围内保持基本上相同的异体积百分比的体积，所述体积 为总流体体积的一部分。 设备20包括区域7中的至少一个出口或排放端口 30。在附图所示的实施方案中， 设备20包括一个出口 30A和一个出口 /排流槽组合30B。在该实施方案中，排放端口中的 一个(即，出口 30A)邻近叶片40的上表面90对齐，并且排放端口中的一个(即，出口 /排 流槽组合30B)与叶片40的下表面92对齐。出口 30A也可在清洁期间用作用于冲洗设备 20的入口，并且因此可被称作出口 /冲洗入口组合。出口 /排流槽组合30B位于设备20的重力底部上。可期 望出口 /排流槽组合30B包括竖直向下取向的至少一个初始段(所述取 向可正交于叶片40的表面90和92，或如果例如不存在叶片的话，可被描述为大致平行于孔 口 34的高度尺寸)。将排放端口 30A和30B分别定位在叶片40的上方和下方将有助于确 保在使用期间叶片40上存在对称的液体流。除了在使用期间提供出口以用于源自设备20的混合液体以外，还可在各次使用 之间将水(或其它清洁液体)通过排放端口 30A和30B冲入到设备20中以清洁设备20。 上述叶片固定器50的构型提供一种结构，据信当冲洗下游混合室26时，所述结构在整个下 游混合室26中更好地分配用来清洁设备20的液体。图12示出了冲洗操作期间的叶片固 定器50的引导部分110周围的液体流的一个非限制性实例。清洁液体的流动方向由箭头 示出。如图12所示，期望叶片固定器50具有适当的尺寸并且被构造成使得在所述叶片固 定器的侧部周围存在某个空间以便于清洁液体在冲洗操作期间的流动。如图12所示，混合 室26具有至少一个宽度，并且叶片固定器50的引导部分110的宽度(平行于叶片测量) 小于或等于下游混合室26的对应于叶片固定器50的引导部分110的横截面的部分的宽度 的90%。换句话讲，叶片固定器50可具有适当的尺寸并且被构造成使得在叶片固定器50 的每个侧部上在下游混合室26的对应于叶片固定器50的引导部分110的部分处存在至少 约5%的间隙。也可期望叶片固定器50的横截面为非圆形构型，使得叶片固定器50的宽度大于 叶片固定器的高度以有助于冲洗下游混合室26。当叶片固定器50的横截面为圆形时，用 来清洁设备20的液体将易于围绕叶片固定器50的侧部流动而不被分配在叶片40的上表 面和下表面上。当叶片固定器50具有非圆形横截面且下游混合室26的顶部和底部处的下 游混合室26的壁和叶片固定器50之间的空间大于沿下游混合室的侧部存在的叶片固定器 50和下游混合室26的壁之间的空间时，这将帮助迫使清洁液体被分配到叶片40的上表面 和下表面上。也期望设备20的内部基本上不含任何裂缝、转角和缝隙以便设备20将在各次使 用之间可更容易被清洁。例如，一种现有技术的装置具有金属背衬块以将具有孔口的组件 保持固定。金属对金属接触中的间隙在它们之间产生裂缝，液体可进入所述裂缝中并且在 设备的各次使用之间会驻留。此外，该现有技术的装置具有附加内部端口以便在装置的使 用期间在液体从退出端口流出之前让液体流过装置。在本文所述的设备20的一个实施方 案中，孔口组件32包括若干个子组件，所述子组件被形成为整体结构。该整体孔口组件 32结构作为某个单元适配到上游混合室外壳46中并且不需要背衬块来将其保持在适当位 置，从而消除了此类裂缝。在附图所示的设备20的实施方案中，出口 30A和30B也定位成 刚好离开下游混合室26并且与下游混合室26直接液体连通，以便液体通过出口 30A和30B 直接从下游混合室26流出设备。因此，出口 30A和30B与下游混合室26成一整体并且不 含任何附加内部端口，所述内部端口用于在液体流出出口 30A和30B之前的流动通过。为 了可清洁性缘故，也可期望设备20不含任何导管，所述导管使得液体能够流入到此类导管 中，但终止于某个不可排流的端点(“闭端”或“盲管段”)。如图2和8所示，在一些实施方案中，设备20可包括改进的结构以用于更精密地 将叶片40与孔口 34对齐，和/或用于保持叶片40与孔口 34对齐。该结构可用来相对于 来自孔口 34的液体射流而定位(例如，居中)叶片40，并且减小叶片40被移位到射流上方或下方、或相对于孔口 34具有角度倾斜的倾向。这可改善如下任何倾向当叶片40和孔口 34不是适当对齐时和/或这些组件中的一个相对于另一个倾斜时，叶片40不均勻地磨损 (例如，叶片的顶部表面和底部表面的磨损程度不同)。在其它实施方案中，如果需要，该结 构可用来将叶片40取向在相对于孔口 34的某个其它位置(而不是居中)。叶片固定器50具有与设备20的内部接触的一个或多个宽接触表面。在附图所示 的实施方案中，叶片固定器50具有至少两个宽圆柱形接触表面120A和120B，其中每个表面 具有邻近每个表面的端部设置的至少两个密封点122和124。在附图所示的实施方案中， 叶片固定器50在上游接触表面120A处比在下游接触表面120B处具有更大的尺寸(例如， 直径)。可期望接触表面120A和120B为机加工过的表面，尤其是高度精密地机加工过的 表面。如图8所示，叶片固定器50包括靠近每个接触表面的端部的间隔开的凹口(周向凹 槽)128。周向凹槽可具有设置在其中的0形环130。可期望接触表面120A和120B中的至 少一个的长度大于或等于叶片固定器50在接触表面的位置处的宽度(例如，直径)，所述长 度是在接触表面中的用于保持密封的凹口(例如，0形环130)的中心线之间测量的。在附 图所示的实施方案中，这是下游接触表面120B的情形。大于叶片固定器50的直径的接触 表面的长度可为叶片固定器直径的任何倍数，所述倍数包括但不限于1. 1、1. 2,1. 3,1. 4、
1.5,2.....2.5、3、3.5、...等。此外，可期望提供结构支撑的设备20的所有内部部件或与
这些部件直接液体接触的部件均具有0形环密封。设备20及其组件的众多其它实施方案也是可能的。叶片固定器50可被构造成保 持一个以上的叶片40。例如，叶片固定器50可被构造成保持两个或更多个叶片。在这种 实施方案的一种型式中，叶片可彼此形成角度。在这种实施方案的另一种型式中，叶片可相 交。如果叶片相交，则它们可以任何合适的角度相交。如果它们以90°的角度相交，则当从 前面观察时它们可呈十字形构型。为设备提供一个以上的叶片可用于任何合适的目的，包 括但不限于增加局部湍流耗散速率。一种用于通过在流体中产生剪切和/或气穴来进行混合的方法也是本文设想到 的。在一个非限制性实施方案中，该方法利用了设备20诸如上述的设备。该方法包括提供 混合室诸如下游混合室26和元件诸如具有孔口 34的孔口组件系统32。该方法还包括将至少一种流体引入到任选的上游混合室24中，然后引入到通向 下游混合室26的至少一个进口中以便流体穿过孔口组件系统32中的孔口 34。所述至少一 种流体可以任何合适的方式提供给设备20，所述方式包括但不限于通过使用泵和为泵提供 功率的马达。泵可在所期望的压力下通过入口 22将至少一种流体提供给设备。所述流体 或流体混合物在压力下穿过孔口 34。孔口 34被(单独地或与某个其它组件相组合地)构 造成对流体进行混合和/或在流体或流体混合物中产生剪切和/或气穴。流体可包括任何合适的液体或气体。在一些实施方案中，可期望流体包括两个或 更多个不同的相、或多个相。所述不同的相可包括一个或多个液体相、气体相或固体相。在 液体情形中，常常期望液体包含足够的用于气穴的溶解气体。合适的液体包括但不限于 水、油、溶剂、液化气体、混悬液和在室温下通常为固体的熔融材料。熔融固体材料包括但不 限于蜡、有机材料、无机材料、聚合物、脂肪醇和脂肪酸。所述流体也可在其中具有固体颗 粒，如上所述。该方法还可包括提供叶片诸如叶片40，所述叶片与具有孔口 34的元件32相对地设置在下游混合室26中。在其中使用叶片40的情形中，该方法可包括如下步骤使液体形 成射流并且使射流以足够的力撞击可振动的叶片以诱导叶片以某个强度谐波振动，所述强 度足以在流体中产生气穴。气穴可为流体动力或声波性质的。该方法可在任何合适的压力下执行。在某些实施方案中，刚好在流体穿过孔口的 点之前在孔口喂入处测量的压力大于或等于约500psi. (35巴)，或为大于500psi.的任 何数字，包括但不限于约1,000 (70 巴)、1，500(100 E ) >2, 000(140 巴)、2，500(175 巴)、 3，000(210 巴)、3，500 (245 巴)、4，000(280 巴)、4，500 (315 巴)、5，000(350 巴)、5，500 (385 巴)、6，000(420 巴)、6，500(455 巴)、7，000(490 巴)、7，500(525 巴)、8，000(560 巴)、 8，500 (595 巴)、9，000 (630 巴)、9，500 (665 巴)、10，OOOpsi. (700 巴)和任何按 500psi.递 增的 10, OOOpsi. (700 巴)以上的量，包括 15，000(1，050 巴)、20，000 (1，400 巴)、或更高。在混合室26内，给定体积的流体可具有任何合适的驻留时间和/或驻留时间分 布。一些合适的驻留时间包括但不限于约1微秒至约1秒或更长。流体可以任何合适的流 量流过混合室26。合适的流量在约1至约1，500L/分钟或更大的范围内，或为落在如下范 围内的任何较窄范围内的流量包括但不限于约5至约1，000L/分钟。该方法也可连续地进行任何合适的时段。合适的时间包括但不限于大于或等于约 30分钟、45分钟、1小时和任何按30分钟递增的1小时以上的时间。该方法可用来制造许多不同种类的产品，包括但不限于化学行业、家用护理行业、 个人护理行业、制药行业、以及食品和饮料行业中的表面活性剂、乳液、分散体和共混物。本文也提供了用于清洁设备20的方法。图11为示意图，其示出了用于冲洗设备 20的方法的一种型式。如图11所示，清洁液体(例如，水、表面活性剂等)可通过喷射器 42和入口 22B喂送到设备20中。以该方式导入的液体流将在上游混合室24中进行混合。 该混合流的一部分将穿过孔口 34。如果第二入口 22C也是排流槽的话，则该混合流的一部 分也将排出第二入口，即入口 /排流槽组合22C。如果需要，入口 /排流槽组合22C可交叉 连接到上出口 30A上，因而排出入口 /排流槽组合22C的混合流可被引导到上出口 30A中 以冲洗下游混合室26。冲洗下游混合室26可与冲洗上游混合室24同时执行，或其可在冲 洗上游混合室24之前或之后(顺序地)执行。用来冲洗下游混合室26的清洁液体可通过 较低出口 /排流槽30B退出下游混合室26。这提供如下优点，设备20不限于通过试图用 清洁液体通过孔口 34冲洗整个设备20来清洁。在这种方法的其它实施方案中，设备20可 以其它方式冲洗，诸如以图11所示方向的反向方式。例如，清洁液体可通过较低出口 /排 流槽30B导入，然后在图11所示箭头方向的反向上流通。在这种方法结束时，可打开入口 /排流槽组合22C和较低出口 /排流槽30B以排干设备20。本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另 外指明，每个这样的量纲旨在表示所引用的数值和围绕该数值的功能上等同的范围。例如， 公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。应当理解，在本说明书全文中给出的每一最大数值限度均包括每一较低数值限 度，如同该较低数值限度在本文中被明确表示。在本说明书全文中给出的每一最小数值限 度将包括每一较高数值限度，如同该较高数值限度在本文中被明确表示。在本说明书全文 中给出的每一数值范围将包括包含于该较宽数值范围内的每一较窄数值范围，如同该较窄 数值范围在本文中被明确表示。
虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来 说显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可以做出各种其他改变和变型。 因此，随附权利要求书旨在涵盖在本发明范围内的所有这样的改变和变型。
权利要求
1.一种用于通过产生剪切和/或气穴来混合液体的设备，所述设备具有重力底部并且 包括至少一个入口；混合室，所述混合室包括进口，并且所述混合室与所述至少一个入口保持液体连通；元件，所述元件内具有孔口，并且所述元件邻近所述混合室的进口定位在所述设备内， 其中所述孔口被构造成以射流形式喷射液体并且在所述液体中产生剪切或气穴，其中所述 孔口具有宽度和高度；和至少一个出口，所述至少一个出口与所述混合室保持液体连通以便在在所述液体中产 生剪切或气穴之后接着排放液体，所述至少一个出口定位在所述混合室的至少一部分的下 游，其中所述设备的特征在于，所述设备还包括位于所述设备的重力底部上的至少一个排 流槽以用于排干所述混合室。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个排流槽也用作附加出口以便在在所述 液体中产生剪切或气穴之后接着排放液体。
3.如权利要求1或2所述的设备，所述设备还包括位于所述混合室中的叶片，所述叶 片与具有孔口的所述元件相对地设置，所述叶片具有两个相对表面、前沿、后沿和位于所述 前沿上的尖端，所述尖端为所述叶片的最接近所述孔口定位的部分；和用于将所述叶片保 持在所述设备内的叶片固定器，其中所述叶片固定器能够相对于所述孔口运动以便能够改 变所述叶片的尖端与所述孔口之间的距离。
4.如前述任一项权利要求所述的设备，所述设备还包括定位在所述至少一个入口和所 述孔口之间的上游混合室、位于所述设备的重力底部上的第二排流槽，所述第二排流槽与 所述上游混合室保持液体连通，并且所述至少一个出口包括与所述下游混合室保持液体连 通的出口 /冲洗入口组合，其中所述第二排流槽能够连接到所述出口 /冲洗入口组合。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述至少一个入口包括轴向取向的第一入口，并且所述第一入口通入所述上游混合室中；所述设备还包括通入所述上游混合室中的第二入口，所述第二入口为径向取向的；并且其中所述第二排流槽包括入口/排流槽组合。
6.如前述任一项权利要求所述的设备，所述设备具有包括所述混合室的内部，其中所 述设备的内部基本上不含任何裂缝以最小化当液体流过所述设备时所述设备的内部中的 物质积聚。
7.如权利要求3所述的设备，其中所述叶片固定器具有引导部分，所述引导部分为所 述叶片固定器的部分，并且所述叶片固定器的所述部分比所述叶片固定器的其它部分更接 近所述孔口进行定位，其中存在穿过所述叶片固定器的引导部分的至少一个横截面，并且 所述叶片固定器的所述引导部分在所述至少一个横截面处具有高度和宽度，其中所述叶片 固定器的引导部分在所述横截面处的宽度大于在所述横截面处的高度。
8.如权利要求3或权利要求7所述的设备，其中所述叶片在其前沿中具有至少一个凹
9.如权利要求4所述的设备，其中所述第一入口具有开放的下游端部，液体能够从所述下游端部排放出来，所述设备还包括槽部分，所述槽部分具有上游端部、下游端部和限定 从中穿过的液体通道的内壁，其中所述槽部分的内壁为锥形的以便所述内壁在其所述上游 端部处隔开得更远，并且因而当接近所述槽部分的下游端部时变得更靠拢，并且所述槽部 分的锥形部分定位在所述第二入口的下游和所述第一入口的开放的下游端部的上游。
10.一种用于通过产生剪切和/或气穴来混合液体的设备，所述设备具有纵向轴线，所 述设备的特征在于其包括上游混合室，所述上游混合室具有上游部分、下游部分、内部和内壁； 喷射器，所述喷射器被构造成将液体引入到所述设备中以便所述液体在纵向上流动， 所述喷射器具有设置在所述上游混合室内的排放端部；与所述上游混合室保持液体连通的至少一个入口，所述至少一个入口具有中心线并且 被构造成与所述设备的纵向轴线成一角度地将液体引入到所述上游混合室中；混合室，所述混合室包括进口和出口，所述混合室与所述上游混合室保持液体连通； 元件，所述元件内具有孔口，并且所述元件邻近所述混合室的进口定位在所述设备内， 其中所述孔口被构造成以射流形式喷射液体并且在所述液体中产生剪切或气穴；其中所述上游混合室具有在所述至少一个入口的中心线处测得的直径，并且所述上游 混合室在定位在所述至少一个入口的下游的某一点处变窄，其中从所述至少一个入口的中 心线至所述上游混合室首次在所述入口的下游的某一位置处变窄的点所测得的上游混合 室的纵向尺寸大于或等于在所述入口的中心线处测量的上游混合室的直径的约1.1倍。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述喷射器为能够运动的，以便能够调整所述喷 射器的排放端部与所述孔口之间的距离。
12.如权利要求10或11所述的设备，其中所述入口具有直径，并且在所述入口的中心 线处测量的上游混合室的直径与所述入口的直径的比率大于2。
13.如权利要求10、11或12所述的设备，其中所述上游混合室的至少一部分为锥形的 以便所述上游混合室的所述至少一部分的直径朝所述上游混合室的下游部分变小。
14.包括两个或更多个用于通过产生剪切和/或气穴来混合液体的设备的一组设备， 所述一组设备包括第一设备和第二设备，其中所述第一设备和第二设备各自包括 上游混合室；与所述上游混合室保持液体连通的至少一个入口；混合室，所述混合室与所述上游混合室保持液体连通，并且包括进口和至少一个出口 ；和元件，所述元件内具有孔口，并且所述元件邻近所述混合室的进口而定位在所述设备 内，其中所述孔口被构造成以射流形式喷射液体并且在所述液体中产生剪切或气穴；其中所述一组设备的特征在于，所述第一设备和所述第二设备各自具有最大流通能 力，并且所述第一设备的最大流通能力比所述第二设备的最大流通能力小至少5倍，并且 所述第一设备和第二设备被构造成提供选自由下列组成的组的至少一个处理条件质量加 权驻留时间、质量加权驻留时间分布、流速、材料分布和在不同的流量下基本上相同的局部 湍流耗散速率，所述不同的流量为所述第一设备中的第一流量和所述第二设备中的第二流 量。
全文摘要
本发明公开了一种通过产生剪切和/或气穴来进行混合的设备和用于该设备的组件。在一个实施方案中，该设备包括具有元件诸如孔口组件(32)的混合和/或气穴室(26)，该孔口组件邻近气穴室的进口(28)定位。该设备还可包括与孔口组件相对地设置在混合和/或气穴室内的叶片诸如刀状叶片。在这种实施方案的一种型式中，该设备被构造成在原位进行清洁。该设备可具有至少一个与混合室保持液体连通的排流槽(22C，30B)。如果该设备包括叶片，则该设备还可包括叶片固定器(50)，该叶片固定器为能够运动的以便能够改变叶片的尖端与孔口的排放口之间的距离。在该实施方案或其它实施方案中，该设备被构造成可按比例缩放的。在该实施方案或其它实施方案中，该设备具有喷射器(42)，该喷射器为能够运动的以便能够调整该喷射器的排放端部与孔口之间的距离。
文档编号B01F11/02GK102105215SQ200980128865
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月25日
发明者E·W·甘斯马勒, F·科罗米纳斯, 权克明, 杨云鹏 申请人:宝洁公司