液体个人护理组合物的半连续进料生产的制作方法

专利名称：液体个人护理组合物的半连续进料生产的制作方法
液体个人护理组合物的半连续进料生产发明领域
本公开一般涉及液体个人护理组合物的生产。更具体地，本公开涉及一种用于促进此类液体个人护理组合物的连续流生产的设备。
背景技术：
液体个人护理组合物，诸如洗发剂、沐浴凝胶、液体洁手剂、液体护牙组合物，皮肤乳液和霜膏、毛发着色剂、面部清洁剂、旨在浸溃到擦拭制品(例如，婴儿擦拭物)中或浸溃到其上的流体、衣物洗涤剂、盘碟洗涤剂和其他基于表面活性剂的液体组合物，通常均是使用批量加工操作来大量生产的。尽管这些组合物的粘度在用于此类批量加工系统的大固定尺寸的混合槽中是能够测量和调整的，但该方法不提供最佳的生产要求以满足用于生产众多液体组合物的设施的需要，所述设施共用相同的设备来执行混合操作。
用于生产液体个人护理组合物的常规批量加工系统的另一个缺点是，难以清洁这些管和槽以适应于向生产不同个人护理组合物的转换。为了减少损失并避免对要制造的下一批材料的污染，通常会“清刮”通向和/或源自批量槽的进料线或管并且冲洗批量槽。由于该冲洗的时间可占去批循环时间的至多50%，因此可显著地减小转换时间的系统将会提供增加生产能力和效率的机会。
当发生转换时，除了转换时间以外，还有显著量的在转换过程中清刮掉的穿过生产线而未被使用的组分被认为是无用的且被浪费掉了。因此，一种减少此类浪费的系统将有益于环境，并且将会减小成品的成本。发明内容
通过利用半连续方法来替代批量方法，生产设施能够生产出更精确地匹配消费者需求和特定液体个人护理组合物“运转”的输出目标的数量。也能够减少转换时间和浪费。 本公开的半连续方法用于生产液体个人护理组合物诸如洗发剂、沐浴凝胶、液体洁手剂、液体护牙组合物、皮肤乳液和霜膏、毛发着色剂、面部清洁剂、旨在浸溃到擦拭制品(例如，婴儿擦拭物)中或浸溃到其上的流体、衣物洗涤剂、盘碟洗涤剂和其他表面活性剂基液体组合物，所述半连续方法利用了载有要生产的各种组合物的基料的主进料管、与主进料管选择性流体连通的多个注射管和在所述多个注射管的下游设置在主进料管端部的至少一个孔口。这些注射管中的每一个均可相对于这些注射管中的另一个同心地设置，并且可突出穿过主进料管的侧壁并与主进料管的内径齐平或向主进料管内径的内侧进入到主进料管中。 如本文所用，“相对于这些注射管中的另一个同心地设置”是指这些注射管均沿主进料管的轴向长度在某个共同位置与主进料管相交，其中注射管围绕主进料管的周缘设置成彼此相距角度增量。在本公开的一些实施方案中，尽管第一多个注射管中的每一个均是相对于第一多个注射管中的另一个同心地设置的，第二多个注射管中的每一个可相对于第二多个注射管中的另一个同心地设置，但与第一多个注射管与主进料管的轴向相交位置是轴向间隔开的。在一些其他实施方案中，尽管所有注射管与主进料管的轴向相交位置均可相同，使得4所有注射管均是同心地设置的，但这些注射管中的一个或多个的出口可具有与这些注射管中的其他注射管不同的始于主进料管内径的长度，诸如这些注射管中的一个或多个终止于与所述内径齐平处，并且和这些注射管中的其他注射管终止于主进料管内径的径向内侧。
注射管和孔口几何形状的组合用来配量组合物基料并与所述基料混合，一系列预制的各向同性的液体、液体/液体乳液、或固体/浆液在单一点形成模块以生成均匀混合物。在实施能够用于大规模生产设施中的半连续方法的混合组合件的过程中，存在多个重要的设计上的考虑因素。例如，尽管期望最小化能量要求，但应当认识到，如果使用的能量太少，则这些成分将不能足够地彼此混合以获得均匀混合物。另一方面，如果使用的能量太多，则可能破坏临界乳液粒度分布，从而有害地影响所生产的液体个人护理组合物的所期望的特性，诸如洗发剂的毛发调理能力。
为了在向生产不同个人护理组合物的转换期间最小化浪费，期望沿主进料管长度在单一点配量主进料管中所承载的基料。由于生产线在生产期间可能需要周期性地停止， 本公开的混合组合件有即时起动和停止而不产生非期望的废料的能力，从而适应于瞬时操作。本公开的混合组合件也是完全可排尽的，因而阻抗微生物的生长。
应当认识到，孔口共混系统的设计可根据要共混的特定液体个人护理组合物的性质而变化。不同的液体个人护理组合物在粘度上变化很大，并且可由涵盖某个范围粘度的多种成分且在一些情况下由预混合物混合。低粘度液体系统，尤其是由至少占优势的低粘度成分和/或低粘度预混合物制成的低粘度系统与较高粘度液体系统相比趋于需要较低能量来共混。较低粘度液体配方可得益于在孔口上游共混至少一些组分，而较高粘度液体配方可受到孔口上游的此类共混的有害影响。当试图混合高粘度液体时，孔口上游的低效管理的共混的一个潜在负面后果是，因不完全共混而造成的流体流的不一致浓度。例如， 孔口上游的局部共混可引起浓度的波动，所述浓度在孔口保持不变或甚至增强。在该情况下，这些浓度梯度将存在于孔口下游，潜在地导致不可接受的产品浓度波动，尤其是当共混高粘度液体时更是如此。在本公开的较低规模的组合件中，孔口上游的物流可为层状的，并且孔口下游的物流将为非层状的。然而，在较高规模的组合件中，甚至孔口上游的物流也可能为非层状的(即，较高规模的组合件中的孔口上游的物流可能为湍流性的或至少过渡性的)。本文描述了各种设计策略，这些设计策略提供了权衡方案以理解何时考虑作出调整以便获得可接受的平衡以获得所期望的混合品质。
因此，在累积粘度的系统中，一般期望共混发生在孔口下游。这帮助优化用来获得均匀性的能量水平。除了降低能量成本以外，使用较低能量水平还会减小发生有害的对能量敏感的转变诸如小滴破裂和/或粒度减小的风险。本文所述的是在半连续液体个人护理组合物共混系统中提供多个注射管的各种可供选择的方法、以及用于这种多注射管共混系统的设计考虑因素，所述设计考虑因素可取决于所期望的液体组合物的粘度而被考虑进去。
根据附图和以下发明详述，可最佳地理解获得本公开的混合组合件的这些和其他有益效果的方式。
附图概述
虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本发明的权利要求书，但是据信通过下面的描述并结合附图可以更充分地理解本发明。为了更清晰的表示其它元件，5一些图形可以通过省略所选的元件来简化。在某些图形中此类对元件的省略不必要在任一示例性实施方案中指示特别元件存在或不存在，除非在相应的成文描述中可以明白地描绘出来。附图中没有一个是按比例绘制的。
图I为用于半连续地生产液体个人护理组合物的混合组合件的前透视图2为用于图I的混合组合件的孔口插入件的下游侧的透视图，其中孔口插入件的孔口为矩形形状；
图3为用于图I的混合组合件的备选孔口插入件的下游侧的透视图，其中孔口插入件的孔口为椭圆形形状；
图4为面向图I的混合组合件的下游的上游端视图5为图I的混合组合件的前平面图6为沿图5的线6-6截取的混合组合件的剖面图7为沿图2的线7-7截取的图2的孔口插入件的剖面图8为沿图2的线8-8截取的图2的孔口插入件的剖面图9为插入并固定在图I的混合组合件中的图2的孔口插入件的放大的剖面

图10为图I的混合组合件的透视图，其中部分地切除了混合组合件的主进料管；
图11示出了孔口的流动模型，所述孔口具有从孔口的入口侧至孔口的出口侧的边缘锋利的剖面；
图12示出了具有导槽形状(channel shape)的孔口的流动模型；
图13为图I的混合管组合件的一部分的剖面图，包括紧邻图2的孔口插入件的上游的主进料管的区域，示出了通过主进料管喂入的材料的整体速度对由混合管组合件的两个相对较大注射管注入到主进料管中的质量流的影响；
图14为类似于图13的混合管组合件的一部分的剖面图，示出了通过主进料管喂入的材料的整体速度对混合管组合件的两个相对较小注射管朝孔口注入到主进料管中的质量流的相对较大的影响；
图15为沿图I的线15-15截取的混合组合件的顶部剖面图16为图5的混合组合件的底部(从下游端部截取的)视图17为用于半连续地生产液体个人护理组合物的混合组合件的前平面图，包括第一多个注射管和第二多个注射管，所述注射管均在与孔口相距的共同轴向距离处与主进料管相交，其中第一多个注射管中的每一个均终止于主进料管内径的径向内侧的某个距离处并且第二多个注射管中的每一个均终止于主进料管内径处；
图18
图19
图20构；
图21
图22
图23混合组合件，包括第一多个注射管和第二多个注射管，所述注射管均在与孔口相距的共同轴向距离处与主进料管相交，其中第一多个注射管中的每一个均终止于主进料管内径的径向内侧的某个距离处，并且第二多个注射管中的每一个也终止于主进料管内径的内侧，但与第一多个注射管相比终止于与孔口相距较大的轴向距离处；
图24为沿图23的线24_24截取的图23所示的混合组合件的剖面图25为用于半连续地生产液体个人护理组合物的混合组合件的前平面图，包括在与孔口相距的第一轴向距离处与主进料管相交的第一多个注射管和在与孔口相距的第二轴向距离处与主进料管相交的第二多个注射管，第二轴向距离不同于第一轴向距离，并且第二多个注射管中的每一个均与主进料管相交并终止于与第一多个注射管中的每一个相同的角度处；
图26为沿图25的线26_26截取的剖面图27为沿图25的线27-27截取的剖面图28为用于半连续地生产液体个人护理组合物的混合组合件的前平面图，包括在与孔口相距的第一轴向距离处与主进料管相交的第一多个注射管和在与孔口相距的第二轴向距离处与主进料管相交的第二多个注射管，第二轴向距离不同于第一轴向距离，并且第二多个注射管中的每一个均与主进料管相交并终止于与第一多个注射管中的每一个相比相对于主进料管的轴线的不同角度处；
图29为沿图28的线29-29截取的剖面图30为沿图28的线30-30截取的剖面图31为用于半连续地生产液体个人护理组合物的混合组合件的前平面图，包括在与孔口相距的第一轴向距离处与主进料管相交的第一多个注射管和在与孔口相距的第二轴向距离处与主进料管相交的第二多个注射管，第二轴向距离不同于第一轴向距离，第一多个注射管中的每一个均与主进料管相交并终止于相对于主进料管的轴线的某个角度处，并且第二多个注射管中的每一个均与主进料管相交并相对于主进料管的轴线成非零角度，并且位于主进料管内径的内侧，弯曲至平行于主进料管的轴线延伸的区域；
图32为沿图31的线32-32截取的剖面图33为沿图31的线33-33截取的剖面图；并且
图34为沿图31的线34-34截取的剖面图。
发明详述
参见图1，4，5和6，混合组合件10用于半连续方法，所述半连续方法用于生产液体个人护理组合物诸如洗发剂、沐浴凝胶、液体洁手剂、液体护牙组合物、皮肤乳液和霜膏、 毛发着色剂、面部清洁剂、旨在浸溃到擦拭制品(例如，婴儿擦拭物)中或浸溃到其上的流体、衣物洗涤剂、盘碟洗涤剂和其他基于表面活性剂的液体组合物，所述混合组合件包括载有要生产的组合物的基料的主进料管12、与主进料管12选择性流体连通的多个注射管 14，16，18，20，22，24、以及在所述多个注射管14-24的下游设置在主进料管12的端部的孔口插入件26。仅以举例的方式，主进料管12可具有2. 87英寸的内径和3英寸的外径。如图7和8所示，孔口插入件26包括孔口 30的上游或入口侧上的弯曲的例如半球形的进入表面28和孔口 30的下游或出口侧上的弯曲的例如半椭圆形的退出表面32。
与例如批量混合方法相比，提供孔口 30以将由注射管14-24提供的成分混合入要生产的组合物的基料允许以相对低的能量进行均一化混合。在初始地将辅助表面活性剂、 盐溶液和其他粘度改性成分配量到要生产的组合物基料中之后，通过可辨别的粘度生长的滞后或延迟发生(估算为大约O. 25秒)使低能量混合成为可能。通过利用该延迟，能够提供孔口 30以仅在注射管14-24的出口下游的单一点诱导湍流。尽管孔口 30可采用多种形状，但其中对尺寸和形状的选择对混合效率具有潜在的极大影响，已发现在洗发剂的生产中，使用如图2所示的矩形形状或如图3所示的椭圆形形状的孔口 30可获得最佳的混合。 孔口 30的矩形或椭圆形形状有利地有利于在孔口 30的下游湍流区中获得并保持所期望的剪切特征图和速度特征图。
在整个孔口 30上保持一致的剪切特征图时，一个附加的设计考虑因素是保持孔口 30的边缘中的两个之间的有限距离，使得剪切特征图保持紧密。如果不增加能量水平， 横跨孔口 30的剪切速率的大差值可能会导致不可取的非均匀的混合物。矩形孔口 30诸如图2中的矩形孔口可通过压印孔口插入件26来形成，而椭圆形孔口 30诸如图3中的椭圆形孔口必须使用较大的精度诸如激光切割来赋予孔口插入件26。孔口 30优选地具有介于2和7之间的纵横比(长度与深度)，并且当被成形为矩形形状时，具有Imm - 3mm的导槽宽度或厚度。仅以举例的方式，矩形形状的孔口 30诸如图2所示的矩形形状的孔口可具有 O. 315英寸的长轴向长度和O. 078英寸的短轴向长度。也仅以举例的方式，椭圆形孔口 30 诸如图3所示的椭圆形孔口可具有O. 312英寸的长轴长度、O. 061英寸的短轴长度。
尽管孔口 30在厚度上可从孔口 30的上游侧至孔口 30的下游侧有变化，诸如具有如图11所示的锋利边缘，对如图12所示的直导槽(S卩，从孔口 30的上游侧至下游侧具有均匀厚度)。通过使用经由流体动力学预测软件的流动模型，发现以类似于在使用具有锋利边缘的孔口(诸如图11所示)时所需的那些的能量水平来使用图12的直导槽可获得较高的湍流特征图，因此优先利用直导槽。由于期望获得最佳的混合，同时希望避免不得不将所述成分以过度压力注入到主进料管中，如下文所更详述，不仅要考虑孔口的几何形状，而且还要考虑注射管与孔口关系的几何形状。
在生产洗发剂和其他液体个人护理组合物的过程中，将许多液体成分加入到香草基料中并进行混合。香草基料为一种主表面活性剂混合物，其具有显著地低于最终洗发剂产品的粘度的粘度。仅以举例的方式，香草基质可包括硫酸月桂酯纳(SLS)、月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠(SLE1-10S/SLE35)和水的混合物。加入到香草基质中的成分包括增稠剂诸如氯化钠(NaCl)溶液和辅助表面活性剂。也加入香料(所述香料也趋于增加粘度)、以及其他聚合物和/或预混合物以获得所期望的混合物和粘度。当预计某种给定的成分混合物会导致太高的粘度时，可加入水滴以减小粘度。
在本公开的半连续方法所用的混合组合件中，导入到香草基料中的成分未必是以相等份数加入的。例如，在混合洗发剂时，以相对于其他成分来讲相对较小的浓度加入香料。因此，与辅助表面活性剂或以相对较高浓度导入的其他成分相比，香料能够通过相对较小直径的注射管16导入到主进料管12中。类似地，可按相对于其他组分来讲较小的浓度加入硅氧烷乳液。如图11和12所示，已发现与对由较大直径的注射管14，18，22，24注入到主进料管12中的质量流的影响相比，通过主进料管12喂入的材料即用于洗发剂产品的香草基料的整体速度对由混合管组合件的两个较小直径的注射管16，20注入到主进料管12 中的质量流诸如香料和具有低质量流动流的其他组分具有较大的影响。为了补偿该差异， 较小直径的注射管16，20是相对于孔口 30的长轴X垂直定位的，即位于12:00和6:00位置。换句话讲，具有小于其他注射管的内径的注射管16，20中的至少一个的出口 40被设置8成大约等距于孔口 30的长轴X的第一端部42和第二端部44。还应当指出的是，可利用较大直径的注射管(未示出)以适应于要以较高质量流速导入香草基料中的组分。
当设计利用不同直径的注射管的本公开的混合组合件时，尤其期望对齐所述各种注射管的排放使得排放发生在沿孔口室的流动路径的所期望的点。
应当认识到，可能期望时常替换孔口插入件26。为了帮助做设置工作的技术员获得圆形孔口插入件26的适当取向，希望在孔口插入件26上提供对齐销轴34。对齐销轴34 可与主进料管12中或夹紧机构36中的互补性销轴接纳孔面接，所述销轴接纳孔用来相对于主进料管12和孔口插入件26的下游侧上的混合物承载管(mixture-carrying tube) 38 锁定这种可移除的孔口插入件26。尽管本文举例说明和描述的孔口插入件26可为独立的可移除部件，但孔口 30作为另外一种选择可设置在主进料管12的整体端壁中，设置在混合物承载管38的整体端壁中，或设置在包括孔口 30的上游侧上的主进料管12和孔口 30的下游侧上的混合物承载管38两者的整体单元的隔离壁中。作为另外一种选择，孔口插入件 26可被成形为独立部件，但最终焊接或以别的方式固定成永久地不可移除地关联于主进料管12和混合物承载管38中的一个或它们两者。
混合物承载管38所具有的直径小于主进料管12的直径。仅以举例的方式，混合物承载管38可具有2. 37英寸的内径和2. 5英寸的外径。
各组分进入孔口时的对称性有利于获得有效的均匀混合物。对准喷射器管14-24 使得每个注射管14-24的出口 40均指向孔口 30帮助获得所期望的对称性。只要注射管 14-24以如下几何形状布置，所述几何形状能够将它们的内容物配量入要混合的组分基料， 并且使此类配量的基料在所述可辨别的粘度生长滞后或延迟发生的时间(估算为大约O. 25 秒)内穿过孔口 30，就能够存在相对于注射管14-24中的每一个的倾斜角度和注射管14-24 中的每一个的出口 40与孔口 30的间距的可变性。如果注射管14-24对齐得不当，或如果配量的基料未在粘度开始增加之前穿过孔口 30，则可能需要更高水平的能量来获得所期望的该混合物的均匀性。作为另外一种选择，可能需要附加的混合区，诸如提供与孔口 30串联的附加孔口(未示出)。尽管已发现对于均具有以相等轴向距离与孔口 30间隔开的出口的多个喷射器管14-24来讲，约30°的喷射器管角度是最佳的，但应当认识到，喷射器管角度能够从0°变化至任何值，诸如如果使用弯管(未示出)在沿主进料管12的轴线至90°的方向(其中注射管在与主进料管12垂直的方向上进入)上将各组分配量成要混合的组合物基料。
孔口 30的上游侧上的半球形进入表面28帮助保持所述各种组分朝向并进入到孔口 30中的轨迹，从而保持材料的可预测的速度特征图，避免产生滞留区或旋涡，并且帮助控制各组分的射出，所述射出否则的话可能预混合各组分以获得混合物。仅以举例的方式， 半球形进入表面28可被成形为具有O. 685英寸的半径。半椭圆形退出表面32可被成形为具有椭圆形曲率，所述椭圆具有O. 87英寸的长轴长度和O. 435英寸的短轴长度。孔口 30 的椭圆形或矩形形状也帮助保持有利于进行均匀混合的剪切特征图和速度特征图。由于例如过度的能量输入所造成的过度剪切会劣化乳液的粒度，因此最佳地以可接受的操作范围来保持孔口 30的尺寸，尽管也控制剪切或能量输入的上限和下限，以便适当地平衡均匀性和乳液粒度保持。考虑到能量节约，也期望在环境温度下操作本公开的半连续方法。
注射管14-24中的每一个的出口 40均与主进料管12中所承载的组合物的基料流体连通。出口 40可位于主进料管12的内径表面，但注射管14-24优选地突出穿过主进料管12的侧壁，使得出口 40位于主进料管12内径的内侧。
混合物承载管38可将液体个人护理组合物的均一化混合物直接递送至灌注工位。作为另外一种选择，混合物承载管38可将均匀混合物全部递送至临时存储槽(未示出)， 诸如孔口插入件26下游的30秒缓冲槽。在有必要在灌注之前以流体静力学方式退耦该混合物的情况下，或在贮存少量的该混合物以监测和防止瞬时结果进入到旨在进行分配的运转情况下，即为了品质控制和减小浪费的目的，缓冲槽是所期望的。
对于用于混合某些液体个人护理组合物诸如许多洗发剂的基料来讲，所述基料可被成形为多种非粘度累积可溶喂入料的混合物，并且有必要在经由注射管14-24将其他成分配量到基料中之前重新搅拌所述基料。对于该目的来讲，在主进料管12的上游提供供应槽，诸如其中具有一个或多个搅拌器的90秒槽。
为了有利于转换和清洁该混合组合件，注射管14-24中的每一个均设有阀门机构 (未示出)。注射管14-24中的每一个还可设有快速夹紧管配件，诸如1/2"卫生配件。注射管 14-24可围绕主进料管12的周缘被布置成彼此相距50°至80°增量，如图16所示。注射管 14-24可由不锈钢管材或其他金属管材制成。仅以举例的方式，注射管中的四个16，18，22 和24可具有O. 625英寸的内径和O. 75英寸的外径。香料承载注射管14可具有O. 152英寸的内径和O. 25英寸的外径。注射管20中的至少一个可具有中等尺寸，诸如O. 375英寸的内径和O. 5英寸的外径。该中等尺寸的注射管20可载有硅氧烷乳液，所述硅氧烷乳液如同香料一样可按相对于被配量到主进料管12中的其他组分来讲较小的浓度加入。剩余的注射管16，18，22和24可载有对于制备特定液体个人护理组合物来讲是必要的、有用的或所期望的一种或多种预制的各向同性的液体、液体/液体乳液、或固体/液体浆液模块。如上所述，可利用较大直径的注射管即具有大于O. 625英寸内径的注射管以便适应于要求较高质量流速的组分或得益于所述较高质量流速。
在个人护理组合物由许多不同成分构成的情况下，已发现有必要特别注意混合组合件的设计变量，所述设计变量控制所述各种成分被导入的方式，以便在孔口下游获得最佳混合并且在包装该混合产品时避免各成分浓度的因瓶子而异的非期望的变化。例如，第一多个注射管能够在相对于孔口 30的第一轴向距离处将多种成分中的每一种导入到主进料管中，而第二多个注射管能够在相对于孔口 30的第二轴向距离处导入多种附加成分中的每一种，第二轴向距离不同于第一轴向距离。
理想的是，用于混合给定的个人护理组合物的所有成分和预混合物均通过单一多个或成排的具有出口的注射管加入，所述出口被布置在单一平面中，相对于孔口 30以相等轴向距离间隔开。然而，应当认识到，一些配方需要许多组分。在一些情况下，希望将那些组分的子集混合成一种或多种预混合物并且将它们作为混合流加入。然而，有时候由于各组分之间的相互作用，这是不可能的；或由于诸如制造成本或控制能力之类的考虑因素可能不是所期望的。此外，对于可作为混合流(其可用于后续生产运行)而生成的冲失和废料的改变可支配是否更期望立即组合所有组分或预混合各组分的子集。除此之外，即使单一平面对齐是最佳的，几何冲突也可能阻止所有注射管出口沿单一平面对齐。
取决于给定组合物所需成分的数目，假定每种成分需要一个独立注射管，在某个点处几何尺寸和空间约束会阻止将所有必要的注射管定位在主进料管的相同区域，或至少阻止所有注射管的喷射器出口均设置在与孔口 30相距的相同轴向距离处。因此，可能需要两排或更多排喷射器出口。
第一多个注射管(在本文中也称作第一排注射管)的喷射器出口共同限定第一排喷射器区域或区的上游边界或上游端部，其中孔口 30的上游侧限定第一排喷射器区的下游边界或下游端部。第二多个注射管(在本文中也称作第二排注射管)的喷射器出口共同限定第二排喷射器区的上游边界或上游端部，其中第一排喷射器区的上游边界也限定第二排喷射器区的下游边界或下游端部。孔口 30的出口的下游的组合件区域在本文中称作下游区。
现在转到图17-34，描述了其中存在两排注射管的各种实施方案。应当理解，附加排的注射管(超过两个)也被认为在本公开的范围内。
根据图17-19的实施方案，混合组合件10的主进料管12载有香草基质。第一多个注射管14，15，16，17，18，20，22，24以圆形排列设置在主进料管12周围，第一多个注射管 14-24中的每一个均与主进料管12相交并且具有向主进料管12内径的内侧突出的喷射器出口。第一多个注射管14-24的所有喷射器出口均终止于与孔口 30相距的相等轴向距离处。主进料管12内的第一排喷射器区(区I)(由图19中的点虚线表示)由下列限定由第一多个注射管14-24的喷射器出口的上游端部限定的平面(所述平面限定第一排喷射器区的上游边界)和限定第一排喷射器区的下游边界的孔口 30的上游端部。
第二多个注射管50，52，54，56，58，60也以圆形排列设置在主进料管12周围。在该实施方案中，第二多个注射管50-60在与第一多个注射管14-24相同的轴向位置即与孔口 30相距的相同轴向距离处与主进料管12相交。然而，替代具有向主进料管12内径的内侧突出的喷射器出口，第二多个注射管50-60具有与主进料管12的内径重合(即齐平或大体上齐平)的喷射器出口。主进料管12内的第二排喷射器区(区2)(由图19中的虚线表示) 由如下平面限定，所述平面由如下部位限定，在所述部位，源自第二多个注射管50-60的喷射器出口的各组分首先开始遇到源自第一多个注射管14-24的喷射器出口的组分流(SP， 在所述部位，由第二多个注射管50-60中的每一个递送的流体组分流首先遇到由第一多个注射管14-24中的每一个递送的流体组分流，其可通过识别孔口 30的上游的如下点来定位，在所述点处从注射管50-60中的两个或更多个的中心伸出的突出线与从注射管14-24 中的两个或更多个的中心伸出的突出线相交)，所述平面限定第二排喷射器区的上游边界和第一排喷射器区的下游边界(即，孔口 30的上游端部)，所述平面也限定第二排喷射器区的下游边界。
图20-22所示的实施方案类似于图17-19所示的实施方案，但包括夹紧机构36诸如图9所示的夹紧机构以提供对孔口 30的触及以便进行维护或替换。
在图23和24所示的实施方案中，类似于图17-19所示的实施方案，第二多个注射管50-60在与第一多个注射管14-24相同的轴向位置与主进料管12相交。然而，替代与主进料管12的内径重合，第二多个注射管50-60中的每一个均向主进料管12内径的内侧突出，并且与第一多个注射管14-24的喷射器出口相比，具有与孔口 30轴向间隔得更远的喷射器出口。
在图25-27所示的实施方案中，第二多个注射管50_60在与第一多个注射管14_24 不同的相对于孔口 30的轴向位置与主进料管12相交。在该实施方案中，第二多个注射管50-60可形成与第一多个注射管14-24相同的相对于主进料管的轴线的非零角度。
在图28-30所示的实施方案中，如同图25-27所示的实施方案一样，第二多个注射管50-60在与第一多个注射管14-24不同的相对于孔口 30的轴向位置与主进料管12相交。然而，与第一多个注射管14-24相比，第二多个注射管50-60形成显著较小的相对于主进料管12的轴线的非零角度。每个给定的注射管相对于主进料管的轴线的角度是基于如下因素测定的诸如喷射器出口与孔口 30的邻近性、主进料管12的直径、与主进料管12相交的注射管的数目、与孔口相距的轴向距离(在所述距离处注射管与主进料管相交)和注射管的直径。在图31-34所不的实施方案中，如同图25-27所不的实施方案一样,第二多个注射管50-60在与第一多个注射管14-24不同的相对于孔口 30的轴向位置与主进料管12相交；与第一多个注射管14-24相比，第二多个注射管在与孔口 30相距的较大轴向距离处与主进料管12相交。第一多个注射管14-24中的每一个均与主进料管12相交并终止于相对于主进料管12的轴线的非零角度处。第二多个注射管50-60中的每一个均类似地与主进料管相交，相对于主进料管12的轴线成非零角度,但位于主进料管12内径的内侧，弯曲至平行于主进料管12的轴线延伸的区域，其中第二多个注射管50-60的所有喷射器出口均为共平面的，并且与第一多个注射管14-24的喷射器出口相比，与孔口 30间隔开较大的轴向距离。
最严格的共混条件发生在如下时候流体的粘度增加或流体是由粘度不同的各组分混合的。取决于旨在由特定混合组合件混合的特定流体组合物的粘度累积特性，将在设计权衡方案中考虑如下因素最佳地用于生产出那些流体组合物的成排的注射管的排列。 一般来讲，混合组合件的上游设计重点在于用最佳能量输入来获得共混。最小化能量输入是所期望的以最小化制造成本，并且减小损害被混合流体组合物的风险(如果它们的各组分对剪切速率和/或能量水平敏感)。已发现有助于管理孔口 30处的对称性并最小化上游共混(尤其是对于快速粘度累积或高粘度组合物来讲)的设计考虑因素起到减小能量输入的作用。
如果存在多排注射管，如在图16-33所示的实施方案中那样，则找到各种策略来管理孔口处的对称性或减小孔口上游的共混，这取决于注射管的喷射器出口相对于孔口 30 的位置、注射管的流速和其他变量。这些策略总结如下
为了管理孔口处的对称性，第一多个注射管14-24中的每一个的喷射器出口处的定位、尺寸和流体速度控制方面的变化包括(I)将源自注射管14-24的流体引导至孔口 30 的中心处的点(即，对于非圆形孔口 30来讲，朝孔口 30的长轴和短轴的交会处引导);(2)对第一多个注射管14-24的所有喷射器出口保持类似的流体速度(至少在相同的数量级内)；(3)在非圆形孔口 30的情形中，朝孔口 30的中心定位较低流速注射管16，22以帮助补偿以较低流速导入到主进料管12中的流体各组分的如下倾向被以较高流速导入的各组分压制并径向向外推离孔口 30 ;以及(4)定位较低流速注射管16，22的喷射器出口以便与第一多个喷射器管14-24的其他喷射器出口齐平或紧邻。
为了进一步管理孔口处的对称性，第二多个注射管50-60中的每一个的喷射器出口处的定位、尺寸和流体速度控制方面的变化包括(I)使第二多个注射管50-60的喷射器出口终止于主进料管12的内径，如图18-19所示，因为向主进料管12内径的内侧突出的注射管的一些部分的低角度变得难以制造成具有两排与主进料管12相交的注射管，尤其是如果它们在与孔口 30相距的相同轴向距离处与主进料管12相交；(2)如在第一多个注射管14-24的情形中那样，对第二多个注射管50-60的所有喷射器出口保持类似的流体速度 (至少在相同的数量级内);(3)如在第一多个注射管14-24的情形中那样，朝非圆形孔口 30 的中心定位第二多个注射管50-60的任何较低流速注射管以帮助补偿以较低流速导入到主进料管12中的流体各组分的如下倾向被以较高流速导入的各组分压制并径向向外推离孔口 30 ;以及(4)如在第一多个注射管14-24的情形中那样，定位第二多个注射管50-60 的较低流速注射管的喷射器出口以便与第二多个喷射器管50-60的其他喷射器出口齐平或紧邻。
也存在用于最小化上游共混即孔口 30的上游处各组分以如下方式进行的任何不可取共混的策略，所述方式可能在孔口入口处导致不一致的浓度梯度并在孔口下游导致低效的均匀混合，例如导入浓度变化，所述浓度变化可导致从该组合件包装的不同瓶子的流体具有不可接受的差值。对于第一多个注射管14-24中的注射管，这些策略包括(I)定位所述多个注射管14-24中的每一个的喷射器出口，使得滞后被最小化，尤其是在累积粘度的系统中。(如果可能的话，希望在粘度生长之前共混各组分。应当认识到，取决于粘度和粘度累积速率，一些流体组合物比其他流体组合物更易于接受喷射器出口之间的滞后。)；(2) 最小化从第一多个注射管14-24中的每一个的喷射器出口至孔口 30的距离；(3)确保孔口 30的上游或入口侧上的进入表面28的半球形或椭球形形状，已发现这可最大化横跨孔口 30的能量密度；(4)控制喷射器出口速度并定位喷射器出口以便避免流碰撞；以及(5)通过平衡流体体积(最小化流体体积以减小滞后时间)选择主管直径，作出影响雷诺数的调整 (对所述雷诺数的调整会改变孔口 30的上游和/或下游的湍流)。
在第二排注射管即第二多个注射管50-60的那些的情形中，尽管此类附加的注射管使得更加难以最小化孔口 30上游处的共混，但用于最小化上游共混的策略包括(I)将不趋于累积粘度的低粘度流体加入到第二多个注射管50-60中；(2)加入将帮助减小第二多个注射管50-60中的粘度的流体；(3)如在第一多个注射管14-24的情形中那样，确保孔口 30的上游或入口侧上的进入表面28的半球形或椭球形形状；(4)使第二多个注射管50-60 相对于主进料管12的轴线的角度不同于第一多个注射管50-60相对于主进料管12的轴线的角度，如图28-30和31-34的实施方案所示；以及(5)对第二多个注射管50-60的管直径和雷诺数作出调整。
能够有利地(或不利地)影响孔口上游的共混和孔口处的对称性的其他元素、调整或考虑因素包括在管中使用静态混合器、文丘里管、弯管或其他弯曲件、管直径变化、研磨、 阻碍诸如突出的喷射器。
本公开的混合组合件可取向成使得孔口与注射管相比设置在较大的高度，如图 17，19，20，24-26，28-29和31-32所示，其中源自注射管的各组分向上朝孔口瞄准。在该取向中，已发现组合件的可清洁性得到了增强。作为另外一种选择，本公开的混合组合件的取向可使得孔口与注射管相比设置在较低高度，如图6所示，其中源自注射管的各组分向下朝孔口瞄准。其他取向，诸如注射管取向成围绕水平延伸的主进料管，或甚至围绕倾斜的主进料管，均是可能的并且被认为在本公开的范围内。该混合组合件的这些取向中的某个对于与加入具有颗粒的材料的注射管一起使用的情况来讲可能比其他取向更具优选性，所述颗粒可取决于包含此类材料的注射管的取向而趋于稳定。
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述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，所公开的尺寸“40mm”旨在表示“约40mm”。
除非明确地不包括在内或换句话讲限制，本文所引用的每篇文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均特此以引用方式全文并入本文。任何文献的引用不是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或者其单独地或者与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但是对那些本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的更改和修改。因此， 随附权利要求书中旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。
权利要求
1.一种流体混合组合件，所述流体混合组合件包括 主进料管； 所述主进料管的下游的混合物承载管； 设置在壁中的孔口，所述壁将所述主进料管与所述混合物承载管隔开；和 多个注射管，所述多个注射管设置在所述主进料管周围并突出穿过所述主进料管的侧壁，所述注射管中的每一个均具有与所述主进料管的内部流体连通且指向所述孔口的出□。
2.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中设置有孔口的所述壁包括在所述孔口的上游侧上的弯曲进入表面和所述孔口的下游侧上的弯曲退出表面，优选地其中所述弯曲进入表面为半球形的，并且优选地其中所述弯曲退出表面为半椭圆形的。
3.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中所述孔口形状选自矩形形状、椭圆形形状和导槽形状，所述孔口形状从其所述上游侧上的进入表面至其所述下游侧上的退出表面具有恒定宽度。
4.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中所述多个注射管中的每一个均设置成相对于所述主进料管的轴线成约30°的角度，优选地其中所述注射管中的至少一个所具有的内径小于所述注射管的其他内径。
5.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中具有所述较小内径的所述注射管的出口设置成大约等距于所述孔口的长轴的第一端部和第二端部中的每一个。
6.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中所述多个注射管中的每一个均设有夹紧机构，所述夹紧机构用要经由所述注射管导入到所述主进料管中的材料源选择性地固定所述注射管。
7.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中所述孔口被包括在孔口插入件中，所述孔口插入件可移除地固定在所述主进料管和所述混合物承载管之间。
8.如权利要求I所述的流体混合组合件，所述流体混合组合件还包括第二多个注射管，所述第二多个注射管设置在所述主进料管周围并且具有喷射器出口，所述喷射器出口与所述主进料管的内径重合并且与所述主进料管流体连通，优选地其中所述第二多个注射管在与所述孔口相距的轴向距离处与所述主进料管相交，所述轴向距离等于在其处突出穿过所述主进料管的侧壁的所述多个注射管与所述主进料管相交的轴向距离。
9.如权利要求I所述的流体混合组合件，其中所述多个注射管包括第一多个注射管和第二多个注射管，所述第二多个注射管包括喷射器出口，所述喷射器出口设置在与所述第一多个注射管的喷射器出口不同的与所述孔口相距的轴向距离处。
10.如权利要求8所述的流体混合组合件，其中所述第一多个注射管的喷射器出口中的每一个和所述第二多个注射管的喷射器出口中的每一个相对于所述主进料管的轴线形成相等的非零角度。
11.如权利要求8所述的流体混合组合件，其中所述第一多个注射管的喷射器出口中的每一个均相对于所述主进料管的轴线形成第一非零角度，并且所述第二多个注射管的喷射器出口中的每一个均相对于所述主进料管的轴线形成第二角度，所述第二角度不同于所述第一角度。
12.如权利要求8所述的流体混合组合件，其中位于所述主进料管内径的径向内侧的所述第二多个注射管中每一个的区域均平行于所述主进料管的轴线延伸。
13.—种混合液体组合物的方法，所述方法包括 在主进料管中供应液体组合物的基料； 在所述主进料管的下游提供混合物承载管； 提供孔口，所述孔口设置在壁中，所述壁将所述主进料管与所述混合物承载管隔开；以及 用多个注射管中所供应的多种成分来配量所述基料，所述注射管中的每一个均具有与所述主进料管的内部流体连通且指向所述孔口的出口，所述注射管的出口被布置成使得通过所述相应注射管中的每一个导入到所述主进料管中的成分与通过其他注射管导入的成分同时穿过所述孔口。
14.如权利要求13所述的方法，其中在配量所述基料的过程中，所述注射管的出口还被布置成使得所述注射管中所提供的且被导入到所述主进料管内的所述基料中的粘度改性成分在所述基料的粘度增加之前穿过所述孔口。
15.如权利要求13所述的方法，其中从所述粘度改性成分被导入到所述基料中和穿过所述孔口的时段小于大约O. 25秒。
全文摘要
一种用于半连续方法的混合组合件(10)，所述半连续方法用于生产液体个人护理组合物诸如洗发剂，该混合组合件包括载有要生产的组合物的基料的主进料管(12)、与主进料管(12)选择性流体连通的多个注射管(14,16,18,20,22)和设置在壁中的孔口，所述壁位于所述多个注射管的下游的主进料管的端部。在其中设置了孔口的壁包括孔口的上游或入口侧上的弯曲的(例如半球形)进入表面和所述孔口的下游或出口侧上的弯曲的(例如半椭圆形)退出表面。孔口可具有矩形或椭圆形形状。通过保持注射管相对于孔口的对称性并且制衡配量的模块的导入和增加的粘度之间的延迟，可用极小的能量获得有效的混合。
文档编号B01F5/06GK102933290SQ201180028175
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者J.A.伯杰, D.S.邓洛普, 杨云鹏, D.A.罗伊斯, D.R.纳佩克 申请人:宝洁公司