一种高单分散性液滴规模化生产装置及方法

1.本发明涉及高分散性液滴生产领域，尤其涉及一种高单分散性液滴规模化生产装置及方法。


背景技术：

2.高单分散性液滴可用于合成各种功能微球，被广泛应用于生物、医疗、制药、环境等领域。目前高单分散性液滴一般以液滴微流控技术生产，该技术可以在微通道内制备单分散性较高液滴，但是单个微流控设备的产量极低，要达到工业化应用的规模，需要上千甚至上万个液滴制备微流控单元同时运行，需要投入大量的流体泵、流体储罐和相关的基础设施，设备投资成本高，同时液滴微流控的集成化放大又带来了单分散性降低、生产过程控制难度大等问题，高单分散性液滴模规化成为了微液滴面向工业应用的技术难点。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种高单分散性液滴规模化生产装置及方法，以提高单分散液滴的分散性能和生产效率。
4.技术方案：本发明所述的一种高单分散性液滴规模化生产装置，所述规模化生产装置包括：单分散液滴生成装置，所述单分散液滴生成装置包括壳体以及对应设于壳体顶端的盖板；所述壳体内转动设有驱动轴以及固定套装有定容盘，所述定容盘盘面上开设有若干定容孔；与所述驱动轴对应设有驱动机构；所述壳体内设有贴合于定容盘上下侧的供料体和集料体，所述供料体内设有交叉排布的油相通道a和水相通道a，所述集料体内交叉排布有油相通道b和水相通道b，所述油相通道a和油相通道b对应设于定容孔上下侧，所述水相通道a和水相通道b对应设于定容孔上下侧；水相供应系统，所述水相供应系统与水相通道a连通并定量供应水相溶液；油相供应系统，所述油相供应系统与油相通道a连通并定量供应油相溶液；油水分离系统，所述油水分离系统与油相通道b连通并分离油相和水相循环回收利用；成品收集系统，所述成品收集系统与水相通道b连通并收集高单分散性液滴产品。
5.优选的，所述油相通道a、水相通道a、油相通道b、水相通道b均包括环状分配管道、设于环形分配管道上的主管道以及沿着环状分配管道圆周沿着供料体或集料体径向设置的水平分配管道，所述水平分配管道垂直设有若干根纵向管道。
6.优选的，所述定容孔沿着定容盘径向与纵向管道端口对应设置。
7.优选的，所述壳体底部设有下定位销，所述集料体通过下定位销卡装在壳体内；所述盖板设有上定位销，所述上定位销下端通过压紧弹簧固定压紧在所述供料体上端。
8.优选的，所述驱动机构包括通过联轴器与驱动轴连接的减速器和驱动电机。
9.优选的，所述水相供应系统包括水相储槽和水相进料泵，所述水相进料泵将水相
储槽内水相溶液定量输送至供料体内的水相通道a。
10.优选的，所述油相供应系统包括油相储槽和油相进料泵，所述油相进料泵将油相储槽内油相溶液定量输送至供料体内的油相通道a。
11.优选的，所述油水分离系统包括油水分离器以及分别与油水分离器连接的水相回收罐和油相回收罐，所述水相回收罐通过水相回用泵返液至水相供应系统，所述油相回收罐通过油相回用泵返液至油相供应系统。
12.优选的，所述成品收集系统包括通过液滴产品输送管与水相通道b连通的单分散液滴产品槽。
13.一种高单分散性液滴规模化生产方法，使用高单分散性液滴规模化生产装置进行规模化生产方法包括以下步骤：步骤1：设定油相供应系统、水相供应系统中油相进料泵、水相进料泵的工作频率，并相应的设定驱动机构中驱动电机的工作频率；步骤2：启动油相供应系统、水相供应系统，并通过供料体内的油相通道a、水相通道a分别向定容盘的定容孔注满油相、水相；步骤3：油相供应系统、水相供应系统通过油相进料泵、水相进料泵暂停向定容盘的定容孔注液，并通过驱动电机控制定容盘随着驱动轴以一定角度转动，定容孔内液滴随着定容盘移动；步骤4：定容盘随着驱动轴旋转至定容孔再次与供料体的纵向管道出口端对准，定容盘停止转动；步骤5：启动油相供应系统、水相供应系统，并通过供料体内的油相通道a、水相通道a分别向定容盘的定容孔再次注入油相、水相，定容孔内先前注满的油相被后续注入的水相吹出，定容孔内先前注满的水相被后续注入的油相吹出；步骤6：循环重复步骤2-5连续生产单分散性液滴，并通过成品收集系统收集存储单分散性液滴产品。
14.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下突出的优点：1、本发明的单分散液滴生成装置，通过驱动机构带动定容盘以一定的转速转动，并通过集料体中油相通道a、水相通道a配合实现两相液滴相互吹出，从而高效的生产单分散性液滴；2、本发明的单分散液滴生成装置实现供料体、定容盘、集料体三者密封连接，可防止液体外溢漏液；生产过程中液滴流量稳定，对液体泵等输送设备灵敏度要求低，能够快速产生单分散性液滴；3、本发明的供料体、集料体采用多流道结构，通过改变定容盘直径、定容孔开孔数量和直径提高单分散性液滴的产量。
附图说明
15.图1为本发明的规模化生产装置结构示意图；图2为图1中单分散液滴生成装置立体结构示意图；图3为图2中单分散液滴生成装置下部结构剖视图；图4为图3中供料体、集料体与定容盘连接结构示意图；
图5为图4中定容盘结构示意图；图6为图4中供料体或集料体内部管道结构示意图；图7为本发明的单分散性液滴生产方法中步骤2结构示意图；图8为本发明的单分散性液滴生产方法中步骤3结构示意图；图9为本发明的单分散性液滴生产方法中步骤4结构示意图；图10为本发明的单分散性液滴生产方法中步骤5结构示意图；图11为本发明的单分散性液滴生产方法中步骤6结构示意图。
16.附图标记：100、规模化生产装置；1、单分散液滴生成装置；101、驱动电机；102、减速器；103、联轴器；104、驱动轴；105、支撑轴承；106、盖板；107、上定位销；108、壳体；109、进液端管；110、排液端管；111、压紧弹簧；112、供料体；113、集料体；114、定容盘；115、下定位销；116、油相通道a；117、水相通道a；118、油相通道b；119、水相通道b；1110、定容孔；1111、主管道；1112、环状分配管道；1113、水平分配管道；1114、纵向管道；2、油相储槽；3、水相储槽；4、工作台架；5、下液管；6、进料管；7、油相进料泵；8、水相进料泵；9、水相回用泵；10、油相回用泵；11、返液管；12、水相回收罐；13、油相回收罐；14、油相溢流管；15、油水分离器；16、单分散液滴产品槽；17、液滴产品输送管。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-11，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如图1-5所示，本发明的一种高单分散性液滴规模化生产装置，规模化生产装置100包括工作台架4以及设于工作台架的工作台板上的单分散液滴生成装置1，单分散液滴生成装置1包括壳体108以及对应设于壳体顶端的盖板106，工作台板上设有安装位孔，壳体108顶端设置的连接法兰与盖板106通过连接螺栓固定连接。壳体108底端中心及盖板106顶端中心分别设有支撑轴承105，驱动轴104转动安装在两组支撑轴承105上，驱动轴104位于壳体108内固定套装有定容盘114，定容盘114盘面上开设有若干定容孔1110；具体的，定容孔1110沿着定容盘114径向分布，定容孔1110的数量以及直径可以依据需求设定，如需增加单分散性液滴直径，则需相应的增加定容孔的直径；如需增加单但分散性液滴的产量，则需增加定容盘的直径。
19.如图2-4所示，与驱动轴104对应设有驱动机构，驱动机构包括通过联轴器103与驱动轴104上端连接的减速器102和驱动电机101，驱动电机101可采用伺服电机或步进电机，驱动电机可通过减速器带动驱动轴转动，进而控制定容盘114沿着轴心转动。壳体108内设有安装腔体，安装腔体内上下对应设有供料体112和集料体113，供料体112对应贴合设置于定容盘上侧，集料体113对应贴合设置于定容盘下侧。壳体108内腔底部设有两组下定位销115，集料体113底部对应设置有定位孔，集料体113的定位孔与下定位销115对应卡装在壳体底部；盖板106设有两组上定位销107，供料体112顶端对应设有定位孔，上定位销107下端
通过压紧弹簧111固定压紧在供料体112上端，通过压紧弹簧111可将供料体112、定容盘114和集料体113紧密贴合，在不影响定容盘旋转的情况下，提高供料体、集料体与定容盘结合的密封性能，防止漏液。
20.如图4和图6所示，供料体112内设有交叉排布的油相通道a116和水相通道a117，集料体113内交叉排布有油相通道b118和水相通道b119；油相通道a116、水相通道a117、油相通道b118、水相通道b119均包括环状分配管道1112、设于环形分配管道上的主管道1111以及沿着环状分配管道圆周沿着供料体112或集料体113径向设置的水平分配管道1113，水平分配管道1113垂直设有若干根纵向管道1114。具体的，供料体内的油相通道a 116与集料体113内的油相通道b 118设置的方向相反，供料体内的水相通道a 117与集料体内的水相通道b 119设置的方向相反；油相通道a116、水相通道a117的主管道1111进口对接有进液端管109，油相通道b118、水相通道b119的主管道出口对接有排液端管110；油相通道a116的纵向管道1114底端和油相通道b118的纵向管道1114顶端对应设于定容孔1110上下侧，水相通道a117的纵向管路下端和水相通道b119的纵向管路顶端对应设于定容孔1110上下侧。工作时，油相液体通过供料体内的油相通道a116注入定容盘相应的定容孔1110内，并沿着集液体内的油相通道b118排出；水相液体通过供料体内的水相通道a117注入定容盘相应的定容孔1110内，并沿着集液体内的水相通道b119排出；该过程中，驱动定容盘114以一定角度定频率旋转，定容盘通过定容孔1110携带油相液滴、水相液滴分别均匀分布在水相溶液或油相溶液中。
21.如图1所示，水相供应系统包括设于工作台板上的水相储槽3和设于工作台架底部的水相进料泵8，水相储槽3底端通过下液管5与水相进料泵8进液端连通，水相进料泵8的出液端通过进料管6与供料体内的水相通道a117的进液端管109连接，水相进料泵8将水相储槽内水相溶液定量输送至供料体内的水相通道a117内。油相供应系统包括设于工作台板上的油相储槽2和设于工作台架底部的油相进料泵7，油相储槽2底端通过下液管5与油相进料泵7进液端连通，油相进料泵7的出液端通过进料管6与供料体内的油相通道a116的进液端管109连接，油相进料泵7将油相储槽内油相溶液定量输送至供料体内的油相通道a116内。油水分离系统包括设于工作台板上的油水分离器15以及设于工作台架底部的水相回用泵9、油相回用泵10，油水分离器15的底端通过下液管接入水相回收罐12，油水分离器15一侧通过油相溢流管14接入油相回收罐13，水相回收罐12底端与水相回用泵9连通并将水相回收液返液至水相供应系统的水相储槽3存储，油相回收罐13底端与油相回用泵10连通并将油相回收液返液至油相供应系统的油相储槽2存储。成品收集系统包括设于工作台板上的单分散液滴产品槽16，单分散液滴产品槽16通过液滴产品输送管17与水相通道b119连通，集料体113内的水相通道b119收集高单分散性液滴产品通过液滴产品输送管17输送至单分散液滴产品槽16存储。
22.在一可选实施例中，定容盘114的厚度为1mm，定容盘的直径为200mm，定容孔1110的孔径为0.2mm，产出的单分散性液滴直径约200μm，单分散性优秀，定容盘总共包括1256个定容孔1110，实现高分散性液滴产量0.071 l/h。
23.在另一可选实施例中，定容盘114的厚度为3mm，定容盘的直径为200mm，定容孔1110的孔径直径0.3mm，产出的单分散性液滴直径约370μm，单分散性优秀，定容盘总共包括998个定容孔1110，实现高分散性液滴产量0.479l/h。
24.经过以上实施例，通过选择不同的定容盘直径，定容孔孔径大小，实现不同规格高分散性液滴的模规划生产。
25.参照图7-11所示，一种高单分散性液滴规模化生产方法，包括以下步骤：步骤1：设定油相供应系统、水相供应系统中油相进料泵7、水相进料泵8的工作频率，并相应的设定驱动机构中驱动电机的工作频率；步骤2：启动油相供应系统、水相供应系统，并通过供料体内的油相通道a116、水相通道a117分别向定容盘的定容孔1110注满油相、水相；步骤3：油相供应系统、水相供应系统通过油相进料泵7、水相进料泵8暂停向定容盘的定容孔1110注液，并通过驱动电机控制定容盘114随着驱动轴以一定角度转动，定容孔1110内液滴随着定容盘114移动；步骤4：定容盘114随着驱动轴旋转至定容孔再次与供料体的纵向管道1114出口端对准，定容盘114停止转动；步骤5：启动油相供应系统、水相供应系统，并通过供料体内的油相通道a116、水相通道a117分别向定容盘的定容孔1110再次注入油相、水相，定容孔1110内先前注满的油相被后续注入的水相吹出，定容孔1110内先前注满的水相被后续注入的油相吹出；步骤6：循环重复步骤2-5连续生产单分散性液滴，并通过成品收集系统收集存储单分散性液滴产品。
26.以上是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。