一种剪切均质结构的制作方法

1.本发明涉及物料混合剪切和均质技术领域，尤其是涉及需要高强度处理一种或多种液态流体介质和可选的一种或多种固体介质的高强度剪切均质或高效率混合的均质结构。


背景技术：

2.剪切均质混合在食品、制药、日化及化工行业都有广泛应用，例如将粉剂快速分散、油脂高效乳化、化学材料的快速反应等。工艺模式分为批次搅拌混合和连续搅拌混合，随着工业化生产的规模和产能的扩大，对混合均质工艺也提出了更高的要求，尤其在粘性介质的批次罐低效率生产模式下，需要一种低能耗的高效连续的混合均质结构。
3.批次混合设备包括罐体和用于混合介质的搅拌单元。罐内介质在罐内循环混合一定时间达到想要的状态后，开始排出至其他容器。
4.批次罐搅拌通常用于粘性介质或者干物质含量高的介质混合。例如增稠剂、稳定剂、胶水,这些物料特性导致需要快速分散，而且搅拌时间长，某些情况下，物料还会存在没有充分利用的现象。因此，需要配置特别的装置来实现快速分散、溶解、均质，以提高物料的利用率以及混合效率。批次混合剪切单元通常从罐顶部伸入罐内或位于罐体的下部，而出料位置也位于罐外，排空物料需要额外的泵从罐内抽取。对于高粘性介质而言，这两种形式都无法让物料得到充分的均质混合效果。
5.连续的搅拌混合一般会配置带搅拌装置的罐与另一个容器循环。在罐底设有出料口，出料口带有一定的压力，出料口用于回到搅拌罐内或与外部容器循环。在高粘性物料的情况下，外部循环会变得相当困难。
6.类似的加工设备实现了批次罐搅拌混合以及循环连续混合。在wo2006131800a1的专利中，公开了一种搅拌机，这种搅拌机在罐体底部设有搅拌单元和伸入罐内的扰流叶轮结构。混合介质一部分通过扰流结构在罐内循环，一部分通过搅拌单元从另一个出口排出。出口可旁通回罐内或排出至外部容器。
7.该设备的缺点是低粘度的介质大部分在罐内循环而没有经过搅拌单元，达不到快速分散的目的。对于高粘性介质而言，这种结构容易造成物料集中在搅拌位置导致局部出料口堵塞，甚至对特定粘度的介质需要重新设计搅拌结构。这种方式只适合低粘性介质的批次或循环连续混合，而不适合大范围粘性介质的灵活应用。


技术实现要素：

8.针对现有技术的缺陷，本发明的第一目的是给出一种用于高度剪切混合的一种或多种液态流体介质和可选的一种或多种固体介质的剪切均质结构，采用特定的转子和定子结构在独特的剪切区域，结合可调转速的定-转子系统，从低粘性介质到高粘性介质的实现在罐内批次的同样的高效剪切效果，实现物料的预混合以及同步的多次剪切混合。尤其是对粘性粉剂的快速分散溶解，油脂的快速乳化。
9.第二目的是在凸出于罐内的定子出口区域设定局部引流装置，将批次罐混合与外部循环连续混合相结合，可实现从低粘性介质到高粘性介质的罐内多次剪切混和以及外部循环剪切混合，打破高粘性介质仅能批次罐加工的瓶颈。
10.根据本发明的目的，通过下面这种剪切均质结构实现。所述的剪切均质结构，其特征在于：转子部分与定子部分及罐底座中心位置同轴，定子位于转子部分外围，转子部分的顶部有预混合效果的导流组件，该导流组件通过预留空间的连接件与转子圆盘连接，导流组件为可选的刀片形式、叶片形式、刮片形式或没有预混合效果的固定蒙头。转子部分的涡轮叶片环状均匀分布于圆盘上，叶片顶部高于环状定子顶部，以便在引流入剪切腔体区域同时实现上部介质的扰流混合。定子镶嵌于底座环形槽内，凸出在罐底上部，实现罐内介质经定子孔剪切混合后大流量罐内循环。经定子孔流出的介质经过有限覆盖的出口导流板出料位置连接出料口，优选的设置冷却夹层套位于轴承腔外围，实现高强度稳定运行。
11.转子部分的圆盘上部有环状均匀分布的涡轮叶片，涡轮叶片下设有与涡轮叶片引流同向的导流槽孔，转子圆盘下部有多对剪切刀片，刀片与导流槽孔末端相对应，以上组成结构与转子顶部可选的导流组件通过驱动连接件同轴连接一体，转子圆盘中心通过密封结构与圆盘底座相连。从转子圆盘以下为封闭剪切区域结构。剪切刀片环状均匀分布于转子圆盘下方，刀片边缘与转子圆盘圆周边缘齐平，刀片底部与圆盘底座窄缝贴合。
12.在有效的实施例中，转子下部的剪切刀片方向与其向心力方向成一定夹角。定子周边环状均匀分布圆孔或可选的长方形孔槽，开口面积设置为开孔区域有限的开口范围，优选的定子环形开孔轴向与定子孔位置的向心力方向成一定夹角，该夹角与转子刀片的夹角相对应，迫使转子高速转动下的流动的介质经高速离心力下压向定子孔，转子刀片旋转经过定子与转子间隙完成第一次高强度剪切后，介质再次沿切线方向高度通过孔洞喷射，形成再次剪切效果。
13.另一实施例中，介质在高强度剪切区域对定子内侧与圆盘底座接触位置的环形密封冲击，优选的设置定子内侧接触密封位置有环形突起覆盖密封，将平行射出的介质冲击在定子边缘完成。
14.弧形或方形结构的导流板边缘紧密贴合定子侧面，上部覆盖位置与开孔区域上缘齐平；导流板底部固定于罐体侧壁，导流板覆盖区域为定子环形开孔出料位置局部面积，可将剪切均质后的物料大部分流出定子孔继续罐内循环，小部分介质经导流板后在罐外出料口流出，出料口设有截止阀门关闭时可与罐体侧壁连通内循环。在这个方面，本发明可实现内外双循环的剪切均质结构在高效剪切混合非常有利，它既可以满足小批量的批次罐加工，也可以实现大规模的循环连续加工。在有限的粘性介质加工中可以节省设备数量达到节省的目的。
15.出口设计也可用于排空罐内介质，导流出口的压力不需要额外的出口泵抽出介质，如果可以的话，还可以在罐内辅助刮壁搅拌，将物料导向剪切结构经导流口排出。
16.高速运转的轴承外围位置设置有夹层套，内部可通换热介质或润滑介质，包括水、油脂，介质出口与转子密封介质入口可串联，同时在夹层套介质的最终出口配置流量检测元件，冷却介质的流量与剪切均质结构运转关联。
17.采用以上技术方案，可以进一步配置为驱动轴与电机直接连接或者皮带轮驱动，采用变频调速带动剪切均质装置可调转速运转。
18.本发明在另一实施例中可以进一步配置为：所属的剪切均质结构位于底部锥形的圆柱形封闭式或开放式的罐体底部中心部位，均质结构与罐体侧壁配置与工作容积等高的扰流板相互配合，达到最佳混合效果。
19.本发明可实现的有益的技术效果为：该剪切均质结构不仅能实现粉剂物料尤其是粘性粉剂的快速分散溶解，使粉剂物料不会成团和颗粒，还能在高强度多次剪切下加速物料的混合溶解过程，缩短混合时间。多层扰流及引流结构可以加速粉剂物料的预混合，也可以提供剪切结构的引流动力，加强二次剪切射流混合的效果。
20.本发明还可实现的有益的技术效果为：针对高粘性介质的混合，可以实现小批量的批次罐内混合，还可以与外部的罐连接实现内外双循环，满足高粘性介质的大规模连续加工。减少配置混合设备数量达到节省的目的。
附图说明
21.下面将参考附图更详细地解释本发明，其中：图1示出了剪切均质结构带局部导流出口的基本草图图2示出了剪切均质结构带局部导流出口的等轴截面图图3示出了定子结构突出结构的截面图图4示出了定子环孔和转子刀片结构的结构图图5示出了转子涡轮导流组件和局部导流出口的基本草图图6示出了可选实施例作为批次混合及出料循环混合的流程图
具体实施方式
22.在附图说明中，相同的或类似的组件在不同的附图中用相同的标号表示。因此，不再对附图的所有细节进行说明。
23.图1示出了剪切均质结构和循环导流出口的外观。为了在现有技术的基础上进步提高混合效果，提供了一种高效的剪切均质混合结构01，该结构包含转子部分和定子部分20。转子部分相对于定子20同轴，定子20位于转子部分外围。为进一步加强粘性产品的剪切混合效果，转子部分上部可选增加了导流组件16，该组件通过连接件10与转子圆盘13连接。针对不同产品的粘度和不同属性，可选的导流组件16为可选的刀片形式、叶片形式、刮片形式或固定蒙头。转子部分采用涡轮叶片11，且顶部高于定子20顶部，结合转子顶部的导流组件用来增强混合介质的流动性。转子外的环形定子20表面带有不同形状的孔，根据混合介质的属性可选的不同开孔面积为出料位置一31。结合图2示出定子20镶嵌于底座51环形槽内。出口导流板30部分覆盖的出料位置一31连接出料口33，夹层套40位于轴承腔41外围，夹层套内通有冷却介质，用来确保轴承持续保持在工作温度下稳定运行。以上转子结构通过驱动连接件44同轴连接一体，驱动轴通常与外部电机或皮带轮连接，图中未示出。
24.另一替换实施例中冷却介质连接位置为夹层套40侧面底部接口进入夹层套40，经侧面上部连接口留出，或可选的夹层套40介质流出口与转子密封43介质入口串联，冷却介质的最终出口配置流量检测元件。
25.图2示出了剪切均质结构带局部导流出口的等轴截面图。可以清晰看出转子结构包含转子圆盘13，转子圆盘上部有环状均匀分布的涡轮叶片11，涡轮叶片下有导流槽孔12。
上部介质被可选的导流组件16提供部分助力后进入转子区域，结合弧形涡轮叶片11经导流槽孔12进入转子内部，介质在转子圆盘13和底座42形成的半封闭区域内处于高压状态。转子圆盘13下部有剪切刀片14，介质在高速旋转的刀片14和带孔的定子20间进行高强度剪切混合。在剪切刀片14的离心力和剪切半封闭区域的高压力作用下，介质通过定子20孔槽喷射出进入罐内再次循环进行批次混合。
26.结合图2和图5示出的结构，可选的导流板30用来实现连续或外循环加工混合，导流板30边缘固定于定子20侧面，导流板30底部固定于罐体50侧壁，导流板30覆盖区域为环形开孔出料位置二32面积的部分区域，上部覆盖位置与开孔区域上缘齐平。该结构为出料位置一31提供压力用于出料或循环，出料位置一31位于罐壁50最低位置，与出料口33连通，出料口33设有截止阀门或可选的与罐体侧壁50连通。
27.图3示出了定子20内侧与圆盘底座42接触位置有环形密封23以及定子20内侧接触密封位置的环形突起。介质在高强度剪切区域对定子20内侧与圆盘底座42接触位置的环形密封23冲击，突起结构用于保护环形密封23。
28.图4示出了定子环孔和转子刀片结构的结构图。出于清晰的目的，右半部分为俯视结构图，未带导流组件的叶轮上有弧形的涡轮叶片11，弯月形的导流孔槽12位于涡轮叶片11下方。左侧为转子内部截面结构，环形定子20周边环状均匀分布圆孔或可选的长方形孔槽21，有限的孔槽21开放面积与介质剪切后的射流剪切结合，形成独特混合效果。定子环形开孔21的轴向成一定角度，该夹角与转子刀片14的夹角相对应，迫使转子高速转动下的流动的介质经高速离心力下压向定子孔，转子刀片旋转经过定子与转子间隙完成第一次高强度剪切后，介质再次沿切线方向高度通过孔洞喷射，形成再次剪切效果。
29.图6示出了另一可选实施例作为批次混合及出料循环混合的流程图。介质位于罐60内，剪切均质结构位于罐底部中心位置，罐底侧壁50成一定的锥形角度与均质结构相结合。罐体侧壁设有液体添加口或回流口54，罐体底部经导流板30后的出料位置一31出口设有第一阀门51，第一阀门51前设有回流管54和第二阀门52。
30.当混合结构用于批次混合时，第一阀门51处于关闭状态，第二阀门52处于开放状态，介质在罐内循环。粘性介质在导流组件16的作用下加强罐内的湍流强度和上下介质的转换，经过剪切均质结构的介质部分经罐底出料位置二32回流，沿锥形侧壁翻转到介质上层后继续罐内循环。剩余经过剪切均质结构的部分介质通过出料位置一31，经过回流管54进入罐内。
31.当混合结构用于循环混合或排放时，第一阀门51处于开放状态，第二阀门52处于关闭状态，介质部分在罐内循环。粘性介质在导流组件16的作用下加强罐内的湍流强度和上下介质的转换，经过剪切均质结构的介质部分经罐底出料位置二32回流沿锥形侧壁翻转到介质上层，后继续罐内循环。剩余经过剪切均质结构的部分介质通过出料位置一31排放进入外部罐，外部罐回流的介质经过液体添加口55回流进入罐内。
32.在上述实施例中，介质在混合及排放过程中没有停滞区域，灵活满足罐内批次混合及连续混合。更适合粘性产品的大规模加工实施。

技术特征：
1.一种剪切均质组合装置结构(01)位于罐体(50)底部中心位置；结构(01)包括：导流组件连接件(10)、涡轮叶片(11)、导流槽孔(12)、转子圆盘(13)、剪切刀片(14)、扰流腔体(15)、导流组件(16)，定子(20)，导流结构的导流板(30)、出料位置一(31)，出料位置二(32)，驱动连接件的夹层套(40)、轴承腔(41)；其特征在于：转子部分相对于定子(20)同轴，定子(20)位于转子部分外围，转子部分的导流组件(16)通过连接件(10)与转子圆盘(13)连接，导流组件(16)为可选的刀片形式、叶片形式、刮片形式或固定蒙头，转子部分的涡轮叶片(11)顶部高于定子(20)顶部，定子(20)镶嵌于底座(51)环形槽内，出口导流板(30)部分覆盖的出料位置一(31)连接出料口(33)，夹层套(40)位于轴承腔(41)外围。2.根据权力要求1所述的剪切均质结构，其特征在于：转子结构包含转子圆盘(13)，转子圆盘上部有环状均匀分布的涡轮叶片(11)、涡轮叶片下有导流槽孔(12)、转子圆盘下部有剪切刀片(14)，转子圆盘顶部通过导流组件连接件(10)有可选的导流组件(16)，以上组成结构通过驱动连接件(44)同轴连接一体；转子圆盘(13)中心通过密封(43)与圆盘底座(42)相连。3.根据权力要求2所述的剪切均质结构，其特征在于：转子结构圆盘(13)上游有弯月形的导流槽孔(12)，孔槽末端对应多对剪切刀片(14)，剪切刀片(14)环状均匀分布于转子圆盘(13)下方，剪切刀片(14)边缘与转子圆盘(13)圆周边缘齐平，剪切刀片(14)底部与圆盘底座(42)窄缝贴合。4.根据权力要求2和3所述的剪切均质结构，其特征在于：刀片(14)方向与刀片在转子圆盘(13)末端的向心力方向成夹角。5.根据权力要求1所述的剪切均质结构，其特征在于：定子(20)周边环状均匀分布圆孔21或可选的长方形孔槽或圆孔与方形结合的孔，孔开放面积为开孔区域的15%~45%；定子环形开孔(21)轴向与定子孔位置的向心力方向成夹角。6.根据权力要求5所述的剪切均质结构，其特征在于：定子(20)内侧与圆盘底座(42)接触位置有环形密封(23)，定子(20)内侧接触密封位置有环形突起(22)。7.根据权力要求1和5所述的剪切均质结构，其特征在于：可选的导流板(30)边缘固定于定子(20)侧面，导流板(30)底部固定于罐体(50)侧壁，覆盖区域为环形开孔出料位置二(32)面积的15%~45%，上部覆盖位置与开孔区域上缘齐平；出料位置一(31)位于罐壁(50)最低位置，与出料口(33)连通，出料口(33)设有截止阀门或可选的与罐体侧壁(50)连通。8.根据权力要求1所述的剪切均质结构，其特征在于：夹层套(40)位于轴承腔(41)外围，夹层套固定或可选的轴向移动，或旋转移动；夹层套(40)内可通换热介质或润滑介质，包括水、油脂。9.根据权力要求8所述的剪切均质结构，其特征在于：介质连接位置为夹层套(40)侧面独立的下进上出连接口或上进下出连接口，或可选的夹层套(40)介质出口与转子密封(43)介质入口串联；夹层套(40)介质的独立或者串联的最终出口配置流量检测元件。

技术总结
发明用于处理一种或多种液态流体介质和可选的一种或多种固体介质的剪切均质结构(01)。该结构包括：导流组件连接件(10)，涡轮叶片(11)，导流槽孔(12)，转子圆盘(13)，剪切刀片(14)，扰流腔体(15)，导流组件(16)，定子(20)，环状分布的圆孔或孔槽(21)，导流板(30)，出料位置一(31)，出料位置二(32)，出料口(33)，夹层套(40)，轴承腔(41)。发明的优势效果为：该结构可实现高强度剪切加速物料混合及加强均质效果，满足批次混合及可选的连续混合效果，高强度长时间稳定运行。度长时间稳定运行。度长时间稳定运行。


技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.B01F27/27
受保护的技术使用者：上海谷光工程技术有限公司
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/5/25