一种液体分散降膜乳化装置及其应用

技术领域

本发明涉及高能效乳化装置及其应用，更具体地，涉及一种液体分散降膜乳化装置及其应用。

背景技术

乳化过程是指两种互不相溶的液体在表面活性剂的作用下，通过能量输入，形成乳液的过程。乳化结束后，一种液体(分散相)以极微小液滴分散在另一种液体(连续相)中，形成的乳液类型包括水包油型、油包水型等。

乳化作为乳液聚合、食品和医药行业的关键步骤，实现技术有高能乳化法和低能乳化法。由于低能乳化法要求乳化剂含量较高，工业上乳化过程使用更多的是高能乳化法。但是这类设备有其固有的缺点：例如在间歇操作时通常是将剪切头插入大量的待乳化物料中进行乳化，此时只有一部分物料得到了有效剪切力的作用，会造成能量浪费和设备效率降低等问题。尤其地，采用将连续相和分散相先预混再进行能量输入的形式，导致对连续相和分散相同时做功，会造成大量的额外能量输入。因此发展新型高效的乳化设备仍是聚合、食品和医药制备等领域的重要研究方向。

发明内容

为了解决目前高能乳化法对连续相和分散相同时做功导致输入能量过高的问题，本发明提供一种液体分散降膜乳化装置及其应用。通过同时设置分散单元和降膜乳化单元，分散相在乳化之前就被均匀分散成微(纳)米尺度的分散相液滴，避免了对连续相的做功，提高了能量利用效率。

一方面，本发明提供一种液体分散降膜乳化装置，包括：壳体，以及位于所述壳体内腔的分散单元、降膜乳化单元；

所述分散单元将分散相分散为液体微元，进而所述液体微元分散至所述壳体内腔内；

所述降膜乳化单元用于将连续相在所述降膜乳化单元表面形成液膜流动，进而所述液体微元与所述液膜在所述降膜乳化单元进行乳化，形成乳液。

在优选的实施方式中，所述降膜乳化单元包括：

围绕所述分散单元设置的降膜板；以及

溢流槽体，所述溢流槽体内的连续相流体可溢流至所述降膜板靠近所述液体分散单元的一侧表面。

在优选的实施方式中，所述降膜板靠近所述分散单元的表面为普通平滑表面。

在优选的实施方式中，所述降膜板靠近所述分散单元的表面为经过磨砂处理的粗糙表面。

在优选的实施方式中，所述降膜板顶端具有若干排列的锯齿状结构。

在优选的实施方式中，所述降膜板靠近所述液体分散单元的表面铺设一层经表面亲水改性的金属丝网。

在优选的实施方式中，所述降膜板靠近所述液体分散单元的表面铺设一层经表面疏水改性的金属丝网。

在优选的实施方式中，所述分散单元内设有液体分散设备，所述液体分散设备包括静设备和动设备。

在优选的实施方式中，所述静设备可以为气力雾化式或液力雾化式；所述动设备可以为离心雾化式或超重力分散式。

另一方面，本发明提供一种基于上述所述的液体分散降膜乳化装置的应用，包括：

分散相液体经分散相进口进入液体分散单元，所述分散单元将分散相分散为液体微元；

连续相液体经连续相进口进入到降膜乳化单元，所述降膜乳化单元用于将连续相在所述降膜乳化单元表面形成液膜流动；

所述分散相液滴与所述降膜乳化单元表面在降膜板上接触并乳化，形成乳液；

所述乳液沿所述降膜乳化单元靠近所述分散单元一侧表面继续流动，至装置底部后自液体出口排出。

本发明的有益效果

本发明提供一种液体分散降膜乳化装置及其应用，通过同时设置液体分散单元和降膜乳化单元，液体分散单元可以使得带有一定速度的雾滴在围绕该单元的空间内均匀地分布，然后在降膜壁面上与连续相进行接触并乳化，实现乳液的连续制备。本发明的优点在于，分散相在乳化之前就被均匀分散成微(纳)米尺度的分散相雾滴，避免了对连续相的做功，提高了能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之一。

图2为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之二。

图3为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之三。

图4为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之四。

图5为利用图1的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；

图6为利用图2的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；

图7为利用图3的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；

图8为利用图4的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；

附图说明：10、壳体，20、降膜乳化单元，30、分散单元，21、承载板，22、降膜板，23-溢流槽体11、分散相进口，12、上盖，13、连续相进口，14、外壳，15、乳液出口，16、底座，100-液相反应物储罐，200-气相反应物储罐，150、250-泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

为便于描述，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅设置为描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为了解决目前高能乳化法对连续相和分散相同时做功导致输入能量过高的问题，基于此，

图1为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之一；图2为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之二为本发明的降膜乳化单元的俯视图；图3为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之三为本发明的降膜板的一种结构示意图；

图4为为本发明的液体分散降膜乳化装置的一种结构示意图之四本发明的液体分散降膜乳化方法的一种工艺流程图；图5为利用图1的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；图6为利用图2的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；图7为利用图3的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图；图8为利用图4的的液体分散降膜乳化装置的工艺系统结构示意图。请参见图1至图8所示，其中图2至图4相较于图1为多层结构，本发明提供一种液体分散降膜乳化装置，包括：壳体10，以及位于所述壳体内腔的分散单元30、降膜乳化单元20；所述分散单元30将分散相分散为液体微元，进而所述液体微元分散至所述壳体内腔内；

所述降膜乳化单元20用于将连续相在所述降膜乳化单元表面形成液膜流动，进而所述液体微元与所述液膜在所述降膜乳化单元进行乳化，形成乳液。

可以理解的是，本实例高能效液体分散-降膜乳化方法在使用时，分散相流体经分散相进口11进入到分散单元30，连续相流体经连续相进口进入到降膜乳化单元20内，连续相液体发生溢流并在降膜乳化单元20靠近分散单元30的一侧形成均匀的、连续的液膜。之后被分散的分散相与连续相液膜在降膜乳化单元20上接触并乳化。制备完成的乳液沿降降膜乳化单元20继续流动，至壳体底部之后自乳液出口15排出。

从上述描述可知，本发明提供的液体分散降膜乳化装置及其应用，通过同时设置液体分散单元和降膜乳化单元，液体分散单元可以使得带有一定速度的雾滴在围绕该单元的空间内均匀地分布，然后在降膜壁面上与连续相进行接触并乳化，实现乳液的连续制备。本发明的优点在于，分散相在乳化之前就被均匀分散成微(纳)米尺度的分散相雾滴，避免了对连续相的做功，提高了能量利用效率。

在具体的实施方式中，所述降膜乳化单元20包括：

围绕所述分散单元设置的降膜板22；以及

溢流槽体，所述溢流槽体内的连续相流体可溢流至所述降膜板靠近所述液体分散单元的一侧表面。

在本实施例中，降膜乳化单元20是由外壳14、承载板21和降膜板22组成的溢流槽体，液位超过降膜板22的最高高度时，连续相液体发生溢流并在降膜板22靠近分散单元30的一侧形成均匀的、连续的液膜。

参见图3所示，根据本发明的某些实施例，优选的，降膜板顶端具有若干排列均匀锯齿状结构，锯齿贯穿至所述降膜板靠近和远离超重力分散单元的两侧表面。这样由于锯齿的凹处高度低于降膜板凸处，因此溢流的连续相流体首先经过凹处溢流出。由于凹处均匀排布，因此溢流出的流体溢流均匀，不会造成部分区域溢流过多导致的部分区域由于阻力和惯性力的缘故导致无法溢流，进而使得液膜厚度不均匀的问题。

参见图3所示，根据本发明的某些实施例，优选的，降膜板表面均匀铺设有金属丝网，达到提高液体的均匀分布、增大液体接触面积、改善乳化效果的目的。

根据本发明的某些实施例，根据连续相流体的性质，将降膜板靠近所述液体分散单元的表面设置为均匀铺设一层经表面亲水或疏水改性的金属丝网。例如若连续相流体为水相，优选的为亲水性材料，若连续相流体为油相，优选的为疏水性材料。

本申请还提供一种液体分散降膜乳化装置的应用，将所述液体分散降膜乳化装置应用于气体净化的过程。包括如下步骤：

S1：分散相液体经分散相进口进入液体分散单元，具有一定速度的被分撒的分散相均匀分布在液体分散单元四周；

S2：连续相液体经连续相进口进入到溢流槽体，液位超过降膜板的最高高度时，连续相液体发生溢流并在所述降膜板靠近所述液体分散单元的一侧形成均匀的、连续的液膜。

S3：所述被分散的分散相与所述液膜在降膜板上接触并乳化，形成乳液。

S4：乳液沿降膜板靠近液体分散单元一侧表面继续流动，至壳体底部后自液体出口排出。

从上述描述可知，本发明提供的液体分散降膜乳化装置及其应用，本发明所提供的一种高能效液体分散-降膜乳化方法，通过同时设置液体分散单元和降膜乳化单元，液体分散单元可以使得带有一定速度的雾滴在围绕该单元的空间内均匀地分布，然后在降膜壁面上与连续相进行接触并乳化，实现乳液的连续制备。本发明的优点在于，分散相在乳化之前就被均匀分散成微(纳)米尺度的分散相雾滴，避免了对连续相的做功，提高了能量利用效率；并且在降膜壁面上分散相液滴会进行二次破碎，进一步提高了乳化效果。本发明所设计的高能效液体分散-降膜乳化方法通过调节液体分散单元的操作参数，可以方便、准确地控制分散相雾滴的粒径，从而控制乳液中分散相的粒径。

下面结合具体场景对本方面进行详细说明。

实施例1

在乳液制备过程中，液体分散单元的核心部件为离心雾化器，所产生的煤油雾滴直径为20～100微米。降膜板靠近液体分散单元的表面为普通光滑表面。分散相为煤油，连续相为水，所用乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(HLB＝12)，乳化剂提前溶于水中。分散相与连续相相比为1:10，水相中乳化剂浓度为4wt％、进料流量为100L/h，分散相进料流量为10L/h，反应温度为常温。

经检测，本场景制备的乳液平均粒径在35～128微米。

实施例2

在乳液制备过程中，液体分散单元的核心部件为雾化喷头，所产生的煤油雾滴直径为10～50微米。降膜板靠近液体分散单元的表面为均匀铺设一层经表面亲水改性的金属丝网。分散相为煤油，连续相为水，所用乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(HLB＝12)，乳化剂提前溶于水中。分散相与连续相相比为1:10，水相中乳化剂浓度为4wt％、进料流量为100L/h，分散相进料流量为10L/h，反应温度为常温。

经检测，本场景制备的乳液平均粒径为20～63微米。

实施例3

在乳液制备过程中，液体分散单元的核心部件为超重力分散装置，所产生的煤油雾滴直径为30～100微米。降膜板靠近液体分散单元的表面为均匀铺设一层经亲水改性丝网的表面，分散相为煤油，连续相为水，所用乳化剂为Tween 80(HLB＝14)，乳化剂提前溶于水中。分散相与连续相相比为1:10，水相中乳化剂浓度为4wt％、进料流量为100L/h，分散相进料流量为10L/h，反应温度为常温。

经检测，本场景制备的乳液粒径在43～130微米。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。