专利名称：雾化液体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种雾化液体的设备，该设备包括-用于接收要雾化的液体的可旋转的空心圆柱体，和-用于驱动空心圆柱体旋转的驱动器，空心圆柱体的下端用底板封闭，上端有开口，并且其外壳上有许多用于引入要雾化的液体的圆孔型喷嘴。
本发明还涉及一种利用上面提到的设备来进行液体的雾化、喷雾冷却和喷雾干燥的方法。
本发明还涉及上面提到的设备用溶液或分散体(优选乳浊液)生产粉末的用途。
上面提到的设备描述在P.Schmid“Auslegung rotierender porserZerstubungskrper”，Verfahrenstechnik 8(1974)No.7的出版物中。该出版物提供了使用带有许多圆孔型喷嘴的空心圆柱体的基本描述。
本发明要解决的问题是提供一种上面提到的设备，利用该设备可以得到窄的液滴尺寸分布，在喷雾过程中平均的液滴尺寸为50-500微米，优选100-350微米。而且，在本发明的范围内，本发明的基本目的是提供一种上述的设备，利用该设备可以在雾化液体的过程中得到技术上希望的流量并且从而在低磨损的情况下操作。空心圆柱体和其外壳上的圆孔型喷嘴的结构和尺寸的选择都应使上述的圆孔型喷嘴内的液体及其温度均匀分布，并且圆孔型喷嘴阻塞的可能性很小。而且，本发明的空心圆柱体应该易于安装和拆卸，并且空心圆柱体和圆孔型喷嘴的清洁也应该易于进行。
本发明的另一个目的是提供一种利用本发明的设备来进行液体的雾化、喷雾冷却或喷雾干燥的方法。
此处所用的术语“液体”包括溶液，特别是含有活性物质和熔融物的水溶液、分散体和乳浊液和熔融物(例如脂肪熔融物)，任选地含有活性物质。活性物质的例子是脂溶性的维生素，例如，维生素A、E、D或K，类胡萝卜素，例如，β-胡萝卜素、玉米黄质、叶黄素或虾青素，脂溶性或水溶性的药物的活性物质，以及诸如维生素C和B维生素之类的水溶性维生素。
根据本发明，通过具有权利要求1所定义之特征的上述类型的设备解决了以上提到的关于设备的问题.
根据本发明，该设备的另一些方面定义在权利要求2-11中。
根据本发明，设备的优点如下-它便于要雾化的液体产生薄层的丝状破碎，从而得到窄的液滴尺寸分布，在喷雾过程中平均的液滴尺寸为50-500微米，优选100-350微米，-由于空心圆柱体的结构非常简单、体积相对小并且重量轻从而使得雾化液体的设备结构非常紧凑，-在空心圆柱体中和在圆筒外壳内的圆孔型喷嘴中的液体及其温度均匀分布，利用该设备可以防止因干燥和凝胶过程引起的阻碍和由此带来的圆孔型喷嘴的阻塞，-由空心圆柱体的圆孔型喷嘴的钻孔内的相对低的流速可以得到非常低磨损的操作，-与传统的雾化装置所需的能量相比，空心圆柱体的旋转驱动需要相当少的能量，并且-该设备最适合于相对小的液体流量。
在优选的实施方案中，空心圆柱体螺纹安装到共同旋转的中空轴上，该中空轴用于将要雾化的液体送入到空心圆柱体内。因此用很容易就可以进行空心圆柱体的安装和拆卸，减小了用于维护过程所花费的时间。通过这种方法，并且由于空心圆柱体的结构非常简单、壁厚小，所以空心圆柱体和圆孔型喷嘴易于清洗。
根据本发明，通过具有权利要求12所定义之特征的上述类型的设备解决了以上提到的关于设备的问题。
根据本发明，该设备的另一些方面定义在权利要求13-28中。
根据权利要求1所述设备的上述优点也适合于根据权利要求12所述的设备。尽管空心圆柱体的任选较大的体积，但是通过进料管相对小的额外消耗可以使得在空心圆柱体内液体及其温度均匀分布，以及在空心圆柱体外壳内的圆孔型喷嘴内的液体均匀分布。
根据本发明，通过具有权利要求29-36所定义之特征的上述类型的方法解决了以上提到的关于方法的问题。
通过权利要求30所述的方法，可以得到本发明所定义的圆孔型喷嘴的非常低的阻塞趋势。
根据本发明，通过权利要求37所定义的用途可以解决上述提到的关于设备用途的问题。
附图的简要说明在附图的基础上，下面将描述本发明的操作实施例。
图1表示根据本发明用于雾化液体的设备，在该设备中使用了图2所述的空心圆柱体或图9所述的具有进料管31的空心圆柱体21的元件(arrangement)，图2是根据本发明设备的空心圆柱体的第一个实施方案11的横截面的示意图，图3是图2中E部分的侧视图的放大图，图4是图2中圆筒外壳16的横截面的一小部分的放大图，图5是根据本发明设备的空心圆柱体的第二种实施方案21的横截面的示意图，图6是图5中F部分的侧视图的放大图，图7是图5中壁26的横截面的一小部分的放大图，图8是根据图5所述的空心圆柱体21中所使用的进料管31的截面图，图9是根据图5所述的具有进料管31插入其中的空心圆柱体21的截面图，图10是将本发明的设备用于从溶液、分散体、乳浊液和熔融物(优选乳浊液)中生产粉末的装置的示意图，图11表示利用本发明的设备得到的用体积分布表示的窄的粒度分布是明显的。
根据本发明设备的基本结构如图1所示，根据本发明，设备包括下面的构成-用于接收要雾化的液体的可旋转的空心圆柱体11或21，-用于驱动空心圆柱体11或21旋转的驱动器12(优选电动机械的)，和-在一定的压力下将要雾化的液体引入到空心圆柱体11或21的设备。压力为0.3-5巴。
最后提到的设备可以包括，例如，随着驱动器12旋转的共同旋转的中空轴19，中空轴依次通过例如泵与雾化的液体源连接，另一端与空心圆柱体11或21连接。
空心圆柱体11或21可由为此处所述的目的而机械加工的所有材料来制造。例如，诸如不锈钢或钢合金之类的金属，或者诸如聚氯乙烯或聚乙烯之类的塑料。
驱动器12带动空心圆柱体11旋转的速度为2000-20000转/分钟，优选3000-10000转/分钟。
下面描述根据本发明设备的两种不同的实施方案。
根据本发明设备的第一个实施例根据本发明，设备的第一种实施方案具有图1所示的基本结构，并含有根据图2-4所述的空心圆柱体11。
从图2可以明显看出，空心圆柱体11的下端用板13封闭，上端有开口15。从图3和图4可以详细地看出，空心圆柱体11的圆筒外壳16有许多用于引入要雾化的液体的圆孔型喷嘴18。
空心圆柱体11的上端可拆卸地连接到共同旋转的中空轴19上，通过中空轴液体由开口15进入到空心圆柱体11中。优选地，空心圆柱体11可以螺纹连接到共同旋转的中空轴19上。其优点在于不用特殊的工具就可以将空心圆柱体11安装和拆卸。空心圆柱体11的直径为10-25毫米。
具有圆孔型喷嘴18的圆筒外壳16的表面在轴向上的延伸长度为20-120毫米。
空心圆柱体11的圆筒外壳16内的每一个圆孔型喷嘴18的孔径为0.05-1毫米，优选0.1-0.4毫米。空心圆柱体11的外壳16内的圆孔型喷嘴18的长度/孔径比为1-50，优选2-10。
利用空心圆柱体11的上述结构，通过适当选择要雾化的液体的粘度、要雾化的液体的流量和空心圆柱体11的转速和直径，就可以产生薄层丝状破碎而得到窄的液滴尺寸分布。喷雾过程中平均的液滴尺寸为50-500微米，优选100-350微米。
根据本发明设备的第二个实施例根据本发明设备的实施方案具有上述图1的基本结构，不同的是根据图1-3所述的空心圆柱体11由根据图5-9所示的元件来代替。该元件含有用于接收要雾化的液体的可旋转的空心圆柱体21以及随着空心圆柱体21旋转的进料管31，通过该进料管要雾化的液体可以进入到空心圆柱体21中。
从图5可以明显看出，空心圆柱体21的下端用板23封闭，上端具有开口25。从图6和7可以详细地看出，空心圆柱体21的外壳26有许多用于引入要雾化的液体的圆孔型喷嘴28。
空心圆柱体21的上端可拆卸地连接到共同旋转的中空轴19上，通过中空轴液体由开口25进入到空心圆柱体21中。优选地，空心圆柱体21可以螺纹安装到共同旋转的中空轴19上。这样的优点在于不用特殊的工具就能将空心圆柱体21安装和拆卸。空心圆柱体21的直径为10-60毫米，优选20-40毫米。
具有圆孔型喷嘴28的圆筒外壳26的表面在轴向上的延伸长度为120-400毫米，优选120-250毫米。
空心圆柱体21的外壳26内的每一个圆孔型喷嘴28的孔径为0.05-1毫米，优选0.1-0.4毫米。空心圆柱体21的外壳26内的每一个圆孔型喷嘴28的长度/孔径比为1-50，优选2-10。
进料管31位于空心圆柱体21内，从而进料管31的纵向轴34与空心圆柱体21的旋转轴27相吻合。
进料管31的入口32连接到空心圆柱体21的开口25上，从而连接到要雾化的液体源上。
进料管31的出口33位于空心圆柱体21内，其末端位于空心圆柱体的底板附近。
进料管31的出口33直接朝向圆筒外壳26的内侧，该出口33和圆柱体底板23的内侧之间的距离远远小于该出口33和空心圆柱体21的开口25之间的距离。
进料管31的出口33和圆柱体底板23的内侧之间的距离优选为1-20毫米。
除了上述的开口33以外，在优选的实施方案中进料管31的圆柱形侧壁35具有几个开口，所有的这些开口沿轴向位于入口32和出口33之间。
根据本发明，利用本发明的设备进行的方法的实施例例如，根据本发明的设备，尤其可以实施下面的方法1)-5)，将空心圆柱体11或21的外壳内的所有圆孔型喷嘴完全充满液体，调节通过空心圆柱体的液体流量，从而使得液体流经圆孔型喷嘴的流速为0.1-2.0m/s，优选0.3-1.0m/s。
1)一种用于雾化液体的方法，其中利用上述设备的一种来雾化液体。
2)一种用于喷雾冷却液体的方法，其中利用上述设备的一种来雾化液体，空心圆柱体11或21位于气体流中，例如，位于温度为5-50℃的空气流中。其它的气体，例如，氮气也可以代替空气。
3)一种用于喷雾冷却液体的方法，其中利用上述设备的一种来雾化液体，喷雾在间接调节的、室温为5-50℃的室内进行。
4)一种用于液体喷雾干燥的方法，其中利用上述设备的一种来雾化液体，空心圆柱体11或21位于气体温度为140-300℃的气体流中。
5)一种用于液体喷雾干燥的方法，其中利用上述设备的一种来雾化液体，喷雾在间接调节的、室温为140-300℃的室内进行。
根据图11，表示的是利用上述本发明的设备得到的用体积分布表示的窄的粒度分布。
工艺流程实施例利用上述本发明的设备实施的雾化过程可以用于大规模地从溶液、分散体(优选乳浊液)和熔融物中生产粉末。
图10简要表示该工艺流程所需设备的结构的例子。该结构包括储存容器41、进料泵42、过滤器43、温度-调节的进料管44、喷雾容器45、喷雾元件46、产物排出管47和所需的诸如硅酸。淀粉、冷/热空气或其它的添加剂之类的添加剂的任选的供应管48。
过滤器43的筛孔尺寸可作为圆孔型喷嘴18或28的孔径的函数而选择。例如筛孔尺寸为50-1000微米的过滤器43适合于0.05-1毫米的孔径。筛孔尺寸为100-400微米的过滤器43适合于0.1-0.4毫米的孔径。
工艺流程实施例明胶基质中活性物质粉末的生产在60℃下，含水的活性物质(例如，维生素E)乳浊液贮藏在储存容器41中。
干物质的含量约为45-50％的乳浊液由进料泵42通过具有100-300微米的典型筛孔尺寸的过滤器43进入到喷雾元件46中。
喷雾容器45中的乳浊液由所述的喷雾元件46所雾化。喷雾容器45内的环境温度为20℃。所需的添加剂8同时注入到喷雾容器45中。
利用喷雾元件46进行喷雾，其具有下面的特征圆孔直径DB＝0.3毫米，
圆孔型喷嘴的数目＝1000圆筒壁厚s＝1毫米空心圆柱体的直径DC＝25毫米喷嘴转速n＝7000转/分钟乳浊液流量150千克/小时在喷雾容器45的出口47得到平均粒度为200-250微米的粉末。
尽管本发明具有特定细节的优选工艺流程实施例描述在前面的说明书中，但是可以明显看出这样的描述只是举例说明，在没有偏离所附的权利要求所定义的本发明的主旨的情况下，可以进行工艺流程实施例的改变和修改。
参考列表11空心圆柱体12旋转驱动器13底板15开口16外壳17旋转轴18圆孔型喷嘴19中空轴
21空心圆柱体23底板25开口26外壳27旋转轴28圆孔型喷嘴
31进料管32入口33出口34纵向轴35侧壁36底板41储存容器42进料泵43过滤器44进料管45喷雾容器46喷雾元件47产物排出管48添加剂供应管
权利要求
1.一种雾化液体的设备，该设备包括-用于接收要雾化的液体的可旋转的空心圆柱体(11)，和-用于空心圆柱体(11)旋转的驱动器(12)，空心圆柱体的下端用底板(13)封闭，上端有开口(15)，外壳(16)具有许多用于引入要雾化的液体的圆孔型喷嘴(18)，其中(a)空心圆柱体(11)的直径为10-25毫米，和(b)具有圆孔型喷嘴(18)的圆筒外壳(16)的表面沿轴向延伸长度为20-120毫米。
2.根据权利要求1的设备，其中空心圆柱体(11)的上端可拆卸地连接到共同旋转的中空轴(19)上，通过该中空轴液体由开口(15)进入到空心圆柱体(11)中。
3.根据权利要求2的设备，其中空心圆柱体(11)螺纹安装到共同旋转的中空轴(19)上。
4.根据权利要求1的设备，其中空心圆柱体(11)的外壳(16)内的每一个圆孔型喷嘴(18)的孔径为0.05-1毫米。
5.根据权利要求4的设备，其中要雾化的液体通过过滤器(43)进入空心圆柱体(11)内，过滤器允许颗粒尺寸小于预定值的粒子通过，该预定值的范围为50-1000毫米。
6.根据权利要求1的设备，其中空心圆柱体(11)的外壳(16)内的每一个圆孔型喷嘴(18)的孔径为0.1-0.4毫米。
7.根据权利要求6的设备，其中要雾化的液体通过过滤器(43)进入空心圆柱体(11)内，过滤器允许颗粒尺寸小于预定值的粒子通过，该预定值的范围为100-400毫米。
8.根据权利要求1的设备，其中空心圆柱体(11)的外壳(16)内的每一个圆孔型喷嘴(18)的长度/孔径比为1-50。
9.根据权利要求1的设备，其中空心圆柱体(11)的外壳(16)内的每一个圆孔型喷嘴(18)的长度/孔径比为2-10。
10.根据权利要求1的设备，其中用于驱动空心圆柱体(11)旋转的驱动器(12)的转速为2000-20000转/分钟。
11.根据权利要求1的设备，其中用于驱动空心圆柱体(11)旋转的驱动器(12)的转速为3000-10000转/分钟。
12.一种雾化液体的设备，该设备包括-用于接收要雾化的液体的可旋转的空心圆柱体(21)，和-用于驱动空心圆柱体(21)旋转的驱动器(12)，空心圆柱体(21)的下端用底板(23)封闭，上端有开口(25)，外壳(26)具有许多用于引入要雾化的液体的圆孔型喷嘴(28)，并且该设备还包括可随着空心圆柱体(21)旋转的进料管(31)，要雾化的液体由进料管进入空心圆柱体(21)内，进料管(31)的入口(32)位于空心圆柱体(21)的开口(25)上，从而与要雾化的液体源连接，进料管(31)的出口(33)连接到空心圆柱体(21)的内部，并且空心圆柱体的底板位于其末端附近，进料管(31)位于空心圆柱体(21)内，从而进料管(31)的纵向轴(34)与空心圆柱体(21)的旋转轴(27)相吻合，进料管(31)沿着空心圆柱体(21)的旋转轴(27)延伸，并且其出口(33)直接进入圆筒壁(26)的内侧，该出口与圆筒底板(23)的内侧之间的距离远远小于该出口(33)与空心圆柱体(21)的开口(25)之间的距离。
13.根据权利要求12的设备，其中进料管(31)的出口(33)与圆筒底板(23)的内侧之间的距离为1-20毫米。
14.根据权利要求12的设备，其中进料管(31)的壁(35)除了上面提到的出口(33)外，还有几个开口，所有的这些开口沿轴向位于入口(32)和出口(33)之间。
15.根据权利要求12的设备，其中(a)空心圆柱体(21)的直径为10-60毫米，和(b)具有圆孔型喷嘴(28)的圆筒外壳(26)的表面轴向延伸长度为120-400毫米。
16.根据权利要求12的设备，其中(a)空心圆柱体(21)的直径为20-40毫米，和(b)具有圆孔型喷嘴(28)的圆筒外壳(26)的表面沿轴向延伸长度为120-250毫米。
17.根据权利要求12的设备。其中空心圆柱体(21)的上端可拆卸地连接到共同旋转的中空轴(19)上，通过中空轴液体由开口(25)进入到空心圆柱体(21)中。
18.根据权利要求13的设备，其中空心圆柱体(21)螺纹安装到共同旋转的中空轴(19)上。
19.根据权利要求12的设备，其中空心圆柱体(21)的圆筒外壳(26)内的每一个圆孔型喷嘴(28)的孔径为0.05-1毫米。
20.根据权利要求19的设备，其中要雾化的液体通过过滤器(43)进入空心圆柱体(21)内，过滤器允许颗粒尺寸小于预定值的粒子通过，该预定值的范围为50-1000毫米。
21.根据权利要求12的设备，其中空心圆柱体(21)的圆筒外壳(26)内的每一个圆孔型喷嘴(28)的孔径为0.1-0.4毫米。
22.根据权利要求21的设备，其中要雾化的液体通过过滤器(43)进入空心圆柱体(21)内，过滤器允许颗粒尺寸小于预定值的粒子通过，该预定值的范围为100-400毫米。
23.根据权利要求12的设备，其中空心圆柱体(21)的圆筒外壳(26)内的每一个圆孔型喷嘴(28)的长度/孔径比为1-50。
24.根据权利要求12的设备，其中空心圆柱体(21)的圆筒外壳(26)内的每一个圆孔型喷嘴(28)的长度/孔径比为2-10。
25.根据权利要求12的设备，其中用于驱动空心圆柱体(21)旋转的驱动器(12)的转速为2000-20000转/分钟。
26.根据权利要求12的设备，其中用于驱动空心圆柱体(21)旋转的驱动器(12)的转速为3000-10000转/分钟。
27.根据权利要求1-26任何一项的设备，其中通过适当选择要雾化的液体的粘度、空心圆柱体(11，21)的旋转速度和直径，可以由液滴分散产生薄层丝状破碎而得到窄的液滴尺寸分布，在喷雾过程中平均的液滴尺寸为100-350微米。
28.一种喷雾冷却液体的方法，其中利用权利要求1-12任何一项或权利要求13-29任何一项的设备来雾化液体，并且空心圆柱体(11，21)位于气体温度为5-50℃的气体流中。
29.一种喷雾冷却液体的方法，其中利用权利要求1-12任何一项或权利要求13-29任何一项的设备来雾化液体，并且喷雾是在间接调节的、室温为5-50℃的室内进行。
30.一种喷雾干燥液体的方法，其中利用权利要求1-12任何一项或权利要求13-29任何一项的设备来雾化液体，并且空心圆柱体(11，21)位于气体温度为140-300℃的气体流中。
31.一种喷雾干燥液体的方法，其中利用权利要求1-12任何一项或权利要求13-29任何一项的设备来要雾化的液体，并且喷雾是在间接调节的、室温为140-300℃的室内进行。
32.根据权利要求28-31任何一项的方法，其中将液体引入的压为为0.3-5巴。
33.根据权利要求28-32任何一项的方法，其中通过适当选择要雾化的液体的粘度、要雾化的液体的流量、空心圆柱体(11，21)的旋转速度、空心圆柱体(11，21)和环状喷嘴(18，28)的直径，可以由液滴分散产生薄层丝状破碎而得到窄的液滴尺寸分布，在喷雾过程中平均的液滴尺寸为50-500微米。
34.根据权利要求28-32任何一项的方法，其中通过适当选择要雾化的液体的粘度、要雾化的液体的流量、空心圆柱体(11，21)的旋转速度、空心圆柱体(11，21)和环状喷嘴(18，28)的直径，可以由液滴分散产生薄层丝状破碎而得到窄的液滴尺寸分布，在喷雾过程中平均的液滴尺寸为100-350微米。
35.根据权利要求28-34任何一项的方法，其中调节通过空心圆柱体(11，21)的液体流量来使得液体流经圆孔型喷嘴(18，28)的流速为0.1-2.0m/s，优选0.3-1.0m/s。
36.根据权利要求1-27任何一项的设备在从溶液、分散体、乳浊液或熔融物中生产粉末的用途。
37.以上所述的发明，尤其在于实施例和附图。
全文摘要
本发明提供了一种雾化液体的设备,该设备包括用于接收要雾化的液体的空心圆柱体和用于驱动空心圆柱体旋转的驱动器。圆筒外壳具有许多圆孔型喷嘴。圆筒的下端封闭,上端有用于要雾化的液体的传送的开口和任选的要雾化的液体的进料管,所述进料管随着圆筒旋转,其纵向轴与圆筒的旋转轴相吻合,末端直接靠近圆筒的底板。
文档编号B05B3/02GK1345634SQ0113798
公开日2002年4月24日 申请日期2001年9月5日 优先权日2000年9月5日
发明者M·诺沃特尼, G·谢尔 申请人:罗切维他命股份公司