专利名称：循环式分散系统及其方法
技术领域：
本发明涉及ー种用于通过循环混合物-例如浆体混合物和液体混合物-来
分散该混合物中的物质的系统和方法。
背景技术：
用于分批式分散的设备或用于连续地分散的设备已经被使用于分散液体中的固体，例如浆体或液体和固体的混合物。然而，通过用于分批式分散的设备，原料可能不会均衡地经过生成用于分散的剪切力的区域。因此，部分原料可积聚在容器中的特定位置处。这导致总体上要用更长的时间以获得均匀分散的料。通过用于连续地分散的设备，可能会获得未充分分散的料，这是由于原料仅仅一次经过生成用于分散的剪切力的区域。为了解决这些问题，已知这样ー种系统，其包括用于供应混合物至用于连续分散 的设备的罐、用于接收已经被用于连续分散的设备分散的混合物的罐、以及用于交替地改变用于供应的罐和用于接收的罐的多个路径(參见日本专利特开No. 2009-51831)。然而，改变用于罐的路径是麻烦的。因此提出了ー种包括用于连续分散的设备的循环式分散系统。然而，如果该用于连续分散的设备的入口和出口仅仅通过管道连接，则仅仅能处理非常少量的混合物。因而，可沿着管道设置贮存罐以増加要处理的混合物的数量(參见日本专利特开 No. 2004-267991)ο在该系统中，ー些混合物可在短时间内经过贮存罐而ー些混合物可在流出贮存罐之前在其中停留长的时间。因此，并不是所有的混合物都通过该用于连续分散的设备而处理至相同的程度。因此，需要长的时间以获得均匀处理的混合物。这已经是ー个问题。本发明的目标是提供一种用于通过循环原料而均匀地并有效地分散大量的原料的系统和方法。通过该系统或方法，能够在短时间内获得处理过的混合物。
发明内容
本发明的循环式分散系统为ー种用于借助循环来分散例如浆体或液体的混合物的系统，其包括用于分散混合物的设备；连接至设备的出口的第一罐；连接至设备的入口的第二罐；连接设备、第一罐以及第ニ罐从而成为串联的且形成为环的管道；以及设置在管道上、位于第一罐和第二罐之间、用于调节第一罐和第二罐中的混合物的料位的调节阀。当调节阀关闭时，已经通过连续分散用设备处理过的混合物积聚在第一罐中，并且第二罐中的混合物被供应至连续分散用设备。当第二罐中的混合物的料位到达下限吋，调节阀被打开以将第一罐中的混合物供应至第二罐。本发明的通过循环的分散方法为ー种用于借助循环来分散例如浆体或液体的混合物的方法，其包括以下步骤通过连续分散用设备分散混合物；通过管道循环混合物，该管道串联地连接连续分散用设备、设置于连续分散用设备的出口侧的第一罐、以及设置于连续分散用设备的入口侧的第二罐；通过关闭设置在第ー罐和第二罐之间的调节阀，将已经被连续分散用设备处理过的混合物积聚在第一罐中，并将第二罐中的混合物提供至连续分散用设备；以及当第二罐中的混合物的料位到达下限时，将第一罐中的混合物供应至第二罐。通过本发明，大量的原料能够重复地并均匀地被分散。它能够有效地被分散。获得均质地处理过的混合物所需的时间能够被缩短。2010年4月8日提交的基础日本专利申请No. 2010-089692在此通过参引而全部合并在本申请中。通过以下给出的详细说明，将更全面地理解本发明。然而，该详细说明以及具体的实施方式仅仅是本发明的期望实施方式的示范，并且因此仅出于解释目的而给出。对于本领域的普通技术人员，基于该详细说明，多种可能的变化和修改将变得明显。本申请并不旨在向公众贡献任何公开的实施方式。因此，在公开的变化和修改中，那些可能没有从字面上落入本发明的权利要求的范围的内容，从等同原则的意义上组成了本发明的一部分。 说明书及权利要求中的未说明数量的名词应理解为覆盖单数和复数两种情况，除非文中另外说明或者与上下文明显相抵触。任何以及所有例子的使用或者是文中所提供的示例性语言(例如“例如”)仅旨在更好地示范本发明，并且因此而不限制本发明的范围，除
非另有声明。
图I为示出本发明的循环式分散系统的示意图。图2示出该循环式分散系统的一种功能和操作。图2 (a)示出了当第二传感器检 测到第二罐中的混合物的料位到达下限时调节阀被打开。图2 (b)示出了当第一传感器检测到第一罐中的混合物的料位到达下限时调节阀被关闭。图3示出该循环式分散系统的变型，其中在第一罐和第二罐之间设置泵以增加混合物从第一罐至第二罐的流量。图4示出组成该循环式分散系统的用于连续分散的设备的例子。其示出两个彼此配合的转子的示意性截面图。图5为组成该循环式分散系统的用于连续分散的设备的主要部分的示意性截面图。图6为示出组成该循环式分散系统的用于连续分散的设备处的流动速率的分布的示意图。其还示出了用于比较例子的设备的流动速率的分布。图7示出组成该循环式分散系统的用于连续分散的设备的变型，其中缓冲区段的容积增大。
具体实施例方式下面，将参照附图描述本发明的循环式分散系统I。下文中将描述的循环式分散系统I为分散浆体混合物2 (也称作“固-液分散体”或“浆体”)的循环式分散系统。然而，本发明不限制于该分散系统。它在分散液体混合物(也称作“液-液分散体”或“乳化体”)的分散系统中是同等有效的。术语“分散”指的是分散混合物，即，将混合物混合以使得所有物质均匀地存在。如图I所示，循环式分散系统I包括用于分散混合物2的连续分散用设备3、连接至连续分散用设备3的出口 3a的第一罐4、连接至连续分散用设备3的入口 3b的第二罐5、管道6以及调节阀7，管道6相继地且呈环状地连接连续分散用设备3、第一罐4和第二罐5，调节阀7布置在第一罐4和第二罐5之间。第一罐4位于比第二罐5的水平高度高的水平高度处。然而，如果设置泵29 (将在后文中描述)，则它们的水平高度的这种关系可改变。在该循环式分散系统I中，通过关闭调节阀7，已经被连续分散用设备3处理过的混合物在第一罐4中积聚并且第二罐5中的混合物被供应到连续分散用设备3。当第二罐5中的混合物的料位到达下限，调节阀7被打开以供应第一罐4中的混合物至第二罐5。该循环式分散系统I包括布置 于第一罐4的第一传感器8以及布置于第二罐5的第二传感器9。第一传感器8检测第一罐4中的混合物的料位是否到达下限。第二传感器9检测第二罐5中的混合物的料位是否到达下限。该循环式分散系统I还包括用于基于第一传感器8和第二传感器9的检测到的料位控制调节阀7的控制器10。如图2 (a)所示，当第二传感器9检测到料位位于下限时，控制器10使得调节阀7打开。如图2 (b)所示，当第一传感器8检测到料位位于下限时，控制器10使得调节阀7关闭。在该循环式分散系统I中，通过第一罐4的出口和第二罐5的入口之间的管道6的流量被设计为比通过第二罐5的出口和连续分散用设备3的入口 3b之间的管道6的流量大。该设计能够通过例如使第一罐4的出口和第二罐6的入口之间的管道6更大而实现。替代性地，可通过在位于第一罐4的出口和第二罐6的入口之间的管道6上设置泵29来实现该设计。该循环式分散系统I还包括用于分别地搅拌第一和第二罐4、5中的混合物的搅拌器11、12、以及用于对第一和第二罐4、5的内部进行减压的泵(真空泵)13。它包括用于经由连续分散用设备3从第二罐5供应混合物至第一罐4的泵14。它包括用于贮存添加物15的漏斗16和用于从漏斗16进给该添加物至在该管道6中循环的原料的进料器17。进料器17装配有用于推动添加物的机构18。该循环式分散系统I还装配有用于在完成分散处理后将处理过的混合物排出的阀19、20以及当混合物被排出时使用的阀21。在该循环式分散系统I中，在操作期间排出阀19、20是关闭的而阀21是打开的。该循环式分散系统I包括例如用于供应原料至第一罐4的管道22、以及用于供应原料的阀23。在此，在添加物15被添加到其之前的料被称作原料。在阀23的上游侧，设置了用于供应原料等的罐。它们没有在附图中示出。如后文中将描述的，用于供应原料或添加物的位置不限制于在这些位置。如上所述,循环式分散系统I为有效地执行重复的分散的系统(“循环及分散设备”)。该系统I通过在连续分散用设备3的原料(混合物)的出口和入口之间安装管道6而利用该循环。它还利用用于贮存和排出设置在管道6上的两个罐(第一罐4和第二罐5)中的原料的控制。如图I所示，第一罐4和第二罐5经由调节阀7串联地连接。第一和第二罐4、5贮存混合物(已最初通过用于供应原料的管道22供应)。首先循环通过第一和第二罐4和5、连续分散用设备3以及管道6的流体为原料。在通过连续分散用设备3执行每个处理之后，它变成添加物15在其中被分散的混合物。最后它变成处理过的混合物。这里在说明中，最早的“原料”和处理中的“混合物”统称为“混合物”。从第二罐5流出的混合物流动通过泵14和阀21而进入连续分散用设备3。在从第二罐5至连续分散用设备3的路径上，贮存在漏斗16中的添加物15 (以液体或微粒的形式)通过进料器17被添加到循环的混合物(原料)。已经被连续分散用设备3分散的混合物被贮存在第一罐4中。第一和第二罐4、5中的混合物分别通过搅拌器11、12搅拌，以防止混合物的偏析。后文中将参照图4至7详细地描述将用于该循环式分散系统I的连续分散用设备的示例性连续分散用设备3。然而，连续分散用设备不限制于其。根据将要处理的料以及预期的分散程度，能够使用和选择被称作均质器、或沙石研磨器、或玻珠碾磨机、或胶体碾磨机、或双轴捏合机等的机器。对于用于添加物15的进料器17，能够使用螺旋进料器、旋转进料器、柱塞进料器等。料位传感器(第一传感器8)设置于第一罐4。另一料位传感器(第二传感器9)设置于第二罐5。两个传感器都检测在相应的罐中贮存的混合物的下限。下限为混合物能够被循环而不会停止流动的最小料位。它们基于通过泵14或连续分散用设备3确定的混合物流量(或流动速率)而设定。真空泵(泵13)连接至第一和第二罐4、5以在负压力下去除混合物的泡沫。在操作期间，调节阀7被打开和关闭以调节流量。通常，阀21打开而阀19、20关 闭。在处理完成之后，阀21关闭而阀19、20打开。因此，处理过的混合物通过阀19排出和收集。余留在连续分散用设备3和管道6中的混合物通过打开的阀20排出和收集。用于排出和收集混合物的阀可设置在任何位置处，例如，在任何罐处或在管道中的任何位置处。接着，将讨论通过使用上文中讨论的循环式分散系统I的循环式分散方法(分散过程)。在初始状态中，泵14和搅拌器11、12停止并且所有的阀(调节阀7和阀19、20、21)关闭。在第一步骤，已经称重的介质(液体料)从用于供应原料的管道22供应至第一罐4中。接着搅拌器11被启动。将要供应的料的体积被构想为与第一罐4的最大容积相等。然而，将要供应的料的体积不限制于此。在第二步骤，调节阀7打开以将第一罐4中的混合物供应至第二罐5直至第一传感器8检测到第一罐4中的混合物的料位已经到达最小料位。当所有的混合物已经供应，起动操作完成。接着搅拌器12被启动。在第三步骤，调节阀7关闭而阀21打开。连续分散用设备3和泵14被启动。现在，连续分散用设备3和泵14的内部被构想为填充有液体料。然而，如果允许连续分散设备3和泵14空转，它们可不被填充。因此，贮存在第二罐5中的混合物流动通过泵14、阀21和连续分散用设备3，并返回到第一罐4。因为调节阀7是关闭的，返回的混合物积聚在第一罐4中。在那里，它被搅拌器11持续地搅拌以防止混合物的偏析。该操作一直继续，直到第二罐5中的混合物的料位到达下限。在第四步骤，当第二传感器(料位传感器)9检测到第二罐5中的混合物的料位已经到达下限，则调节阀7被打开，以将已经在第一罐4中积聚的混合物供应至第二罐5。第一和第二罐4、5中的混合物持续地被搅拌器11、12搅拌以防止混合物的偏析。在第五步骤，当第一传感器(料位传感器)8检测到第一罐4中的混合物的料位已经到达下限，则调节阀7被关闭。接着，操作返回到第四步骤。在第四和第五步骤期间，已经被连续分散用设备3处理过的混合物以恒定的速率供应至第一罐4，该第一罐连接至连续分散用设备3的出口。混合物(处于初始状态的原料)以恒定的速率从第二罐5中供应至连续分散用设备3，该第二罐5连接至连续分散用设备3的入口。当在通常的操作期间第四步骤和第五步骤被重复时，将被分散的添加物15通过进料器17添加至正在循环的混合物。因此，能够均质地分散大量的混合物。将要供应的添加物15的量——即Qa (kg/s)，可根据混合物的特性而选择。在通过使用循环式分散系统I的循环式分散方法中，使用了以下的方程(1)_(3)。Vl-Vl' =V2’ +Vp，优选地 Vl-Vl’ >V2’ +Vp，更优选地 Vl-Vl’ >>V2’ +Vp (I)V2 ^ Vl(2)Q’ >Q,优选地 Q’ Q(3)其中Vl :第一罐4的最大贮存体积(m3)，VI’ 第一罐4的最小贮存体积(m3)，V2 第二罐5的最大贮存体积(m3)，V2’ 第二罐5的最小贮存体积(m3)，Vp :包括连续分散用设备3、泵14等的管道中的混合物的体积(m3)，Q :管道6中的混合物的流量(kg/s)，以及Q’ 经过位于第一罐4和第二罐5之间的调节阀7的混合物的流量(kg/s)。
如果(Vl-Vl’)和(V2’ +Vp)之间的差小，该循环式分散系统I将几乎与连续分散用设备3的出口和进ロ将仅仅通过管道连接的分散系统相同。因此，该系统不能够处理大量的混合物。虽然能够建造在(V1-V1’)和(V2’ +Vp)之间具有小的差的系统，但有利效果——即通过设置第一罐4和第二罐5而引起的处理大量的混合物——将降低。优选地，VI’和V2’的体积被最小化，只要它们不会对操作造成不利影响。如果VI’和V2’的体积为大的，混合物将倾向于在第一罐4和第二罐5中积聚而不从它们流出，从而劣化均匀地分散混合物的效率。当混合物从第一罐4通过打开调节阀7而供应至第二罐5，则控制搅拌器以使得它能够被停止，这允许混合物完全地从第一罐4排出(VI’ =0)。如果不需要搅拌第一罐4中的混合物、或者如果在空的第一罐4中搅拌器的操作不会引起麻烦，则第一罐中的混合物能够完全地从罐4排出。在这些情况中，由于余留在第一罐4中的混合物減少，所以均匀地分散混合物的效率增加。如果第二罐5的最小贮存体积V2’为零，管道中存在没有包含混合物的部分，从而中断连续分散用设备3或泵14中的混合物的流动。这可引起工作负荷的波动或者引起振动或噪音的问题。因此这是不期望的。添加物15能够在连续分散用设备中、罐和管道中的任何位置处被供应。可以有多个位置。替代性地，作为介质的液体料和添加物可在第一罐4中提前被混合。如上文所讨论的，通过使用该循环式分散系统I的循环式分散方法是这样的ー种用于循环和分散浆体或液体混合物的方法混合物通过连续分散用设备分散并通过管道循环，该管道串联地连接连续分散用设备、连接至连续分散用设备的出口的第一罐、和连接至连续分散用设备的入口的第二罐。该方法具有以下特征。被连续分散用设备3处理过的混合物通过关闭布置在第一罐4和第二罐5之间的调节阀7而在第一罐4中积聚。与此同吋，第二罐5中的混合物2被供应至连续分散用设备3。当第二罐5中的混合物2的料位到达下限，调节阀7被打开，以将第一罐4中的混合物2供应至第二罐5。通过这些特征，大量的混合物能够重复地被分散，因而成为均质的。大量的混合物能够被有效地分散。获得完全均质的混合物的时间能够被缩短。本发明的循环式分散系统I具有上文讨论过的连续分散用设备3、第一和第二罐4和5、管道6以及调节阀7。通过关闭调节阀7，已经被连续分散用设备3处理过的混合物2在第一罐4中积聚。与此同时，第二罐5中的混合物2被供应至连续分散用设备3。当第二罐5中的混合物2的料位到达下限，调节阀7被打开，以将第一罐4中的混合物2供应至第二罐5中。因此，大量的混合物能够重复地被分散，因而成为均质的。因此，大量的混合物能够被有效地分散。获得完全均质的混合物的时间能够被缩短。在用于循环式分散的方法和系统中，如上文所讨论的，调节阀7在分散操作中借助第一传感器8、第二传感器9和控制器10被控制。因此，能够实现自动化的并且非常有效的分散操作，以获得被均匀地处理的混合物。通过当第二传感器检测到料位处于下限时打开调节阀7、以及当第一传感器检测到料位处于下限时关闭调节阀7，可在罐中余留的并且不经受分散的、混合物的部分——这是传 统的只具有一个贮存罐的系统的问题——被消除。因此，能够实现有效的且均匀的处理。该处理时间能够缩短。接着，将参照图4至7详细讨论适用于上述循环式分散系统I和方法的连续分散用设备3。在图4等中的该连续分散用设备3为有效地分散多种液体或浆体(粉末状物质和液体的混合物)中的粉末状物质的连续分散用设备。连续分散用设备3通过合并借助剪切力在小的区域内分散的能力以及在大的区域内分散的能力而执行有效的分散。例如，如图4和5所示，连续分散用设备3具体包括彼此面对的第一转子101和第二转子102。混合物当在转子101、102之间传送至转子的外周时被分散。它包括用于在第一方向Rl上旋转第一转子101的第一装置108以及用于在第二方向R2上旋转第二转子102的第二装置109，第二方向与第一方向Rl相反。用于供应混合物的出口 120设置在第一转子101或第二转子102的旋转中心处。通过如上所述地构造该设备，第一转子101和第二转子102在相反的方向上旋转。因此，剪切能肯定地被施加至所有的混合物上。因此，连续分散用设备3有效地分散该混合物。例如，如图4所示，在连续分散用设备3中，通过第一转子101的平坦面121和第二转子102的平坦面131，在出口 120的外侧上形成空间103。在该空间103的外侧上形成缓冲区段106，第一和第二转子之间的在该缓冲区段106中的距离比在空间103中的距离大。在缓冲区段106的外侧上，外周上的侧面132形成于第二转子102上。外周上的侧面132使得第一转子101和第二转子102之间的距离比第一转子101和第二转子102之间的在缓冲区段106中的距离小。通过如上所讨论地构造设备3，该空间借助剪切力在小的区域内具有分散功能，并且缓冲区段在大的区域内具有分散功能。因此，连续分散用设备3有效地分散混合物。例如，如图4所示，在连续分散用设备3中，外周上的侧面132布置为平行于第一转子101的旋转的轴线108、或者倾斜于第一转子101的旋转中心。通过如上所讨论地构造设备3，由于外周上的侧面132布置为平行于第一转子101的旋转的轴线、或者倾斜于第一转子101的旋转中心，混合物不会流出缓冲区段106，除非混合物的体积大于缓冲区段106的容积。因此，混合物在该区段中积聚。因为来自空间103的额外的混合物以高的速度流向缓冲区段106中的积聚的混合物，并且有力地与它相混，该混合物在缓冲区段106中均匀地被分散。例如，如图7所示，在连续分散用设备3中，外周上的侧面132的末端形成为朝着旋转中心延伸的悬臂部162。通过如上所讨论地构造该设备，由于外周上的侧面132的末端形成为朝着旋转中心延伸的悬臂部162，混合物不会流出缓冲区段106，除非混合物的体积大于缓冲区段106的容积。因此，混合物在该区段中积聚。因为来自空间103的额外的混合物以高的速度流向缓冲区段106中的积聚的混合物，并且有力地与它相混，该混合物在缓冲区段中均匀地被分散。例如，如图4所示，在连续分散用设备103中，空间103定位成与用于供应混合物的出口 120相邻。通过如上所讨论地构造设备3，由第一个第二转子101、102的旋转引起的离心カ被施加到空间103中的混合物。因此，在混合物向外流动时，它的流动速率增加。此外，在它们的内侧上生成负压力。因此，额外的混合物通过出口 120被抽吸，用于供应混合物至空间103中。例如，如图4所示，在连续分散用设备3中，通过第一转子101的平坦表面123和第二转子102的平坦表面133，在缓冲区段106的外侧上形成第二空间104。第一转子101和第二转子102之间的在第二空间104中的距离与在空间103中的距离相等或比其小。第ニ缓冲区段107形成于第二空间104的外侧上。在第二缓冲区段107中第一和第二转子I、 2之间的距离比在第二空间104中的距离大。在第二缓冲区段107的外侧上，外周上的第ニ侧面124形成于第一转子101上。外周上的第二侧面124使得第一转子101和第二转子102之间的距离比第一转子101和第二转子102之间的在第二缓冲区段107中的距离小。通过如上所讨论地构造设备3，除了所述空间和缓冲区段，第二空间104借助剪切力在小的区域内具有分散功能。第二缓冲区段107在大的区域内具有分散功能。因此，连续分散用设备有效地且重复地分散混合物。例如，如图4所示，在连续分散用设备3中，通过使第一转子101形成凹ロ来形成缓冲区段106。外周上的侧面132形成于第二转子102上。通过使第二转子102形成凹ロ来形成第二缓冲区段107。外周上的第二侧面124形成于第一转子101上。通过如上所讨论地构造设备3，空间、缓冲区段、外周上的侧面、第二空间、第二缓冲区段和外周上的第二侧面都通过使第一转子101和第二转子102形成凹ロ以使得它们啮合来形成。因此，这便于制造这样的连续分散用设备其交替地并连续地执行借助剪切力的小区域中的分散以及接着执行大区域中的混合以弓I起混合物被均质化。接着，将參照图4至7，详细地讨论连续分散用设备3。在设备3中，布置有两个以高速度在相反的方向上旋转的转子。离心カ引起混合物经过由转子形成的狭窄空间。如图4所示，两个带有凹ロ /凸齿的转子101、02布置在相同的旋转轴上以在竖向方向上彼此面对。通过匹配相应的凹部和凸部，交替地形成狭窄空间103、104、105和宽阔空间106、107。如在此使用的，引起强的剪切力生成的狭窄空间103、104、105被称作生成剪切力用区段。引起混合物在大的区域内混合的宽阔空间106、107被称作缓冲区段。如图5所示，转子101、102分别连接至旋转中空轴108、109。旋转中空轴108、109通过轴承115被相应的用于轴承的壳116支撑。壳116刚性地被固定(在附图中未示出固定该壳的方法)。旋转轴108、109通过带、链或齿轮被相应的电动马达(未示出)驱动以在相反的方向R1、R2上旋转。顺时针的旋转被构想为从用于供应混合物的端ロ 112、114观察。轴的旋转速度根据混合物种类、目标分散程度等而任意地选择。供应至用于供应混合物的端ロ 112、114的混合物经过旋转中空轴的中空部分以通过用于供应该混合物出ロ 120在两个转子101、102之间传输，出口 120布置在转子101、102的旋转中心处。在该实施方式中，旋转中空轴109的用于供应混合物的出口被插塞110关闭以防止混合物往回流入又接着再次流出。在图4的连续分散用设备3中，每个转子101、102的外直径D为200mm，而高度hi、h2分别为55mm和15mm。生成剪切力用区段103、104、105的间隙可从0. 05mm至2mm调节，但不必要地需要为相同的。它们根据转子101、102的形状和尺寸以及预期的用途而任意地更改。例如，间隙以始于生成剪切力用区段103、生成剪切力用区段104以及生成剪切力用区段105的这样的顺序逐渐地减小。通过这样做，混合物中的成块的微粒依次地被分解为更细的微粒以被均匀地分散。缓冲区段106、107的外周上的侧面132、124的角度a、@分别为50度和70度。然而，它们不限制于这些值。根据转子101、102的形状和尺寸，它们被任意地选择为锐角或直角，即，倾斜于朝着旋转中心的方向(朝着旋转中空轴108、109的方向)、或者平行于旋转中空轴108、109。在连续分散用设备中，旋转的速度借助逆变器控制而在0至1720rpm之间调节。它们通过选择电动马达、滑轮、齿轮等而任意地更改。通过参照图4，现在将描述生成剪切力用区段103、104、105以及缓冲区段106、107的结构。上部转子101的面对下部转子102的表面形成在出口 120的外侧上，作为垂直于旋转的轴线的平坦表面121。在平坦表面121的外侧上，通过内周上的侧面122、平坦表面 123和外周上的侧面124，形成了凹口。平坦表面123平行于平坦表面121。外周上的侧面124延伸超出平坦表面121并朝着下部转子102侧延伸。在它的末端，形成也是平行于平坦表面121的平坦表面125。在下部转子102的面对上部转子101的表面上，形成平行于并面对平坦表面121的平坦表面131。平坦表面131延伸超出内周上的侧面122并朝着外周延伸。从平坦表面131朝着上部转子101形成外周上的侧面132。从外周上的侧面132的末端形成平坦表面133，其平行于平坦表面123。平坦表面133与内周上的侧面134和平坦表面135形成凹口，平坦表面135平行于并面对平坦表面125。侧面134位于侧面124的内侧上。通过这样布置具有上文讨论的表面的上部转子101、以及下部转子102，生成剪切力用区段103通过平坦表面121和平坦表面131形成。生成剪切力用区段104通过平坦表面123和平坦表面133形成。生成剪切力用区段105通过平坦表面125和平坦表面135形成。缓冲区段106形成为被侧面122、平坦表面123、侧面132和平坦表面131包围的区域。缓冲区段107形成为被侧面134、平坦表面123、侧面124和平坦表面135包围的区域。侧面124延伸超出平坦表面121并朝着下部转子102延伸以形成缓冲区段107。因此，缓冲区段107的容积变得更大，因而引起混合物通过在大的区域中分散而被均质化。虽然在上文讨论的实施方式中，外周上的侧面124延伸超出平坦表面121并朝着下部转子102延伸，侧面124可延伸为处于与平坦表面121的水平面相同的水平面。即，平坦表面121和平坦表面125可布置在相同的平面上。在这样的结构中，生成剪切力用的三个区段103、104、105以及两个缓冲区段106、107能够通过在上部转子101上形成一个凹口以及在下部转子102上形成一个突出部(被侧面132、平坦表面133和侧面134包围的部分)而形成。因此，这便于制造这样的连续分散用设备其交替地并连续地执行借助剪切力在小区域中的分散以及接着执行在大区域中的混合以引起混合物被均质化。此外，侧面124不需要延伸超过平坦表面121。虽然平坦表面121、123、125、131、133、135被描述为与旋转的轴线垂直并且彼此平行，但它们并非必需被如此布置。此外，用于形成生成剪切力用区段103、104、105的平坦表面并非必要地彼此平行。通过使区段103、104、105的间隙成为朝着外周是更窄的，原料中的结块微粒依次地分解为更细的微粒。缓冲区段106、107为用于积聚液体的区域。那些区域具有大的容积以便混合已经在区段103、104处、在小区域中经受分散的混合物。出于该目的，平坦表面131——形成缓冲区段106——的半径LI例如至少为面对平坦表面121以形成生成剪切力用区段103的、平坦表面的半径L2的一半，但通常等于或大于半径L2。缓冲区段106的高度(区段103处的空间的间隙的与侧面122的高度的总和)至少为区段103的空间的间隙的高度的三倍，但通常为五倍或者更多倍。在图4中，通过箭头指示混合物的流动。虽然为了简明，只画了一个箭头，但类似的流动在整个由转子101、102形成的区域上生成。另外，再次參照图5。当转子101、102旋转时，混合物通过扭转的接头111上的、用于供应混合物的端ロ 112供应，该接头连接至旋转中空轴108并装配有止动件以停止旋转(未示出)。混合物通过用于供应它的出口 120被供应至转子101、102之间的空间中。它在离心力的方向上流动而通过生成剪切力用区段103、通过缓冲区段106、通过生成剪切力用区段104、通过缓冲区段107并通过生成剪切力 用区段105，这些区段都通过转子101和转子102形成。它从用于排出该混合物的区段113排出。其位于转子的外周上。因为混合物借助离心カ在朝着外周的方向上流动，流动速率增加。用于供应混合物的出口 120处的压力成为负压力。因此，来自出口 120的混合物的流动増大。插塞110可从旋转中空轴109的出ロ移除以从用于供应混合物的端ロ 114供应其它混合物。因此，来自端ロ 114的混合物以及来自端ロ 112的混合物能够被混合。然而，在该情况中，转子和轴的中心轴线必须是水平的，或者必须安装用于混合物的泵，这是因为通常出ロ 120处的负压カ不是大到以至于它能够将混合物沿着旋转中空轴109的整个长度向闻处吸引。在连续分散用设备中，两个旋转轴被描述为被単独的电动马达驱动的。然而，如果驱动カ通过齿轮等被分开，它们可通过仅仅ー个电动马达驱动。这些电动马达、带、链、齿轮等组成用于旋转该旋转中空轴108、109的装置。參照图4，描述使用连续分散用设备3的用于分散混合物的过程(方法)。首先，当混合物经过生成剪切力用的第一区段103吋，经受强的剪切力。因此，执行乳化或分解结块的微粒。如果两个转子101、102以相同的速度旋转，则沿线A-A截取且在区段B处的混合物的速度的分布为如图6 (a)所示。不存在速度为零的部分。相比之下，在转子101、102中的ー个是静止、并且如果构想静止转子为下部转子102的传统系统中，则速度的分布为如图6 (b)所示。下部转子102的表面上的速度在旋转方向以及径向方向上为零，径向方向与离心カ的方向相同。因此，靠近下部转子102的表面的混合物未被充分地分散。在本发明的设备3中，即使是在两个转子101、102之间的中央位置——在该处在旋转的方向上的速度为零，在径向方向上的速度也并不为零，这是由于离心力引起的运动造成的。即，在与中央位置相邻的两侧上由离心カ引起的运动沿相同的向外方向。因此，中央位置处的混合物被由那些运动引起的剪切力(粘性性能)向外牵拉。由于不存在速度为零的部分，剪切力肯定地被施加至所有的混合物。因此获得有效的分散。详细地，两个转子之间的中央位置处的剪切カ是微弱的，如图6 (a)中沿线A-A截取的图所示。然而，与速度为零的静止转子不同，由于以高速度旋转，速度的波动是较大的。因此，剪切力不影响有效的分散。混合物在生成剪切力用区段被施加强的剪切力以使得在小的区域中执行乳化、或分解结块的微粒、或分散微粒。在从区段103排出之后，它流入第一缓冲区段106中。在缓冲区段106中，外周上的侧面132被形成为使转子101、102之间的距离更小。因此，流入缓冲区段106中的混合物在该处积聚而不会流出，除非混合物的体积超过缓冲区段106的容积。缓冲区段106中的混合物通过离心力被压靠在侧面132上。如图4所示，缓冲区段106的侧面132为倾斜的从而抵抗混合物的流动。因此，混合物必须以超过区段106的容积的量流入缓冲区段106中，以因而引起混合物流出区段106。已经流入缓冲区段106并在该处中积聚的混合物有力地与后来以高的速度从生成剪切力用区段103流入缓冲区段106的混合物相混。因此，已经在小的区域中被乳化或分散的混合物通过在大的区域中相混而被均质化。接着，混合物流动通过生成剪切力用第二区段104以及第二缓冲区段107以经受与在生成剪切力用第一区段103和第一缓冲区段106中类似的分散。它流动通过最后的区段即用于生成剪切力的第三区段105，以经受进一步的分散。为了通过连续分散用设备均匀地混合混合物，将要供应至设备的混合物中的微粒优选地被分解为比生成剪切力用区段处的最小间隙小的乳化体或结块的微粒。此外，混合 物在具有与最小的生成剪切力用区段的容积(容积=剪切力用区段的面积X间隙)至少相等的容积的单元中被均匀地混合。通过作为先前过程的预先混合来执行该处理。如果它们不被分解为经过生成剪切力用区段103处的间隙的乳化体或结块微粒，当混合物在区段103的空间中流动时，大于间隙的液滴或结块微粒几乎不能够流入其中。因此，这可引起混合物被不均衡地分散或者流动路径被堵塞。这还可引起设备由于过度的剪切力而被损坏。在与最小的生成剪切力用区段的容积相等的容积的单位中被均匀地混合，意味着当预先混合的混合物的具有与最小的生成剪切力用区段的容积相等的体积的部分被从混合物中取出时，在每个部分中多种混合物的含量是恒定的。这不与用于乳化或分解结块的微粒的任何条件有关。例如，在图4中，最小的生成剪切力用区段为区段103内的空间。当间隙为0. Imm时，容积约为0. 3ml。然而，如果本发明的连续分散用设备被用于预先混合，并非必要地遵从上述要求中的一些。缓冲区段106、107的构造不限制于在图4中示出为外周上的侧面132、124的倾斜的区段。如图7所示，朝着旋转中心(向旋转中空轴108、109)延伸的悬臂部162、154可形成于外周上的侧面106、107的末端处，以增加缓冲区段106、107的容积。由于面对上部转子141的平坦表面123的、悬臂部162的平坦表面163为生成剪切力用区段104的一部分，该区段104在径向方向上被扩大。因此，执行在小区域中的更大的分散。类似地，面对下部转子142的平坦表面135的平坦表面155引起生成剪切力用区段105被扩大。因此，执行在小区域中的更大的分散。生成剪切力用区段的数量以及缓冲区段的数量分别规定为三和二。然而，数量并不限制于这些，并且可根据将要处理的混合物以及目标分散程度而调节。上文讨论的连续分散用设备3通过有效地施加剪切能至所有的混合物而有效地分散该混合物。该设备包括彼此面对的第一转子和第二转子。混合物在这两个转子之间传送至转子的外周时被分散。它包括用于在第一方向上旋转第一转子的第一装置，以及用于在与第一方向相反的第二方向上旋转第二转子的第二装置。用于供应混合物的出口设置在第一转子的旋转中心处。通过第一转子的平坦表面和第二转子的平坦表面在用于供应混合物的出口的外侧上形成空间。缓冲区段形成于该空间的外侧上，第一和第二转子之间的在该缓冲区段中的距离大于在该空间中的距离。外周上的侧面在缓冲区域的外侧上形成于第一转子或第二转子上或者两者上。外周上的侧面引起第一和第二转子之间的距离小于在缓冲区域中的距离。因此，在借助剪切力在小的区域中分散混合物的功能生成之后，在大的区域中混合混合物以弓丨起该混合物被均质化的功能被生成。这些功能被结合以有效地分散混合物。如上所讨论的，參照图4至7所描述的连续分散用设备3被适当地使用于上文讨论的循环式分散系统I。连续分散用设备3通过自身有效地分散混合物。此外，由于已经流入连续分散用设备3的混合物被分散并依次地流出设备3，该连续分散用设备3适于与该循环式分散系统I 一起运作。換言之，因为以下的原因，包括连续分散用设备3的分散系统I能够重复地并均匀地分散大量的混合物。连续分散用设备3具有贮存或积聚混合物的部分。如果正在被分散的混合物积聚在那里，将对混合物的均匀分散造成不利影响。然而，该连续分散用设备3包括生成剪切力用区段103、104和缓冲区段106、107，在生成剪切力用区段103、104中执行在小区域中的分散，而在缓冲区段106、107中已经在区段103、104处 在小区域中分散的混合物积聚以被混合。即，没有使混合物停留不必要地长的时间的部分。因此，大量的混合物能够被有效地分散。获得完全均质的混合物的时间能够被缩短。
权利要求
1.一种用于使浆体或液体混合物循环和分散的循环式分散系统，包括用于分散所述混合物的设备；第一罐，所述第一罐连接至所述设备的出口；第二罐，所述第二罐连接至所述设备的入口 ；管道，所述管道串联地且以形成为环的方式连接所述设备、所述第一罐和所述第二te ；调节阀，所述调节阀在所述第一罐与所述第二罐之间设置在所述管道上，用于调节所述第一罐和所述第二罐中的混合物的料位；其中，通过关闭所述调节阀，已经由所述设备处理的混合物积聚在所述第一罐中，并且所述第二罐中的混合物被供应至所述设备，并且，当所述第二罐中的混合物的料位到达下限时，所述调节阀被打开以将所述第一罐中的混合物供应至所述第二罐。
2.根据权利要求I所述的循环式分散系统，其中，所述第一罐装配有第一传感器，所述第一传感器用于检测所述第一罐中的混合物的料位是否到达下限，并且所述第二罐装配有第二传感器，所述第二传感器用于检测所述第二罐中的混合物的料位是否到达下限；并且，所述循环式分散系统还包括控制器，所述控制器用于基于由所述第一传感器和所述第二传感器检测到的料位来控制所述调节阀。
3.根据权利要求2所述的循环式分散系统，其中，当所述第二传感器检测到所述第二罐中的混合物的料位已经到达下限时，所述控制器使所述调节阀打开，并且，当所述第一传感器检测到所述第一罐中的混合物的料位已经到达下限时，所述控制器使所述调节阀关闭。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的循环式分散系统，其中，连接所述第一罐的出ロ和所述第二罐的入ロ的管道的尺寸大于连接所述第二罐的出口和所述设备的入ロ的管道的尺寸。
5.根据权利要求4所述的循环式分散系统，其中，在所述第一罐与所述第二罐之间、在所述管道上设置有泵。
6.一种用于使浆体或液体混合物循环和分散的循环式分散方法，包括通过连续分散用设备使所述混合物分散并通过管道使所述混合物循环，所述管道将所述连续分散用设备、连接至所述连续分散用设备的出口的第一罐和连接至所述连续分散用设备的入口的第二罐连接；其中，通过停止所述混合物从所述第一罐至所述第二罐的流动，已经由所述连续分散用设备处理的混合物在所述第一罐中积聚，并且所述第二罐中的混合物被供应至所述连续分散用设备，并且，当所述第二罐中的混合物的料位到达下限时，所述第一罐中的混合物被供应至所述第二罐。
7.根据权利要求6所述的循环式分散方法，还包括检测所述第一罐中的混合物的料位是否到达下限；检测所述第二罐中的混合物的料位是否到达下限，以及在调节所述混合物从所述第一罐至所述第二罐的流动的同时，使所述混合物分散和循环。
8.根据权利要求7所述的循环式分散方法，其中，当所述第二罐中的混合物的料位到达下限时，允许所述第一罐中的混合物流动至所述第二罐，并且，当所述第一罐中的混合物的料位到达下限时，停止所述混合物从所述第一罐至所述第二罐的流动。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的循环式分散方法，其中，当所述第一罐中的混合物被供应至所述第二罐时，所述混合物从所述第一罐至所述第二罐的流量大于所述混合物从所述第二罐至所述连续分散用设备的流量。
10.根据权利要求9所述的循环式分散方法，其中，所述混合物借助泵而从所述第一罐流动至所述第二罐。
全文摘要
本发明提供一种循环式分散系统(1)和方法，用于均匀、有效并且重复地分散大量的混合物，并因而在短时间内获得处理过的混合物。该用于循环和分散桨体或液体混合物的循环式分散系统(1)包括用于连续地分散混合物的设备(3)、连接至连续分散用设备(3)的出口的第一罐(4)、连接至连续分散用设备(3)的入口的第二罐(5)、串联地且以形成为环的方式连接连续分散用设备(3)、第一罐(4)和第二罐(5)的管道(6)以及在第一罐(4)和第二罐(5)之间设置在管道(6)上的用于调节第一罐和第二罐中的混合物的料位的调节阀(7)。
文档编号B01F15/00GK102834169SQ20108006605
公开日2012年12月19日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年4月8日
发明者小田木克明 申请人:新东工业株式会社