CN101277766B

CN101277766B - 碾磨系统

Info

Publication number: CN101277766B
Application number: CN2006800367635A
Authority: CN
Inventors: 布赖恩·苏莱曼; A·K·索利曼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-08-14
Also published as: WO2007020407A2; GB0516549D0; US7857247B2; US20080251617A1; WO2007020407A3; CA2623626C; CN101277766A; EP1940553A2; CA2623626A1

Abstract

为了获得可被竖直或水平或任意方便的角度布置的碾磨设备，以及为了获得更高程度的效率，本发明的碾磨设备包括径向对称的、具有上游入口及下游出口(反之亦然)的轴向通道的套筒，位于该套筒中的径向对称的转子，转子和套筒之一可相对于另一个旋转，在每个轴向位置处转子的直径小于套筒的直径，以在转子和套筒间限定出环形通道，转子(2)和套筒(9)的表面之一或两者都具有成形结构(4)，成形结构(4)适于增加与入口到出口的流体流动中的颗粒相遇的表面积。

Description

碾磨系统

技术领域

本发明涉及用于碾磨或粉碎颗粒材料的设备，具体的但非限定性的颗粒材料是液体悬浮液中的材料。本发明还涉及用于形成乳剂或精细划分不同液体混合物的设备。本发明还涉及用于材料活性处理的设备，例如聚合体或单体的活性混合，以产生精细划分的活性混合物，例如在纳米尺度。

背景技术

球磨机、珠磨机和胶体磨机都是公知的。这些一般包括具有光滑内表面的滚筒，在其中放置研磨介质。这些磨机可具有内部叶片，其具备带有各种形状和半径的刃口，允许研磨介质的高速运动。

发明内容

根据本发明，碾磨设备包括径向对称的、具有上游是入口及下游是出口(反之亦然)的轴向通道的套筒，位于该套筒中的径向对称的转子，转子和套筒之一可相对于另一个旋转在每个轴向位置处，转子的直径小于套筒的直径，以在转子和套筒间限定出环形通道，转子和套筒的表面之一或全部具有适于增加从入口到出口的流体流动中的颗粒接触表面积的成形结构。

本发明的设备可包括使用珠粒或其他颗粒介质的珠磨机。可采用那些不使用珠粒或其他颗粒介质的替代性实施例。

在优选实施例中，转子与套筒共轴地定位。在替代性实施例中，转子的轴线可布置得与套筒的轴线平行。

当珠粒或其他研磨介质被使用时，环形通道的径向宽度可大约是珠粒或其他研磨介质直径的两倍。单一尺寸的珠粒或其他研磨介质是优选的。

转子和套筒优选是截头圆锥体。或者，他们可以是凹下或凸起的钟型。截头圆锥体配置是优选的。或者，转子的横截面可以是卵形或椭圆形。

在优选实施例中，入口的直径小于出口的直径。在替代性实施例中，入口的直径大于出口的直径。

当转子是截头圆锥体时，展开角的范围可以是10-140°，优选为20-90°。与具有相同入口直径的传统磨机相比，更大的角度提供了各种好处，而并不增加设备的长度。更大的角度提供了从入口到出口的表面积的更大的增加，并在颗粒穿过系统时增加了停留时间和碾磨范围。总体积以及进而磨机的容量也有所增加。更大的角度对于高粘性应用及纳米颗粒的生产都是优选的，其减少了在小尺度上的阻塞倾向。

转子和套筒的之一是可转动的。或者，转子和套筒两者能够以相反方向转动。

进一步的替代性实施例中，转子和套筒可以相同方向、不同速度转动。这种安排可被用在根据本发明的两个或更多的装置被串联连接时，以控制穿过设备的泵送速率。

转子相对于套筒的转动速率可为2-3600rpm，例如900-1600rpm。

沿着所述设备的轴线，转子和套筒之间的间隔优选是恒定不变的。可使用的间隔范围是0.00001mm-200mm，优选使用为0.05-10mm。

在进一步的实施例中，磨机的转子和套筒之间的间隔为0.00001mm量级。优选地，碾磨系统的转子和套筒不包含凹缺部。被碾磨的材料(一种或多种)在压力下被添加到碾磨系统的转子和套筒之间，压力为0.1-2000bar(巴)，优选地是100-500bar，更优选地是1-10bar。

或者，可通过将转子轴布置得与套筒轴有一定距离而改变转子和套筒之间的间隔，从而为高粘性应用或没有使用珠粒的情况提供空化。

在转子和套筒之一或全部上提供凹缺部阵列。根据被碾磨的材料的需要，凹缺部及转子和套筒的配置和布置可以是相同的或不同的。凹缺部可被布置成：沿转子和/或套筒的轴线纵向摆放的多个圆形阵列，相邻圆形阵列优选地被布置成轴向偏移配置，以使得相邻阵列的相应部分不重合。

在优选实施例中，珠粒或其他颗粒的直径为10-2000μm，优选为50-800μm，更优选为50-200μm(毫微尺寸)。

凹缺部的深度是珠粒直径的至少4倍。

在替代性实施例中，转子可携带图案或提升表面突出部。该突出部优选被布置形成通道，从而一起清除珠粒或颗粒，并引起所使用的珠粒的旋转。

在一个优选实施例中，可提供4-100个圆形阵列，优选提供8个圆形阵列。

每个凹缺部可包括楔形沟槽，其横截面是大致三角形的，并在相对旋转方向前缘处具有最大深度，朝向位于后缘处的环形空腔逐渐减少。

或者，每个凹缺部可包括从转子的圆周径向向内延伸的第一表面，以及结合到径向表面的最内边缘的切向表面，以形成半脊索切除部分部分。

或者，凹缺部可在设备的纵向方向上弯曲，以使得每个凹缺部为槽形或杯形，其在前缘处具有陡峭表面并在后缘处逐渐变缓。

根据本发明的设备具有以下不需要单独泵的方便的优点：通过转子的旋转将液体从入口泵送至出口，以便于使材料流穿过设备。

在使用根据本发明的设备期间，空化影响使得珠粒在腔室内循环和再分布。这是通过使用根据本发明的凹缺部和设备所获得的一个重要的效果。没有凹缺部或突出部的设备将允许珠粒被收集在出口处，阻碍了有效碾磨。

在优选实施例中，珠粒或颗粒占据了高达98％的腔室体积，优选地为10-95％，更优选地为75-95％。

两个或更多根据本发明的设备可被连接在一起，以使液体可连续地从一个设备流向另一个设备。第一设备的较大直径的出口可连接到后续设备较小直径的入口。或者，第二设备可以被连接成相反配置，其具有较大直径入口和较小直径出口，相邻设备的较大直径部分被连接在一起。该设备还可被连接到传统的球磨机或珠磨机。

本发明的设备可被竖直或水平或以任何方便的角度被摆放。这与传统珠磨机形成对比，在传统珠磨机中重力的影响会限制珠磨机被使用的朝向。

可使用该设备来处理各种不同物理和化学性质的材料。诸如橡胶或油灰的高粘性材料可被处理，所述高粘性材料的粘性达到4000泊。通过为转子和套筒合适地选择配置，可处理具有高固体成分达到95％或低固体成分达到1％的材料。与传统球磨机相比，获得了受控制的颗粒尺寸分布、更高程度的碾磨效率和结果。

根据本发明的设备可被用来生产油墨，例如纳米油墨、喷墨打印机、医药品粉末、陶瓷、食品、农用化学品以及用于涂敷的、诸如用于保护服装和身体护具的聚合体。

根据本发明的优选设备，可在转子的下游面处具有一个或多个叶片、刀片或其他成形结构，适于促使被碾磨的材料穿过出口网状物或滤网。这提供了泵送动作，并特别在操控粘性流体材料时是有益的。

附图说明下面将参考附图对本发明作进一步的描述，该描述是示例性的而非限制性的：图1是根据本发明的磨机转子的透视图；图2是示于图1的转子的替代性透视图；图3是示于图1和2的转子的端视图；图4是转子的侧视图；图5是容纳在套筒内的转子的透视图；以及图6是示于图5的转子和套筒的剖视图。

具体实施方式图1-6示出了根据本发明的碾磨设备。示于图1-4中的转子呈大致截头圆锥体形，并且包括具有比第二端(2)更小直径的第一端(1)。转子的截头圆锥体表面具有10-140°(优选为20-90°)的展开角。转子的轴段(3)界定了相邻的多组凹缺部或压痕(4)(或称凹缺部阵列)。每个凹缺部(4)包括例如图2中示为(5)的、径向向内延伸的表面，其邻接切向延伸脊索表面(6)和径向端部分(7)。凹缺部在转子的表面中形成了直角切除部分。相邻阵列中的凹缺部适当地偏移，从而提供一条延伸路径，以便颗粒沿转子长度前进。

转子的大直径端(2)包括四个剖切部分，其界定了轴向泵，以驱动流体经由珠粒保持网状物或网(未示出)穿过碾磨设备。图5和6显示了容纳在圆锥形套筒(9)中的转子，该套筒具有光滑的截头圆锥体内表面。使用中，转子和套筒之间的间隔在设备长度上是恒定不变的，并可具有0.00001-200mm的范围。

Claims

1.一种碾磨设备，包括：径向对称的、具有上游入口及下游出口的轴向通道的套筒，位于所述套筒内的径向对称的转子；所述转子和所述套筒之一或两者可相对于另一个旋转；在每个轴向位置处，所述转子的直径小于所述套筒的直径，以在所述转子和所述套筒间限定出环形通道；所述转子和所述套筒的表面之一或两者都具有成形结构，所述成形结构适于增加与所述入口到所述出口的流体流动中的颗粒相遇的表面积，其中，所述转子和所述套筒是截头圆锥体，所述入口的直径小于所述出口的直径，所述转子携带凹缺部阵列，所述阵列包括多个相邻圆形阵列，所述阵列被布置成轴向偏移配置，使得相邻圆形阵列的相应部分不重合。

2.如权利要求1所述的碾磨设备，包括：使用珠粒或其他颗粒介质的珠磨机。

3.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子与所述套筒共轴地定位。

4.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子的轴线被布置成平行于所述套筒的轴线。

5.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述截头圆锥体的转子的展开角的范围是10-140°。

6.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述截头圆锥体的转子的展开角的范围是20-90°

7.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述套筒和所述转子的至少之一是可自由转动的。

8.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述套筒和所述转子都是可自由转动的。

9.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述套筒和所述转子是可在相反方向中自由转动的。

10.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述套筒和所述转子适于以相同方向、不同的速度自由转动。

11.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子相对于所述套筒的转动速率范围为300-3600rpm。

12.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子相对于所述套筒的转动速率范围为900-1600rpm。

13.如权利要求1所述的碾磨设备，其中沿着所述设备的轴线，转子和套筒之间的间隔为恒定不变的。

14.如权利要求13所述的碾磨设备，其中所述间隔的范围是0.01mm-90mm。

15.如权利要求13所述的碾磨设备，其中所述间隔的范围是0.05-1mm。

16.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子和所述套筒都包括凹缺部阵列。

17.如权利要求16所述的碾磨设备，其中所述转子和所述套筒上的凹缺部的布置是相同的。

18.如权利要求16所述的碾磨设备，其中所述转子和所述套筒上的凹缺部的布置是不同的。

19.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述凹缺部阵列包括4-100个圆形阵列。

20.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述凹缺部阵列包括8个圆形阵列。

21.如权利要求1所述的碾磨设备，其中至少部分的凹缺部包括楔形沟槽。

22.如权利要求21所述的碾磨设备，其中所述凹缺部的横截面为大致三角形。

23.如权利要求21或22所述的碾磨设备，其中所述凹缺部的最大深度相对旋转方向位于所述凹缺部的前缘处，并朝向位于后缘处的环形空腔逐渐减小。

24.如权利要求1所述的碾磨设备，其中至少部分的所述凹缺部包括第一表面和切向表面，所述第一表面从所述转子的圆周径向向内延伸，所述切向表面结合所述径向表面的最内边缘以形成半脊索切除部分。

25.如权利要求1所述的碾磨设备，其中至少部分的所述凹缺部在所述设备的纵向方向上弯曲，以使得每个所述凹缺部为槽形或杯形，其在前缘处具有陡峭表面并在后缘处逐渐变缓。

26.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子可包括一个或多个位于所述转子下游面上的成形结构，以适于促使被碾磨的材料穿过出口网状物或滤网。

27.如权利要求1所述的碾磨设备，其中所述转子携带了升高的表面突出部的图案。

28.如权利要求27所述的碾磨设备，其中所述突出部被布置形成通道。

29.如权利要求1所述的碾磨设备，其中被碾磨的材料在压力下被添加到转子和套筒之间。

30.如权利要求29所述的碾磨设备，其中所述压力的范围是0.1-2000bar。

31.如权利要求29所述的碾磨设备，其中所述压力的范围是100-500bar。

32.如权利要求29所述的碾磨设备，其中所述压力的范围是1-10bar。

33.一种组合碾磨设备，包括第一和第二碾磨设备，所述第一和第二碾磨设备为权利要求1-32中任一项所述的碾磨设备，其中所述第一碾磨设备的出口与所述第二碾磨设备的入口相连。