造粒混合机.pdf

一种混合机的叶片，其适合于安装在一个竖直连续式造粒混合机的轴上，其特征在于：所述叶片之前缘的内部部分向上倾斜，所述叶片之前缘的外部部分基本为垂直的或向下倾斜。一种竖直连续式造粒混合机，其包括：一个轴，该轴上装配有多个可在一管状壳体内旋转的叶片；一个固体微粒入口和一个喷射入口，其用于使液体与固体微粒在叶片的上方相互接触，其特征在于：至少一个叶片的内部部分至少在其部分区域内向前、向上倾斜，从而使撞击叶片倾斜部分的那些微粒获得一个向上的速度分量。

1、  一种混合机的叶片，其适合于安装在一个竖直连续式造粒混合机的轴上，其特征在于：所述叶片之前缘的内部部分向上倾斜，所述叶片之前缘的外部部分基本为竖直的或向下倾斜的。

2、  根据权利要求1的混合机叶片，其特征在于：当将所述叶片安装到轴上时，所述叶片之内部部分的前缘相对其移动方向以一个30到75度的角度向上倾斜。

3、  根据权利要求1或2的混合机叶片，其特征在于：当将所述叶片安装到轴上时，所述叶片之外部部分的前缘相对其移动方向以一个45至80度的角度向下倾斜。

4、  根据权利要求1至3之一的混合机叶片，其特征在于：前缘向上倾斜的所述叶片之内部部分直接邻接前缘向下倾斜的所述叶片之外部部分。

5、  根据权利要求4的混合机叶片，其特征在于：介于前缘向上倾斜的所述叶片之内部部分和前缘向下倾斜的所述叶片之外部部分之间的过渡点位于在将叶片固定到轴上的位置到叶片端部之间距离的50至80％处。

6、  一种竖直连续式造粒混合机，其包括：一个轴，该轴上装配有多个可在一管状壳体内旋转的叶片；一个固体微粒入口；和一个喷射入口，喷射入口用于使液体与固体微粒在叶片的上方相互接触，其特征在于：至少一个叶片的内部部分至少在其部分区域向前、向上倾斜，从而使撞击叶片该倾斜部分的那些微粒获得一个向上的速度分量。

7、  根据权利要求6的竖直连续式造粒混合机，其特征在于：至少一个叶片的前缘向上倾斜。

8、  一种竖直连续式造粒混合机，其包括：一个轴，该轴上装配有多个可在一管状壳体内旋转的叶片；一个固体微粒入口；和一个喷射入口，该喷射入口用于使液体与固体微粒在叶片的上方相互接触，其特征在于，至少一个叶片为根据权利要求1到5之一所述的混合机叶片。

9、  如权利要求8所述的竖直连续式造粒混合机，其特征在于，最上部的一个或多个叶片为根据权利要求1到5之一所述的叶片，该混合机包括至少一个下部叶片，该下部叶片不具有倾斜的前缘。

10、  一种竖直连续式造粒混合机，具有一上部叶片组和一下部叶片组，其特征在于，至少上部叶片组的一个叶片为根据权利要求6到9之一所述，在其至少部分区域上向前向上倾斜，而下部叶片组的叶片不向前向上倾斜。

11、  如权利要求10所述的混合机，其特征在于，该混合机具有三组叶片，上部叶片组至少一个叶片和下部叶片组至少一个叶片为根据权利要求6到9之一所述，在其至少一部分区域上向前向上倾斜，而下部叶片组的叶片不向前向上倾斜。

12、  一种造粒方法，其中固体微粒和具有粘接性能的液体被进送到一混合机中并在混合机中接触形成颗粒，其特征在于，所述混合机为根据权利要求6到11之一所述的竖直连续式造粒混合机。

13、  根据权利要求12的方法，其特征在于：进送到混合机内的微粒为平均粒度在1至10微米范围内的载体微粒。

14、  根据权利要求12或13的方法，其特征在于：制成的颗粒的平均粒度在0.5至1.5毫米的范围内。

造粒混合机
技术领域
本发明涉及一种造粒混合机，即能够通过使较小的微粒结块而形成颗粒的混合机；此外，本发明还涉及一种用于这种混合机中的叶片。
背景技术
本发明尤其涉及到竖直连续的造粒混合机。这种混合机包括一个基本垂直的轴，该轴上装配有多个可在一个管状壳体内旋转的叶片。该轴与该壳体对齐，而且这些叶片距壳体内壁有一个预定的间隙。该混合机设置有一个固体微粒入口和一个液体喷射入口，其中固体微粒将在混合机内结块，而液体喷射入口用于使液体与载体微粒在叶片的上方相互接触。这些微粒在与液体接触后将凝聚成颗粒；该液体通过吸收碰撞微粒的动能而被用作一种粘合剂。作为实例，竖直连续的造粒混合机已经在US-A-4767217和EP-A-744215中公开。这种粒化的产品通常被输送到一个流化床，该流化床可对颗粒进行冷却和/或烘干并使其流化，然后将其运输到一个包装站内。
竖直连续式造粒混合机技术的一个特征在于：在混合腔内的停留时间非常短，例如约为1秒。这样就具有产量高的优点，但由于停留时间短，颗粒在出口处的粒度分布很宽，包括细粒材料和尺寸过大的材料。细粒材料可被回收到一个与流化床冷却器相连接的过滤器中和/或被回收到一个分选单元内并与新鲜的微粒一起被循环再送向混合机，而尺寸过大的材料可收集起来、碾碎并与流化床内的粒化产品混合到一起，但细粒材料和尺寸过大的材料都将对结块工艺的生产率和稳定性造成负面影响。此外，在通常情况下，成品颗粒的粒度分布较宽造成流动性也就越差，这样就会增加颗粒在粉末或颗粒产品中的配制和混合难度。
发明内容
根据本发明的竖直连续式造粒混合机包括一个轴，该轴上装配有多个可在一个管状壳体内旋转的叶片，而且还设置有一个固体微粒入口和一个液体喷射入口，以用于使液体与固体微粒在叶片上方相互接触，其特征在于：叶片的内部部分至少在其局部区域内向前并向上倾斜，从而使对叶片倾斜部分进行撞击的微粒能够在混合机的中心处获得向上的速度分量。
根据本发明的另一方面，提供一种混合机叶片，该叶片适合于安装在一个竖直连续式造粒混合机的轴上，其特征在于：叶片前缘的内部部分向上倾斜，叶片前缘的一个外部部分基本为垂直的或向下倾斜。本发明还包括一种竖直连续式造粒混合机，该混合机包括一个轴，该轴上装配有多个可在一个管状壳体内旋转的叶片，在该壳体内，至少一个叶片是这种混合机叶片。撞击叶片的微粒在混合机的中心处获得一个向上的速度分量和一个向下的速度分量，以用于使这些微粒位于混合机壁附近。
本发明还包括一种粒化方法，在该方法中，固体微粒与一种具有粘合性的液体被送向一个混合机中并在该混合机中相互接触，从而形成颗粒，其特征在于：该混合机是一种如上所述的竖直连续式造粒混合机。
该粒化方法例如可用于制备颗粒状的液体活性材料，例如用于将液体活性材料添加到一种颗粒或粉末中。在这种情况下，送入混合机内的液体包括该液体活性材料，如果需要还可添加一种粘合剂材料，被送入混合机内的微粒为载体粒子。或者，该粒化方法还可用于将一种粉末状的活性材料聚合成具有较大粒度的颗粒。在这种情况下，被送向混合机的那些微粒为活性粉末材料，而液体一般因具有粘接剂的特性而被选出。
我们利用光散射技术通过数学模拟和实验观察发现：大多数微粒的碰撞和结块都是在一个微粒密度很大的区域内进行的，而该区域位于叶片的外部区域周围并靠近混合机的壁。朝向壁的运动是在离心力的作用下实现的。我们还发现：如果送向混合机的微粒尺寸低于一定的临界尺寸(一般约为10微米)，那么起初落入混合机之中部内的那些微粒就会花费很长时间才能到达该高微粒密度区。这些微粒停留在中心处并在混合机的叶片之间下落到靠近轴的内部区域内，而且发生碰撞的可能性也较低。它们将作为细粒被收集起来，这些细粒构成了产品中的大部分不合格部分。临界尺寸以上的微粒会立刻移向高微粒密度区域并基本凝聚在一起形成了合格微粒的粒度分布范围较窄的颗粒。
在上述的竖直连续式造粒混合机中，这些叶片的侧面平行于该混合机的旋转轴线，从而使对叶片进行撞击地微粒不会获得沿混合机轴线方向定向的速度分量。在根据本发明的混合机中，新型叶片以一定的倾角朝向混合机的顶部倾斜，从而使这些微粒在朝向混合机入口的方向上具有速度分量。通过增加在重力作用下落入混合机内的微粒和撞击叶片的颗粒之间的相对速度，就可以提高这些定位在混合机中心附近的微粒的凝聚性。在靠近壁的混合机之外部区域内，微粒密度较高。叶片的外部区域最好以符号相反的角度倾斜，从而产生一个向下的速度分量，以缩短微粒在该高密度区域内的停留时间并防止形成过大的微粒。
下面将参照附图对本发明加以说明，其中附图：
图1为一种竖直连续式高剪切造粒混合机的剖视图；
图2为根据本发明用于图1所示的那种混合机上的混合机叶片的透视图；
图3为实例1所示产品的粒度分布曲线图。
图1的混合机包括一个竖直的轴(1)，该轴上装配有多个可在一个管状壳体(3)内旋转的叶片(2)。很多微粒通过粉末入口(4)被进送到该混合机内。在粉末入口(4)的下方和叶片(2)的上方，轴(1)被喷嘴(5)所包围，液体可通过这些喷嘴而得以进送。该壳体的壁(6)可以是一种可变形的壁，这种可变形壁在压力下延伸，如EP-A-744215所述。凝聚在一起的颗粒产品通过出口(7)离开该混合机。这种混合机的一个实例就是由Hosokawa Schugi公司提供的Flexomix型混合机。
图1所示之混合机的叶片(2)以成对并相对的方式进行设置。上部叶片(2a和2b)按照能够使其朝向壁(6)向上延伸的方式进行安装。一对叶片(2c和2d(不可见))沿轴(1)与叶片(2a，2b)安装在相同的位置上，但其沿水平方向延伸。另一对水平叶片(2e和2f(不可见))安装在轴(1)的下部，而且在同一位置上，还安装有一对朝向壁(6)向下延伸的叶片(2g和2h)。叶片(2a-2h)构成了上部叶片组。如图1所示，水平叶片(2c，2d，2e，2f)相对倾斜的叶片(2a，2b，2g，2h)沿周向偏移；向下延伸的叶片(2g，2h)最好相对向上延伸的叶片(2a，2b)沿周向偏移，而且叶片(2e，2f)最好相对叶片(2c，2d)沿周向偏移。一个下部叶片组(2j-2s)安装在该轴的更下部并由朝壁(6)向上延伸的叶片(2j和2k)和一对沿轴(1)安装在同一位置上的水平叶片(2m和2n(不可见))及另外一对与叶片(2r和2s)安装在同一位置上的水平叶片(2p和2q(不可见))构成，其中叶片(2r和2s)向下朝壁(6)延伸。在公知的混合机中，所有这些叶片(2)的侧面均平行于混合机的旋转轴线，即平行于轴(1)和壁(6)。叶片(2)可以是每组包含六个叶片的多组，而不是每组包含八个叶片，而且仅有一对水平叶片介于倾斜叶片(2j和2k)与(2r和2s)之间。这种混合机可以设置有三组叶片。
参照图2，叶片(2)设置有一个中央部分(11)，该中央部分包括：孔(12)，叶片(2)通过该孔(12)与轴(1)相连接，从而能够沿箭头所示的方向转动；一个主体部分(13)，该主体部分的横截面略成锥形。中央部分(11)的前缘(14)垂直于该叶片的表面，而且当安装时，该前缘将平行于轴(1)并被封闭在环绕该轴的叶片支座内。在该叶片(2)的主体部分(13)的上方，前缘(16)在内部部分(15)内向上倾斜，从而当其撞击到落入该混合机内的微粒时，使这些微粒具有一个朝向混合机入口(4，5)的速度分量。叶片(2)之内部部分(15)的前缘(16)相对其移动方向以一个30至75度的角度向上倾斜。在外部部分(17)上，前缘(18)向下倾斜，从而当其撞击到颗粒时，产生一个朝向混合机出口(7)的速度分量。这样就使位于高微粒密度区域内的微粒朝向混合机出口(7)加速从而减小它们在高微粒密度区域内的驻留时间，这样就可以防止产生很大、尺寸过大的块体，其中高密度微粒区域位于壁(6)附近。叶片(2)之外部部分(17)的前缘(18)相对其移动方向以一个45至80或85度的角度向下倾斜。叶片的内部部分(15)其前缘(16)向上倾斜，该内部部分直接与叶片的外部部分(17)相邻接，而该外部部分(17)的前缘(18)则向下倾斜，前缘的角度出现了突变(在19处)。该过渡部分(19)最好定位在介于叶片中央部分(11)和端部(20)之间距离的50％至80％处。该过渡点(19)的位置最好设置在与高微粒密度外部区域的边界相对应的位置上。该区域的厚度决定于混合机的尺寸和叶片的旋转速度。该过渡点(19)可通过实验方法或通过数学模拟法来确定。内部部分(15)的上倾角最佳值和叶片(2)之外部部分(17)的下倾角最佳值也决定于混合机的半径和叶片的旋转速度。
根据本发明，图1所示之混合机的至少一个叶片(2)具有图2所示的结构形式。由于叶片(2)成对设置，因此成对的叶片最好具有相同的结构。所有的叶片(2a至2s)均可具有这种结构形式，但我们发现：图2所示的叶片在被应用到上部叶片组(2a，2h)中时尤其有效。例如，所有的叶片(2a，2h)，或所有的倾斜叶片(2a，2b，2g，2h)，或仅下部倾斜叶片(2g，2h)，或最上部的四个叶片(2a至2d)可具有图2所示的结构，如果在上部组中还有其它叶片，那么这些叶片及下部组中的所有叶片(2j至2s)均可为传统的叶片，即不向前、向上倾斜的叶片。我们发现：当下部组内的叶片(2j至2s)设置有长度仅为1或2毫米的倾斜部分时，或者具有一个较小的前缘时，可以得到较好的效果：这样的叶片可用于提高该方法的稳定性，即使粒度分布的变化随时间而减小，因为它们能够在不使大微粒进一步凝聚的前提下进行混合。当第一(2a和2b)和第二(2j和2k)组叶片中的上部成对叶片具有图2所示的结构形式时，也能够达到良好的效果。
可以替代采用图2所示的具有倾斜前缘(16)的叶片，或者除了采用这种叶片外，混合机还可包括至少一个按照下述方式相对轴(1)以一定角度进行安装的叶片(2)：使叶片的整个顶面向前并向上倾斜。例如，可以以这样的角度安装一对或多对水平叶片(2c和2d，2e和2f，2m和2n和/或2p和2q)。上部叶片组中的一些或全部叶片(2a至2h)最好采用图2所示的结构形式，而且下部叶片组中的叶片(2m和2n和/或2p和2q)最好相对水平面以最大30度、优选为5至20度的角度向前、向上倾斜。如果该混合机设置有第三组叶片，而且该第三组叶片安装在上部和下部叶片组之间，那么可按照与下部叶片组相似的方式构造该第三组叶片。该第三组叶片可以是一个完整的叶片组，或者仅仅为一对沿水平方向从轴伸出并以最大20或30度的角度向上、向前倾斜的叶片，或者是两对或三对这样的叶片。
可在本发明的混合机中进行粒化处理的组分的一个实例就是控泡剂，在这种控泡剂中，活性物质为疏水性液体，而且最好为硅有机化合物或一种矿物油。这种硅有机化合物防泡物质一般包括一种聚有机硅氧烷流体，而且最好还包括一种疏水性微粒填料，以及可选地还可包括硅树脂。这种防泡物质通常与粘合剂混合在一起，而粘合剂例如可以是一种熔点高于室温并可在结块所需的操作温度下熔化的材料。因此，粘合剂的熔点一般介于25至100℃的范围内，最好至少为40或45℃、最大为80℃。该粘合剂最好能够在一定程度上溶解于水。这种粘合剂例如可以是聚氧化烯聚合物诸如聚乙二醇(PEG)或乙氧基化C₁₀-C₂₀醇和环氧乙烷，具有12到20个碳原子的脂肪酸或脂肪醇，或甘油和这种脂肪酸的单酯和二酯。该粘合剂还可以采用乳浊液，例如丙烯酸聚合物或聚硅氧烷的乳浊液。另一种液体活性物质可以是一种芬芳剂，该芬芳剂可与诸如疏水性蜡这样的熔融粘合剂混合在一起，而且最好为含腊有机硅聚合物，其能够防止芬芳剂产生化学降解。该液态活性物质还可以是用于水泥或石膏的疏水性添加剂，例如硅有机化合物，这些添加剂一般可与控泡剂所用的粘合剂类型一起使用。
这样的活性液体材料能够与多种固体载体微粒而形成颗粒。载体的实例可以是沸石，例如Zeolite 4A或Zeolite X；其它铝硅酸盐或硅酸盐，例如硅酸镁；磷酸盐，例如粉末或颗粒状的三磷酸钠、硫酸钠、碳酸钠、高硼酸钠；纤维素衍生物，例如羧甲基纤维素钠，粒状淀粉，粘土，柠檬酸钠，醋酸钠，碳酸氢钠和天然淀粉。载体的平均粒度例如可在0.5到50或100微米的范围内。本发明尤其可用于将平均直径小于20或30微米的微粒制成颗粒，例如将平均微粒直径为1至10微米范围内的载体微粒加工成颗粒。沸石广泛用作载体因为沸石是惰性的并且具有高吸收能力，沸石一般仅能在1到5微米的粒度范围内存在。
当向该混合机进送小于10微米的微粒时，利用本发明的方法可以均匀一致地加工出平均颗粒直径大于0.2或0.5毫米、但最大平均直径为1.2或1.5甚至2毫米的颗粒。这样，就使粒度分布范围非常窄。当在液体与粉末之比较高(接近饱和点)的情况下进行操作、从而加工出大型颗粒时，该工艺能够非常稳定地工作，这一点可由非常稳定的混合机电机电流和稳定的粒度分布范围来证实。当已经确定出能够达到一个特定粒度分布范围的加工条件时，该微粒分布范围就会及时地保持稳定不变，而且无需经常对加工参数进行重新调整。
下面，将通过实例对本发明进行说明。
实例1
除了下部叶片组相对上部叶片组沿周向偏移，而且在下部叶片组中，仅有一对水平叶片(2m，2n)设置在向上延伸的叶片(2j，2k)和向下延伸的叶片(24，2s)之间之外，利用图1所示的HosokawaSchugi Flexomix型混合机制造泡沫控制颗粒。进送给混合机的载体微粒(在标记4处)就是平均直径为2至3微米的沸石微粒。喷入的液体(在标记5处)为硅氧烷防泡剂液体、疏水性硅石微粒、硅树脂和聚羧酸盐(酯)粘合剂的混合物。液体和粉末的进料重量比为0.497∶1，对混合机的总进料速度为7980千克/小时。混合机的速度为2800rpm。
在实例1中，设置有图2所示之倾斜式前缘(倾角为50度)的叶片被用作该混合机的叶片(2a，2b，2g和2h)。利用一种光散热粒度分析仪对混合机出口(7)处的产品粒度进行测定。产品的平均粒度为1.17毫米，该产品仅含有6％的细粒(小于0.25毫米的颗粒的重量百分比)和39％的粗粒(大于1.40毫米的微粒的重量百分比)。
实例1中的产品粒度分布已经在图3中通过与在防泡颗粒的标准加工条件下制成的产品C1相比较而被示出，其中粒度以微米为单位在水平轴上画出，而密度分布(该粒度范围内的微粒重量)则在垂直轴上画出。从图中可以看出：在实例1中制成的颗粒一般较大，而且粒度分布范围非常窄。
使实例1的方法继续进行30分钟。平均粒度保持在1.00至1.30毫米的范围内，而且粒度分布基本与图3所示的情况一样窄。我们没有发现：利用标准的叶片(2)可将粒度稳定保持在该范围内持续几分钟。
实例2
在将叶片(2m和2n)调整成使其以20度的角度相对水平面向前向上倾斜后，重新执行实例1的工艺。细粒的比例甚至低于实例1，这一点可由混合机出口附近的较低的光浓度(optical concentration)示出。但是，该方法的稳定性不如实例1，由于在混合机壁(6)附近保留的粗粒会导致偶尔的大块糊状物不规则输出。当倾斜叶片(2m和2n)的尺寸减小几毫米时，该混合机能够在没有大块材料形成的前提下连续工作6小时。
实例3
在实例3中，四个设置有图2所示之倾斜前缘(以45度倾斜)的叶片被用作混合机的叶片(2a，2b，2g，2h)，而其它叶片则为传统的叶片。混合机叶片的速度在5小时(期间A)内保持为2400rpm，接着在5小时(期间B)内保持为2800rpm，然后在2小时(期间C)内保持为2400rpm。混合机的粒化产品被输送到一个流化床，而且细粒(小于0.2毫米)重新进行循环。在期间A内，重新循环的细粒比例为25％，颗粒的平均粒度在3小时的期间内保持在0.8毫米以上；细粒的比例低于采用传统叶片的混合机制造粒度为0.4至0.5毫米时的细粒比例。细粒的比例在期间B和C内略微升高，而且平均粒度下降，但在整个12小时的跟踪过程中，实现平稳运行。
实例4
实例4是利用一种具有图1所示的结构、但在上部和下部叶片组之间设置有第三组叶片(2t，2u，2v，2w，2x，2y)的混合机来完成的，该第三组叶片(2t，2u，2v，2w，2x，2y)彼此间的设置方式及相对轴(1)的设置方式分别与叶片(2j，2k，2m，2n，2r，2s)的对应设置方式相似。第一和第二组叶片(2a至2s)已经在实例3中作出了说明。第三组叶片中的非水平方向的叶片(2t，2u，2x，2y)为较小的叶片(短几毫米)并相对其移动方向向前、向上定位在20度的角度位置上。水平叶片(2v，2w)为传统的叶片。该混合机叶片的转速为2400rpm。生产出来的细粒的比例与实例3中的期间A相近似，而且该工艺保持在非常稳定的状态下。
实例5
在实例5中，采用了三组叶片。图2和3所示的四个叶片被用作混合机的叶片(2g，2h，2t，2u)。所有其它叶片为传统的叶片。该混合机叶片的转速为2400rpm。生产出来的细粒的比例低于25％，该工艺非常稳定，而且在位于混合机出口(7)处的轴(1)附近，微粒的紊流较少、浓度也较低。