CN1446119A - 生产颗粒组分的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于生产颗粒组分的方法，其包括如下步骤：制备一种粘稠的液体混合物，由粘稠的液体混合物形成多个丝，用一股或多股液体射流切割丝，以形成片，并且，将片干燥，形成颗粒组分。用来生产颗粒组分的装置包括：一个粘稠的液体组分的供应装置，与粘稠的液体组分供应装置流体连通的丝形成装置，与丝形成装置的一个出口邻近的一个或多个液体射流喷嘴，以及一个干燥器。
Description
相关申请的交叉参考
本申请按照美国法案37 U.S.C.§119(e)对在2000年8月3日提交的美国临时申请系列号No.60/222553(代理人档案No.8189P)要求优先权。
技术领域
本发明涉及用来生产均匀的颗粒组分的方法和设备，更具体地说，涉及可以用来生产均匀的洗涤剂颗粒组分的方法和设备。
背景技术
制造洗涤剂颗粒的最广泛采用的方式之一是通过一种喷雾干燥过程。通过雾化喷嘴对洗涤剂混合物进行喷雾，并在干燥塔中在气流中对所形成的液滴进行干燥。通常通过压力喷嘴或漩涡喷嘴实现喷雾。由这些技术获得的洗涤剂产品典型的颗粒尺寸在很宽的范围内变化。例如，对于带有反向的干燥空气流的漩涡雾化器来说，典型的颗粒尺寸范围由大约100微米到大约1100微米，形成不均匀的颗粒或微粒。
生产均匀的液滴和所形成的颗粒的困难对于传统的雾化技术来说是一个众所周知的问题。已经知道一些使这一问题减到最小的雾化方法。在这些方法中有超声雾化技术，静电雾化技术和声音雾化技术。然而，这些技术中没有一种技术可以用来生产有较大颗粒尺寸(即，至少500微米)的洗涤剂颗粒。典型地，洗涤剂浆液是一种高粘度的以水为基础的非牛顿混合物，它含有大约70％的固体。此外，典型的洗涤剂浆液是导电的并且有腐蚀性(pH值大于12)。因为典型地洗涤剂浆液有高粘度，并且固体含量高，所以，传统的超声雾化器不能适当地处理这种浆液。此外，由于洗涤剂浆液导电并且粘稠，静电雾化器通常无法处理它。进而，因为浆液将显著地衰减对于声音雾化过程是必要的声波，所以进行声音雾化典型地是不可能的。
为了满足商业上对制造的要求，典型地要求用于洗涤剂浆液的任何雾化方法要有每小时大约50-60吨的生产能力。然而，典型的雾化技术被看作为低生产能力的方法，先前已知的雾化方法中没有一个方法可以在一个单元中处理这样数量的浆液。因此，可能需要多个雾化单元提供所需要的生产能力。然而，使用多个单元要求附加的投资支出。这样，对于以相当高的生产能力制备均匀的颗粒组分比如洗涤剂组分的一种有效的过程仍然有需求。
发明内容
因此，本发明的目的是提供独特的方法和设备，用来制备均匀的颗粒组分，这些方法和设备克服了先有工艺的一个或多个缺点。本发明的一个更具体的目的是提供用来生产均匀的洗涤剂颗粒组分的方法和设备。本发明的另一目的是提供对于生产均匀的洗涤剂颗粒组分有高生产能力的方法和设备。
按照本发明的用来制造颗粒组分的方法和设备实现了这些和附加的目的和好处。
本发明的一个实施例涉及用于生产颗粒组分的方法。该方法包括如下步骤：制备一种粘稠的液体混合物，由粘稠的液体混合物形成多个丝，用一股或多股液体射流切割丝，形成片，并且，将片干燥，形成颗粒组分。
本发明的另一实施例涉及用来生产颗粒组分的设备。该设备包括：一个粘稠的液体组分的供应装置，与粘稠的液体组分供应装置流体连通的一个丝形成装置，与丝形成装置的一个出口邻近的一个或多个液体射流喷嘴，以及一个干燥器。本发明的方法和设备的优点在于：以相对较高的生产能力(如果需要的话)提供均匀的颗粒组分。考虑到下面的详细描述将会进一步清楚这些和附加的目的和优点。
附图说明
当与图联系起来看时将会更充分地理解本发明，如在详细描述中所叙述的那样，在图中：
图1示出了按照本发明用来生产颗粒组分的方法的流程图；
图2示出了按照本发明的装置的示意图；以及
图3示出了在按照本发明的装置的一个实施例中包括的示例性孔板的示意图。
具体实施方式
在用来生产尺寸均匀的颗粒组分的本发明的方法中，采用了如在这里所描述的流体切割技术。这种流体切割技术包括借助于一股高能流切割以相对较低流速运动的多个液体丝，该股高能流在空间上是集中的，并且在与被雾化的液体的方向不同的方向上运动。高速水流和激光束是可以采用的这样的高能流的示例。
本发明的一个方面是用来生产颗粒组分的方法，它包括如下步骤：提供一种粘稠的液体混合物，由这种粘稠的液体混合物形成多个丝，用一股或多股液体射流切割这些丝，形成片，并且将这些片干燥，形成颗粒组分。在一个实施例中，由粘稠的液体混合物形成多个丝的步骤包括通过一个孔板挤压粘稠的液体混合物的步骤。这些孔最好把整个体积的粘稠液体混合物例如一种浆液分成多个丝，在压力和重力的组合作用下通过孔板挤压出这些丝。这些形成的丝最好自由地悬挂着。随后用一股或多股最好是多股液体射流切割这些自由悬挂的丝。可以由一个旋转头形成液体射流，其中在高压下供应这种液体，但是，对于本领域技术人员来说，在阅读了本文件之后形成液体射流的其它装置将是显然的。可选地，可以把液体例如水用一种高聚物粘合剂或类似物改性，以便提高液体流的粘结性。
在图1中所示的本发明的一个实施例中，生产颗粒组分的方法包括如下步骤：制备一种粘稠的液体混合物(步骤50)，并且横截着一个孔板提供在粘稠的液体组分上的压力差(步骤54)，形成粘稠液体组分通过孔板的一个预先确定的流速，产生多个丝。随后用一股或多股液体射流切割这些丝(步骤58)，形成有预先确定的颗粒尺寸的片。随后在一个干燥塔中用气流干燥这些片(步骤62)。最好用由一个旋转头提供的液体射流切割丝，这些液体射流包括预定数目的单股射流，它们有预先确定的旋转速度。片的颗粒尺寸与粘稠液体组分的流速成正比，并且与单股射流的数目和它们的旋转速度成反比。
在一个实施例中，粘稠的液体混合物包括一种浆液，而在另一个实施例中，粘稠的液体混合物包括一种浆糊。“浆液”指的是液体和固体的一种复杂的不均匀的组分。“浆糊”指的是液体和固体的一种比较均匀的组分。在另一实施例中，粘稠的液体组分至少包括重量百分比由约20％到约80％的固体，更可取地，包括重量百分比由约55％到约70％的固体。在一个特别的实施例中，采用粘稠的液体组分形成洗涤剂颗粒组分，粘稠的液体组分包括下面的成分：由阴离子的，非阴离子的，阳离子的，同时有正负电荷的和两性离子的洗涤剂活性成分以及它们的混合物中挑选的表面活性剂；洗涤剂形成剂，漂白剂，泡沫抑止剂，酶，高聚物染料转移阻止剂，腐蚀阻止剂，重金属离子多价螯合剂，软化剂，钙，镁，溶剂，香料，颜色，以及填充盐。
在图2中示出的本发明的另一方面是用来生产颗粒组分的装置20。装置20包括一个粘稠的液体组分的供应装置23，与粘稠的液体组分供应装置23流体连通的一个液体丝形成装置26，与在液体丝形成装置26上的一个出口27邻近的一个或多个液体射流喷嘴28，多股液体射流，并且，在一个实施例中包括一个干燥器45。最好装置20包括设在一个旋转头30上的由大约1个到大约128个单个的液体射流喷嘴28。每个液体射流喷嘴28的直径尺寸最好足够提供所要求的液体射流，并且直径最好为大约0.002英寸到大约0.2英寸。最好，液体丝形成装置26包括一个孔板。图3示出了一个示例性的孔板，在本发明的装置中包括这样的孔板。该孔板典型的直径范围由大约3英寸到大约50英寸。孔板26有一个或多个孔34，它的直径足以形成所要求尺寸的颗粒，在一个实施例中，直径由大约0.001英寸到大约0.1英寸，更可取地，直径由大约0.01英寸到大约0.05英寸，最可取地，直径由大约0.0125英寸到大约0.02英寸。干燥器45最好包括一股或多股气流，其中至少一股气流最好逆流流动到片。在所要求的干燥后的颗粒尺寸以及水射流的数目和它们的旋转速度的基础上的一个流速下挤压出粘稠的液体组分。
液体射流喷嘴的直径最好为由大约0.002英寸到大约0.2英寸，更可取地，直径由大约0.002英寸到大约0.004英寸。液体射流喷嘴在由大约100psi到大约55000psi的压力下排出液体，更可取地，在由大约500psi到大约20000psi的压力下排出液体，最可取地，在由大约10000psi到大约20000psi的压力下排出液体。
最好使射流喷嘴的旋转速度，浆液的运动速度和液体丝的运动保持不变，使得可以获得预先确定大小的片。
在本发明的一个实施例中，装置还包括一个收集系统。把该收集系统的构形做成收集液体射流和在切割过程中来自液体丝的任何碎屑。如本领域技术人员将会认识到的那样，在本发明中可以采用多种收集系统。在另一实施例中，可以回收来自收集器的液体射流的流股，并且最好将任何液体丝的碎屑回收进粘稠液体的供应装置中。
在本发明的另一实施例中，液体射流包括一定的动能，将液体丝的片分开，并且在一个横截的平面中分布这些片。在一个实施例中，采用多个液体射流喷嘴来降低液体射流喷嘴的旋转速度。最好用有由大约1个到大约128个单个射流喷嘴的旋转头切割液体丝，更可取地，旋转头包括由大约10个到大约128个单个射流喷嘴，最可取地，旋转头包括由大约12个到大约16个单个射流喷嘴。
在本发明的另一实施例中，旋转头以由大约500RPM(每分钟转数)到大约6000RPM的速度转动，更可取地，以由大约2000RPM到大约4000RPM的速度转动，最可取地，以由大约2500RPM到大约3000RPM的速度转动。
在本发明的一个实施例中，液体射流喷嘴最好在一个转动轴线上转动，而所形成的液体丝不转动。替代地，液体射流喷嘴可以保持不动，而液体丝可以在一个转动轴线上旋转。在另一实施例中，液体射流喷嘴和液体丝都在转动轴线上旋转。液体射流喷嘴可以在与液体丝相同的转动方向上旋转，或者，替代地，液体射流喷嘴可以在与液体丝不同的转动方向上旋转。喷嘴最好以一种圆形的运动旋转，替代地，喷嘴可以以一种线性运动旋转。液体射流喷嘴的圆形运动可以是不变的，或者是循环的。
在切割液体丝之后，片的形状基本上是圆柱形的。然而，由于来自气流和干燥的表面张力，这些片的形状变成类似球形。尽管对本发明不构成限制，但是，相信当片在热气流中干燥时由于对颗粒的加热由颗粒中释放出蒸汽，这使得颗粒膨胀，并促使形状由圆柱形转变成准球形。
本发明的流体切割技术特别地适用于由高度粘稠的组分形成颗粒组分，这是因为切割流的集中起来的能量(在水射流的情况下是动能)通常超过克服粘性所需要的能量。这种水射流雾化技术有效地将非牛顿液体雾化。相信：随着剪切速度的提高，非牛顿液体的速度将降低。因此，本发明的技术由于剪切速度非常高而可以切割非常粘稠的液流。最好，水射流切割液体的剪切速度非常高(量级为10000s-1)，典型地由10000s-1大约到大约150000s-1，相应的剪切时间很短。
在本发明的另一实施例中，装置包括一个粘稠的液体组分的供应装置，与粘稠的液体组分供应装置流体连通的一个液体丝形成装置，与在液体丝形成装置上的一个出口邻近的一束或多束激光，以及一个干燥器。最好利用多束激光。在另一实施例中，这些激光束围绕一个转动轴线旋转。
本发明的方法和设备对于生产尺寸和形状均匀的颗粒组分是有利的。在本发明的一个实施例中，本发明的方法生产的颗粒组分的相对跨度因子(relative span factor)小于1.0，其中相对跨度因子是(D0.9-D0.1)/D0.5，其中D0.9是最大的颗粒尺寸(直径)，D0.1是最小的颗粒尺寸，而D0.5是平均颗粒尺寸。
由于切割工具(水射流或者激光束)与洗涤剂组分有最少的接触，所以本发明能够由腐蚀性很强(pH＞12)的洗涤剂组分生产洗涤剂颗粒。此外，洗涤剂组分的导电性对于切割工具没有大的影响。
用于生产颗粒组分的本发明的上述实施例已经包括了对片进行干燥形成颗粒组分的步骤。本领域技术人员将会认识到，这一步骤可能需要任何固化过程，例如，冷冻，冷却，蒸发，干燥，或类似过程。这样，本发明的另一实施例包括生产颗粒组分的方法，它包括如下步骤：提供一种粘稠的液体混合物；由这种粘稠的液体混合物形成多个丝；用一股或多股液体射流切割这些丝，形成片；并且将这些片固化，形成颗粒组分。
同样，本领域技术人员将会认识到，在用来生产颗粒组分的装置中的干燥器可能需要任何的固化装置，即(冷冻器，干燥器，或者类似装置)。
为了说明和描述的目的已经给出了对本发明的多种实施例的上面的描述。没有企图使这种描述是无遗漏的，或者企图将本发明严格地限制为所公布的形式。对于本领域技术人员来说，在本发明的范围内许多改变，改型和变化是明显的。因此，本发明希望包括已经在这里讨论的所有的改变，改型和变化，以及落在权利要求书的精神和宽阔范围以内的其它改变，改型和变化。
Claims (9)
1.一种用于生产颗粒组分的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
提供一种粘稠的液体混合物；
由粘稠的液体混合物形成多个丝；
用一股或多股液体射流切割丝，形成片；以及，
将片干燥，形成颗粒组分。
2.一种用来生产颗粒组分的设备，其包括：
一个粘稠的液体组分的供应装置；
与粘稠的液体组分供应装置流体连通的丝形成装置；
与丝形成装置的一个出口邻近的一个或多个液体射流喷嘴；以及一个干燥器。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用由一个旋转头提供的液体射流切割丝，该旋转头有由1个到128个单个的射流喷嘴。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，旋转头以由500rpm到6000rpm的速度转动。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：
形成丝的步骤包括横截着一个孔板提供在粘稠的液体组分上的压力差，形成粘稠的液体组分通过该孔板的预先确定的流速，产生该多个丝；
切割步骤包括用一股或多股液体射流切割丝，形成有预先确定的颗粒尺寸的片；
由一个旋转头提供液体射流，该旋转头包括预定数目的单个射流喷嘴，它们有预先确定的旋转速度；以及
各片的颗粒尺寸与粘稠液体组分的流速成正比，并且与单股射流的数目和它们的旋转速度成反比。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，液体射流喷嘴在由100psi到55000psi的压力下排出液体。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，形成多个丝的步骤包括通过有一个或多个孔的一个孔板挤压浆液。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，粘稠的液体组分包括重量百分比由20％到80％的固体。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，颗粒组分的相对跨度因子小于1.0，其中相对跨度因子是(D0.9-D0.1)/D0.5，其中D0.9是最大的颗粒尺寸(直径)，D0.1是最小的颗粒尺寸，而D0.5是平均颗粒尺寸。
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