[发明专利]用于实施两种不混溶液体的连续乳化液的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于实施两种不混溶流体的连续乳化液的装置(1)。所述装置具有第一微系统(2)，所述第一微系统包括：用于吸入每种流体的至少两个吸入微通道(23、24)，这两个吸入微通道具有不同的相应截面S1和S2，这些相应横截面沿中心吸入轴线A偏移并且彼此面对；至少两个输出微通道(25、26)，用于一旦形成所述乳化液则从所述装置(1)输出所述乳化液；以及所述吸入微通道和所述输出微通道相交的区域(27)，所述区域能够在所述流体之间产生交界面并在所述输出微通道中形成流动的预乳化液，直到完成所述乳化液。装置(1)还包括能够使所述预乳化液中的流体之间的交界面不稳定的至少一个奇点(31、32、33、34、35、36)。本发明还涉及用于实施两种不混溶液体的连续乳化液的方法，所述方法利用根据本发明的装置(1)来实施。

本发明涉及微流体的领域，并且具体地，涉及用于不混溶流体的连续乳化的装置和方法的领域，特别是用于实施旨在立即使用的油包水(W/O)型乳化液(emulsion，乳浊液，乳剂，乳状液)，并发挥与工业应用兼容的流速的作用。

更具体地，它需要连续乳化液的基本上亲水性流体在脂质流体(例如回收的植物油或重质燃料油或动物脂肪)中的百分比(小于或等于所形成的最终乳化液的体积的20％)，以便在锅炉、熔炉、涡轮机或发动机中就地形成用于其直接燃烧的乳化液。

本发明寻求解决的总体问题是提出一种乳化系统，该乳化系统尤其专用于实施两种不混溶液体的连续乳化液，特别是油包水(W/O)型乳化液。

本发明的目标应用总体上涉及能量转换领域，例如涡轮机、锅炉、熔炉或内燃机。研究表明，在液体燃料中存在小部分细乳化水(约5至10μm的微滴)可以降低燃烧温度，并因此降低污染气体和由贫燃烧产生的颗粒的排放。连续相可具有多种性质，例如常规柴油、重质燃料油或脂质废物(用过的植物油、动物脂肪)。

与所考虑的应用相关的约束条件很多，无论是在待乳化流体的性质、乳化液中流体的体积比、或需要设计能够处理内燃机运行所需的流速的紧凑方法。

通常，装置不连续运行(例如连续的或“批量”模式的油箱)目前受到青睐。它们基于使用适当的搅拌叶片(例如转子-定子类型)并且相对耗能。在这些装置中，这些乳化液随时间的稳定性通常通过添加表面活性剂来提供。

由于这需要连续生产乳化液，本领域技术人员知道以连续模式运行的各种系统，诸如静态混合器(例如商品名为SMX SULZER的静态混合器)、隔膜、高压喷嘴和微通道。然而，隔膜具有不能处理实质流速(即，几l/h到几ml/h)的缺点。而且，除非使用具有非常小的液压直径的模型，否则静态混合器不能获得非常精细的粒度。

在微流体领域的研究已经非常活跃了二十年，尤其表现出对开发连续乳化方法的兴趣^[1]、[2]。处理基本上应用于水包油型(O/W)^[3]、[4]的混合物乳化的方法的大量研究是本领域技术人员已知的。这种类型的分散体被认为对乳化能的要求较低，这是由于使用了含水相(低粘度)作为连续相。不可否认，由于两个主要原因目标应用需要从能量角度实施优化，所以本发明中更特别针对油包水乳化(W/O)：

●粘度是水的粘度的50到70倍的连续相，

●所研究的毛细管数量的范围，比有关该主题的科学文献^{[1]、[5]、[6]、[7]}中公布的毛细管数量大约1000倍。

更具体地，涉及两种不混溶流体的连续乳化方法，本领域技术人员已知的装置为带有受限撞击流的微混合器。第一项研究涵盖了使用撞击流对不混溶流体实施液-液分散的目的^[8]、[9]。这项工作基于两种喷射流(或“喷雾”)实施撞击乳化的原理。这些料流由两个在相同腔室内彼此面对排列的喷射器产生^[8]、[9]。

在接下来的内容中，我们发现基于使用具有高流体输送速度的微通道在受限系统中使用撞击流^[10]、[11]。