一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法，装置包括原料储罐、微混合器、产品储罐和输送泵装置，微混合器有流入口和流出口，分别与原料储罐和产品储罐连通；输送泵装置设置在原料储罐与微混合器之间的管道上；微混合器包括微腔体、流道和喷嘴；微腔体体积不大于1mL；喷嘴等效直径0.1～1.0mm；原料流体流经流道、喷嘴及微腔体的总能耗密度不大于10J/mL，各喷嘴处雷诺数总和不小于1800，总流率不小于80mL/min。增稠剂经喷嘴时高速剪切变稀，与促凝剂在微腔体内湍流混合反应，流出微混合器形成凝胶。采用本发明专利技术装置制备洗手液，工序少、效率高、能耗低、生热少、安全性高，所制备的凝胶组分均一不分层，含醇量接近投料比。量接近投料比。量接近投料比。

【技术实现步骤摘要】
一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法

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[0001]本专利技术属于洗手液制备领域，具体涉及一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法。

技术介绍
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[0002]手部通常携带大量细菌，是传染病传播的重要途径之一，使用手部清洁剂能有效抑制疾病的传播。肥皂液等是常见的手部清洁剂，虽能有效清除手部致病微生物，但使用后需要用水冲洗。免水洗洗手液可以在缺水或不便于用水冲洗的场景下便捷使用，发挥杀菌的作用。其中，免水洗凝胶洗手液相较于免水洗液体洗手液，其在携带及涂抹时不易滴洒、有效成分在皮肤表面滞留时间更长、防干保湿效果更好，因此在日常生活中受到广泛使用。
[0003]免水洗凝胶洗手液的主要成分有醇、水、增稠剂和促凝剂，其中乙醇是可选常用的醇类杀菌剂之一，卡波姆是可选常用的聚丙烯酸类高分子型增稠剂之一，三乙醇胺是可选常用的小分子型中和促凝剂之一。传统方法是通过釜式搅拌混合上述原料以间歇式的工序制备免水洗凝胶洗手液(如CN1596877A和CN212549313U)。由于增稠剂的水溶液粘度大，而增稠剂和促凝剂之间的中和凝固反应要快于各原料之间的混匀速度，因此易导致含增稠剂的水溶液结块，随之水相不能充分与乙醇相混合，而产生乙醇与凝胶分层的现象。分层的乙醇相由于乙醇含量高，在混合制备、存储及使用的过程中易挥发，而导致洗手液的杀菌效果大大下降。除此之外，间歇釜式搅拌混合的制备方式因为不连续而工序多、高速搅拌而能耗高、生热及挥发大而安全隐患高。基于以上所述，本专利技术提供一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法以解决上述问题。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法，采用本方法可制备得到组分均一不分层、含醇量接近投料比的免水洗凝胶洗手液，制备过程连续而工序少、省时省力、能耗低、生热少、挥发少、安全性高。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置，包括原料储罐、微混合器、产品储罐和输送泵装置；所述微混合器上设置有流入口和流出口；所述原料储罐与微混合器的流入口通过管道连接，产品储罐与微混合器的流出口通过管道连接；所述输送泵装置设置在原料储罐与微混合器之间的管道上，用于原料的动力传输。如图1为制备免水洗凝胶洗手液的装置示意图。
[0007]进一步的，所述原料储罐设置数量至少两个，微混合器具有至少两个流入口和一个流出口，其中至少有一个流入口流入待混合的组分A溶液，如含增稠剂的水溶液，至少有一个流入口流入待混合的组分B溶液，如含促凝剂的醇溶液，至少有一个流出口排出AB混合
反应液。所述微混合器还包括原料流入组件和微腔体，所述原料流入组件包括流道和喷嘴，流道一端与流入口连通，另一端与喷嘴连通，所述喷嘴与微腔体连通。
[0008]进一步的，所述微腔体(如图2中标记9)设置数量至少一个，微腔体体积不大于1mL。微小而封闭的腔体体积确保微量液体在受限空间内发生混合，受限空间能使液体与腔体壁面发生激烈碰撞。虽然外部输入的能量低，但单位体积的能量(即压力)极高，微腔体内的高压能大大强化混合，使混合效率提升，混合更快速、均一。
[0009]进一步的，所述微腔体具有至少两个喷嘴，其中至少有一个喷嘴的等效直径不大于1.0mm，且不小于0.1mm，优选为0.5mm。因为不大于1.0mm的小孔径(如图2中d1)，使液体在通过该喷嘴时流速大大提升，因此受到高的剪切速率。高剪切速率会导致剪切变稀型高分子溶液的粘度大大下降，有利于强化混合，使混合效率提升，混合更快速、均一。但过于小的直径，如小于0.1mm会使液体通过该喷嘴孔时的能量损耗过大，且易发生堵塞。
[0010]进一步的，当各原料流体流经微混合器时，在其流道、喷嘴和微腔体内的总能耗密度不大于10J/mL。微混合器内的能耗包括流体在微混合器内流道、喷嘴中流动的能量损失以及流体在微腔体内混合的能量损失。混合效率越低的混合方式或混合器种类，具有越高的能耗效率；总流率越大，能耗效率液越高。如图2所示，当微混合器两侧流道总长32mm、两侧喷嘴总长6mm，流道直径1.0mm，喷嘴直径0.5mm，微腔体体积V为33μL，每制备如实施例2的1mL凝胶洗手液，总流率Q为1000mL/min时，耗能10J，能耗效率10J/mL。
[0011]进一步的，本专利技术所提供的微混合装置用于制备免水洗凝胶洗手液，所述免水洗凝胶洗手液包含但不限于杀菌剂、水、高分子型增稠剂和促凝剂，高分子型增稠剂与促凝剂之间发生凝胶反应；所述杀菌剂为醇类化合物，如乙醇、丙醇；高分子型增稠剂为聚电解质类高分子，如卡波姆；促凝剂为带双或多官能团的路易斯酸碱类小分子，如三乙醇胺。
[0012]本专利技术还提供了一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合方法，采用以上所述的微混合装置进行制备，具体包括以下步骤：
[0013]S1、高分子型增稠剂的水溶液为原料A；促凝剂的醇溶液为原料B；原料A与原料B存放在各自原料储罐中；
[0014]S2、启动输送泵装置，同时将各原料储罐中的原料A和原料B分别泵入微混合器的各自流入口，通过流道和喷嘴，进入微腔体，在微腔体内部进行湍流混合，卡波姆为聚丙烯酸类高分子，呈酸性，与碱性的三乙醇胺发生中和交联反应，卡波姆高分子链被三乙醇胺交联，混合液粘度大幅增加；混合完成后，混合反应液从微混合器流出口流出，通过管道流入产品储罐。
[0015]进一步的，所述原料A含高分子型增稠剂的水溶液具有剪切变稀的特性，本专利技术使用的含高分子型增稠剂的水溶液随剪切速率增加而降低，优选地为含卡波姆的水溶液。
[0016]进一步的，所述微腔体内湍流混合反应，需要微腔体各喷嘴处雷诺数总和不小于1800，总流率不小于80mL/min。足够高的总雷诺数及对应的总流率以确保微腔体内混合的充分湍流，由此带来的快速、均一混合。混合速度快于交联反应速度，使混合液在粘度剧烈升高前均一混合，因此洗手液不分层，乙醇不易被挥发。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术提供一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置及微混合方法，与传统繁复的搅拌混合相比，本专利技术制备过程连续而工序少、省时省力、能耗低、生热少、安
全性高。本专利技术所使用的微混合器具有微小腔体和孔道，流体在微腔体内湍流撞击混合，同时在流体输送过程中，混合器具有高剪切能力，能够剪切变稀高分子溶液从而强化混合，因此所制备的免水洗凝胶洗手液组分均一不分层，含醇量接近投料比。
附图说明：
[0019]图1为本专利技术实施例1免水洗凝胶洗手液的微混合装置示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例1微混合器结构示意图；
[0021]图3为卡波姆2020粘度随剪切速率变化关系的曲线图；
[0022]图4为总流率Q与雷诺数Re以及微混合器内总能耗ΔP关系的曲线图。
[0023]附图中的标记为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置，其特征在于，包括原料储罐、微混合器、产品储罐和输送泵装置；所述微混合器上设置有流入口和流出口；所述原料储罐与微混合器的流入口通过管道连接，产品储罐与微混合器的流出口通过管道连接；所述输送泵装置设置在原料储罐与微混合器之间的管道上，用于原料的动力传输。2.根据权利要求1所述的大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置，其特征在于，所述原料储罐设置数量至少两个，微混合器具有流入口的数量不少于原料储罐的数量；所述微混合器还包括原料流入组件和微腔体，所述原料流入组件包括流道和喷嘴，流道一端与流入口连通，另一端与喷嘴连通，所述喷嘴与微腔体连通。3.根据权利要求2所述的大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置，其特征在于，所述微腔体设置数量至少一个，微腔体体积不大于1mL，微腔体为封闭非敞开。4.根据权利要求2所述的大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置，其特征在于，所述喷嘴的等效直径为0.1～1.0mm，优选为0.5mm。5.根据权利要求2所述的大量、连续制备免水洗凝胶洗手液的微混合装置，其特征在于，当原料流体流经微混合器时，在其流道、喷嘴和微腔体内的总能耗密度不大于10J/mL。6.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱正曦，姚康，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：