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       高剪切分散機(jī)的應(yīng)用及影響因素

高剪切分散機(jī)就是高效、快速、均勻地將一個(gè)相或多個(gè)相(液體、固體、氣體)進(jìn)入到另一互不相溶的連續(xù)相(通常液體)的過程。而在通常情況下各個(gè)相是互不相溶的。當(dāng)外部能量輸入時(shí)，兩種物料重組成為均一相。由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高切線速度和高頻機(jī)械效應(yīng)帶來的強(qiáng)勁動(dòng)能，使物料在定、轉(zhuǎn)子狹窄的間隙中受到強(qiáng)烈的機(jī)械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，形成懸浮液（固/液），乳液（液體/液體）和泡沫（氣體/液體）。從而使不相溶的固相、液相、氣相在相應(yīng)成熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細(xì)的分散分散，經(jīng)過高頻的循環(huán)往復(fù)，最終得到穩(wěn)定的高品質(zhì)產(chǎn)品。

高剪切分散機(jī)由1-3個(gè)工作腔組成，在馬達(dá)的高速驅(qū)動(dòng)下，物料在轉(zhuǎn)子與定子之間的狹窄間隙中高速運(yùn)動(dòng)，形成紊流，物料受到更強(qiáng)液力剪切、離心擠壓、高速切割、撞擊和研磨等綜合作用，從而達(dá)到分散、分散、破碎的效果。被加工物料本身和物理性質(zhì)和工作腔的數(shù)量以及控制物料在工作腔中停留的時(shí)間決定了粒徑分布范圍及均化、細(xì)化的效果和產(chǎn)量的大小。

分散分層是分散相在外力（重力或離心力）作用下，在連續(xù)相中上浮或下沉的結(jié)果。在忽略布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的靜態(tài)條件下，可用Stokes 定律來描述，即分散相球形顆粒由于重力的沉降速度 V 由下式確定：

式中

ρ_s -ρ為分散相與連續(xù)相的密度差，g 為重力加速度，d 為分散相顆粒直徑，μ為連續(xù)相的粘度。如果分散相顆粒的密度比連續(xù)相密度大，顆粒下沉，速度 V 為正值，反之，顆粒上浮，速度為負(fù)值。沉降速度大，漿料就容易分層。如果要保持體系穩(wěn)定，就必須降低沉降速度，對(duì)于特定的漿料可以通過減小分散相固體顆粒直徑 d。因?yàn)橹挥挟?dāng)粒徑減至連續(xù)相液體分子大小時(shí)，顆粒才能穩(wěn)定、均勻地分散在液體中不發(fā)生分離。

通過以上的分析我們可以看出，要提高懸浮液的穩(wěn)定性，分散相顆粒的粒徑應(yīng)盡量細(xì)小。但應(yīng)該指出，根據(jù)前人所做的大量研究發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒粒度的減小，雖然顆粒由重力引起的分離作用變?yōu)榇我囊蛩兀怯捎陬w粒之間的間距減小，顆粒之間的結(jié)合力（范德華力等）起到了重要決定性作用。另外，當(dāng)顆粒直徑小于某一細(xì)小尺寸時(shí)，此時(shí)，顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)就不能忽略了，所以由于細(xì)小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，而使得顆粒之間產(chǎn)生激烈地碰撞。若不加穩(wěn)定劑，這些情況都會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，對(duì)體系的穩(wěn)定是不利的。所以漿料的分散中，顆粒粒徑并非越細(xì)越好，要視漿料的特性而定。分散就是要根據(jù)物料的特性與特點(diǎn)，減小分散相顆粒的粒度，使其分布于一個(gè)較窄的尺寸范圍，并達(dá)到吸力與斥力的相互平衡，從而保證漿料體系的穩(wěn)定。

影響高剪切分散結(jié)果的因素有以下幾點(diǎn)

1 分散頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）

2 分散頭的剪切速率  （越大，效果越好）

3 分散頭的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒，中齒，細(xì)齒，超細(xì)齒，約細(xì)齒效果越好）

4  物料在分散墻體的停留時(shí)間，分散分散時(shí)間（可以看作同等的電機(jī)，流量越小，效果越好）

5 循環(huán)次數(shù)（越多，效果越好，到設(shè)備的期限，就不能再好）

線速度的計(jì)算

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對(duì)速率。

– 剪切速率 (s-1) =      v  速率 (m/s)   
               g 定-轉(zhuǎn)子 間距 (m)

由上可知，剪切速率取決于以下因素：

– 轉(zhuǎn)子的線速率

– 在這種請(qǐng)況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子 間距。
IKN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm  

 速率V=  3.14 X  D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM  /   60

   從上面看來,轉(zhuǎn)速和分散頭的精密程度決定分散效果

   超高速分散均質(zhì)分散機(jī)的高的轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)于獲得超細(xì)微懸浮液是最重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基礎(chǔ)上又開發(fā)出ERX2000超高速剪切分散機(jī)機(jī)。其剪切速率可以超過200.00 rpm，轉(zhuǎn)子的速度可以達(dá)到66m/s。在該速度范圍內(nèi)，由剪切力所造成的湍流結(jié)合專門研制的電機(jī)可以。剪切力更強(qiáng)，乳液的粒經(jīng)分布更窄。由于能量密度極高,無需其他輔助分散設(shè)備,可以達(dá)到普通的高壓均質(zhì)機(jī)的400BAR壓力下的顆粒大小.

EDL2000系列管線式高剪切混合分散機(jī)，可產(chǎn)生粒徑較大的但粒徑分布范圍較窄的乳液和懸浮液。它具有較高的剪切率,保證了混合液的穩(wěn)定性。不同的工作頭(定子+轉(zhuǎn)子)適合不同的工藝和流體學(xué)要求。

2，ER2000系列管線式高剪切分散分散機(jī)

三級(jí)連續(xù)高剪切分散分散機(jī)，主要應(yīng)用于處理大量乳液和生成超細(xì)懸乳液。由于同時(shí)用三個(gè)工作頭(轉(zhuǎn)子和定子)進(jìn)行處理，可獲得很窄的粒徑分布,獲得更小的液滴和顆粒（0.2-2微米），因而生成的混合液的穩(wěn)定性更好。分散頭容易更換,適合于各種不同的應(yīng)用。

3，ERS2000系列高剪切分散機(jī)

高的轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)于獲得超細(xì)微懸浮液是最重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ER2000系列的基礎(chǔ)上又開發(fā)出ERS2000超高速剪切均質(zhì)分散機(jī)。其剪切速率可以超過100.00 rpm，轉(zhuǎn)子的速度可以達(dá)到40m/s。在該速度范圍內(nèi)，由剪切力所造成的湍流結(jié)合專門研制的電機(jī)可以。剪切力更強(qiáng)，乳液的粒經(jīng)分布更窄。由于能量密度極高,無需其他輔助分散設(shè)備。

5 ERX2000系列高剪切分散機(jī)

高的轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)于獲得超細(xì)微懸浮液是最重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ER2000系列的基礎(chǔ)上又開發(fā)出ERS2000超高速剪切均質(zhì)分散機(jī)。其剪切速率可以超過100.00 rpm，轉(zhuǎn)子的速度可以達(dá)到40m/s。在該速度范圍內(nèi)，由剪切力所造成的湍流結(jié)合專門研制的電機(jī)可以使。剪切力更強(qiáng)，乳液的粒經(jīng)分布更窄。由于能量密度極高,無需其他輔助分散設(shè)備。

4， LP2000/4中試型

 LP2000/4和PP2000/4中試型分散分散機(jī)專為實(shí)驗(yàn)研發(fā)，模擬工業(yè)管線式生產(chǎn)流程而設(shè)計(jì)，給工業(yè)化提供可靠的數(shù)據(jù)論證。LP2000/4和PP2000/4中試型分散分散機(jī)與大型工業(yè)管線式量產(chǎn)機(jī)型配置基本相同，各種工作頭的種類及相應(yīng)線速度亦相同，中試過程中的工藝參數(shù)在工業(yè)化后之后不用重新調(diào)整，從而將機(jī)器型號(hào)升級(jí)到工業(yè)化的過程中的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

該款機(jī)器在設(shè)計(jì)上的突出優(yōu)點(diǎn)在于：

   1.  可更換式加工模塊，實(shí)現(xiàn)分散、均質(zhì)、乳化、懸浮、濕磨、 粉液混合混合等多種功能。

   2.  專為實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)管線式生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，從中試到生產(chǎn)，無需重新調(diào)整工藝參數(shù) 。

   3.  密封油機(jī)械密封，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)24小時(shí)不間斷云裝。

   4.  可配置變頻控制柜，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及流量 。

   5  拆卸方便，容易清洗。

6 設(shè)備設(shè)計(jì)合理，方便實(shí)用。 

7 

LP2000/4為高剪切分散分散機(jī)的技術(shù)參數(shù)：功率2.2KW,轉(zhuǎn)速0-14000rpm,線速度 0-40m/s,電壓380V,機(jī)器產(chǎn)量為 0– 1000 升/小時(shí)（水），重量35KG,尺寸 (長寬高）(450X250X350)MM，LP使用軸封（PTFE 環(huán)），在正常的情況下，一般軸封可以使用3000-4000次。LP不能24小時(shí)連續(xù)使用，一般最多可以使用連續(xù)半個(gè)小時(shí)，這要依據(jù)料液的溫度和轉(zhuǎn)速而定。LP也可以通過變換模塊，可以實(shí)現(xiàn)多功能多用途。是中試生產(chǎn)的最佳選擇。                         

   PP2000/4為高剪切分散分散機(jī)的技術(shù)參數(shù)：功率2.2KW,轉(zhuǎn)速0-14000rpm,線速度 0-40m/s，電壓380V,機(jī)器產(chǎn)量為 0– 1000 升/小時(shí)（水），重量45KG, 尺寸 (長寬高）((450X250X350)MMPP使用雙機(jī)械密封，可24小時(shí)不停機(jī)連續(xù)生產(chǎn)，并通冷媒對(duì)密封部分進(jìn)行冷卻。通過變換模塊，可以實(shí)現(xiàn)多功能多用途。機(jī)械密封和機(jī)械設(shè)計(jì)符合3A健康標(biāo)準(zhǔn)，是中試和小批量生產(chǎn)的最佳選擇。  

分散頭（一套轉(zhuǎn)子和定子）

為了確保設(shè)備符合各種應(yīng)用的需要，依肯公司為所有的設(shè)備都配備了一系列的可選擇的定子和轉(zhuǎn)子（分散頭）。不同的分散頭設(shè)計(jì)都很好滿足了不同耗能水平的需要。此外，分散頭的設(shè)計(jì)也很好地滿足不同粘度的物質(zhì)以及顆粒粒徑的需要。在線式的定子和轉(zhuǎn)子（分散頭）和批次式機(jī)器的工作頭設(shè)計(jì)的不同主要是因?yàn)樵趯?duì)輸送性的要求方面，而在線式機(jī)器對(duì)輸送的要求則比較低。
特別要引起注意的是：在粗精度、中等精度、細(xì)精度和其他一些工作頭類型之間的區(qū)別不光是指定轉(zhuǎn)子齒的排列，還有一個(gè)很重要的區(qū)別是不同工作頭的幾何學(xué)特征不一樣。狹槽數(shù)、狹槽寬度以及其他幾何學(xué)特征都能改變定子和轉(zhuǎn)子工作頭的不同功能。
根據(jù)以往的慣例，依據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)指定工作頭來滿足一個(gè)具體的應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，機(jī)器的構(gòu)造是和具體應(yīng)用相匹配的，因而它對(duì)制造出最終產(chǎn)品是很重要。當(dāng)不確定一種工作頭的構(gòu)造是否滿足預(yù)期的應(yīng)用時(shí)。我們建議最好在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)或者測(cè)試。依肯公司鼓勵(lì)顧客能夠使用我們的設(shè)備，并且我們有一整套的測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以便幫助顧客為您選型。

批次（分散頭） 不同的組合及不同的應(yīng)用

管線式分散頭

定轉(zhuǎn)子（分散分散頭）技術(shù)

                                            
  2P轉(zhuǎn)子（粗精度）                                     2G 定子（粗精度）

粗精度的工作頭可以滿足中剪切的混合、均質(zhì)工藝過程。它是由粗精度定子與泵葉式轉(zhuǎn)子（2P）相組成：一個(gè)粗精度的定子在使用時(shí)通常是和一個(gè)特定的轉(zhuǎn)子配套的，轉(zhuǎn)子可以提供很高的產(chǎn)量，這就是所謂的“P”。和其他形式的工作頭相比，這種定轉(zhuǎn)子組合成的分散頭將產(chǎn)量提高了4倍，它所產(chǎn)生的剪切力在中等水平，并且能產(chǎn)生泵的那種抽吸效應(yīng)。這種工作頭可以在泵的位置替代泵使用，或者可以輔助泵來增加流量，同時(shí)也可以用于輔助多級(jí)機(jī)器輸送高粘度流體。
                                              
2G轉(zhuǎn)子（粗精度）                                        2G 定子（粗精度）
粗精度（2G）分散頭：主要用于擠壓、切碎、消溶和粗精度破碎。尤其適合于粗顆粒懸浮之前的預(yù)粉碎以及樹脂的切碎和擠壓操作。

                                           
4M轉(zhuǎn)子（中精度）                                       4M 定子（中精度）
中等精度（4M）分散頭：主要用于擠壓、顏料分散、加快溶解和良好的破碎。這種分散頭在分散和懸浮生產(chǎn)中應(yīng)用的比較普遍，特別是顏料工藝領(lǐng)域，一般用在低粘度范圍的生產(chǎn)中較多。

                                     
6F轉(zhuǎn)子（細(xì)精度）                                        6F定子（高精度）
高精度（6F）均質(zhì)頭：主要用于擠壓、催化、加快溶解以及要求比較高精度的粉碎。特別適合于微分散和懸浮，經(jīng)常應(yīng)用在洗液、面霜等領(lǐng)域，主要針對(duì)低粘度范圍的物料，也可以和一個(gè)喂料泵相連。

8SF 轉(zhuǎn)子（特高精度）                            8SF 定子（特高精度）  

特高精度（8SF）均質(zhì)頭：主要用于擠壓、催化、加快溶解以及要求特高精度的粉碎。特別適合于微分散和精細(xì)懸浮，可以使粒徑范圍小到納米級(jí)。剪切力更強(qiáng)，乳液的粒經(jīng)分布更窄。特別應(yīng)用于:疫苗，細(xì)胞破碎，膠體溶液，金屬氧化物懸浮液，墨水，印刷涂料，色素混合等等。主要針對(duì)低粘度范圍的物料，也可以和一個(gè)喂料泵相連。