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淺談均質(zhì)機的機理

淺談均質(zhì)機的機理
諾澤流體科技  2023-12-09  |  閱讀:1016

淺談均質(zhì)機的機理

均質(zhì),就是將液態(tài)物料中的固體顆粒打碎,使固體顆粒實現(xiàn)超細化,并形成均勻的懸浮乳化液的工藝過程。 均質(zhì)技術已經(jīng)是一種非常重要的細化分散技術,廣泛應用于乳品、飲料、食品、化妝品和化工行業(yè)等領域。在藥劑學中,藥物顆粒越小,有助于提高藥物的溶解速度及溶解度,有利于提高難溶性藥物的生物利用度;也有利于提高藥物在分散介質(zhì)中的分散性。

均質(zhì)技術的分類

1、高壓均質(zhì)技術:物料在高壓狀態(tài)下,使物料發(fā)生物理、化學、結(jié)構性質(zhì)等一系列變化,最終達到均質(zhì)的效果。

2、剪切均質(zhì)技術:采用了動定轉(zhuǎn)子、雙轉(zhuǎn)子結(jié)構實現(xiàn)物料的超細化。

3、微射流均質(zhì)技術:使液體物料在高壓狀態(tài)下,形成高速射流,與相反方向的另一股射流形成高速碰撞,使其中的固體物料被超細化。

均質(zhì)機理

均質(zhì)機的作用力主要為剪切力和壓力。 在均質(zhì)過程中,產(chǎn)生層流效應,分散相顆粒或液滴被剪切和延伸拉碎;受到湍流效應影響,顆?;蛞旱卧趬毫Σ▌酉庐a(chǎn)生隨機變形;受到空穴效應的影響,較高的壓力作用使小氣泡迅速破裂,釋放能量,從而引起局部液壓沖擊,造成振動。

經(jīng)過縫隙的液體,由于瞬間失壓以極高的速度噴射出,撞擊到均質(zhì)部件上,產(chǎn)生了剪切、撞擊和空穴三種效應。

剪切效應

較高速度的液體流經(jīng)均質(zhì)腔縫隙時由于極大的速度梯度,會產(chǎn)生劇烈的剪切作用。分散相顆?;蛞旱卧趶娂羟辛Φ淖饔孟聦l(fā)生變形,當剪切力大到一定程度時,分散相中的液滴發(fā)生破碎。

撞擊效應

液體流經(jīng)縫隙時,以極高的流速撞擊到?jīng)_擊環(huán)上,造成液滴破碎。

空穴效應

液體以較高的速度流經(jīng)均質(zhì)腔閥的縫隙時,形成極大的壓力降。當壓力降低到液體的飽和蒸氣壓時,液體開始沸騰并發(fā)生極速汽化,形成大量氣泡。液體流出均質(zhì)閥時,壓力又迅速增大,導致氣泡突然破滅,瞬間形成大量的空穴??昭▽⑨尫懦龃罅康哪芰浚纬筛哳l率振動,使液滴發(fā)生破碎。

在均質(zhì)腔內(nèi)的微射流流場中,壓力和流體流速是決定空穴效應大小的重要參數(shù)。空穴效應由空化數(shù)來描述。當空化數(shù)≦1 時會發(fā)生空化效應,并且越小空化效應越強烈。

其中:液體的回復壓力;蒸汽壓力;液體的密度;液體縫隙處的平均速度。

常見均質(zhì)機

高壓均質(zhì)機通過壓力裝置對液體物料施加高壓進行擠壓、延伸、撞擊、破碎的過程,主要依靠空穴效應和湍流效應。優(yōu)點是價格相對較低。適用于柔性、半柔性的顆粒狀物料。

高剪切機靠定轉(zhuǎn)子之間的相對高速運動產(chǎn)生的高剪切作用,使物料剪切、撕裂和混合。同時,較強的空穴作用對物料顆粒進行分散、細化、均質(zhì)。優(yōu)點是處理量大,穩(wěn)定性好,設備耐用易維修。

微射流均質(zhì)機利用幾十到幾百微米左右噴嘴形成超音速射流,進行相互對撞和極強烈的剪切,在較高的均質(zhì)壓力, 產(chǎn)生較好的粒徑分布效果。優(yōu)點是高壓條件下可以連續(xù)化作業(yè)。


高壓均質(zhì)機高剪切機微射流均質(zhì)機
均質(zhì)機理高壓流體產(chǎn)生的空穴效應和湍流作用以轉(zhuǎn)子間相對運動產(chǎn)生的高剪切力為主,伴隨空穴效應超音速射流相互對撞進行極強烈的剪切
均質(zhì)效果均質(zhì)粒度小,穩(wěn)定性好均質(zhì)粒度達1μm以下, 穩(wěn)定性好, 混料、殺菌、均質(zhì)可同時完成更高的均質(zhì)壓力,更好的粒徑分布效果,粒度可達100 nm以內(nèi)

微射流均質(zhì)機關鍵指標

物料流經(jīng)單向閥后,在高壓腔泵里加壓,通過微米級的噴嘴,高速撞擊在乳化腔上,通過強烈的空穴,碰撞,剪切效應,得到足夠小而均一的粒徑分布。其關鍵指標如下:

均質(zhì)壓力

均質(zhì)過程中,能否穩(wěn)定達到物料所需均質(zhì)壓力,是均質(zhì)機選型的主要因素。

處理流量

設備的處理流量與設備選型、均質(zhì)壓力、物料粘度或濃度等因素有關。

溫度控制

對于許多溫度敏感、溫度影響性質(zhì)的物料而言,設備是否能夠?qū)崟r監(jiān)控進出料的溫度(進口溫度、出口溫度),其冷凝管的溫控效果能否滿足需求,是不可忽略的選型指標。

連續(xù)作業(yè)

在生產(chǎn)型設備的選型上,連續(xù)工作能力也是非常重要的選型要素。

均質(zhì)腔

微射流均質(zhì)機核心部件,其內(nèi)部固定的幾何角度構造對成品起到直接的作用?,F(xiàn)基本采用“Y”型或“Z”型構造的均質(zhì)腔。

“Y”型均質(zhì)腔,物料流體在加速過程中被分為兩股細流,通過微管通道后正面碰撞混合,在獲得較高的結(jié)合相對速度時其本身所受的碰撞力較為柔和,有利于混合、乳化作用。

“Z”型均質(zhì)腔,物料流在高速通過微管通道時受到的高剪切力首先將自身粒徑減小,緊接著其與均質(zhì)腔內(nèi)壁產(chǎn)生的高碰撞力進一步對物料進行去團聚、松團作用,有利于降低粒徑分布、去團聚、分散等作用

參考資料 

[1]董樹. 高壓微射流參數(shù)對均質(zhì)性能影響的數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 齊魯工業(yè)大學.

[2]李存紅, 侯艷, 符德學. 高壓均質(zhì),高剪切乳化,微射流均質(zhì)的比較及在食品方面的應用[J]. 焦作大學學報, 2020. 

[3]吳雪, 劉斌, 馮濤. 微射流均質(zhì)機的超微粉碎機理分析[J]. 食品與機械, 2009(3):4.


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