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高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理及應(yīng)用

 

物料在尚未通過(guò)工作閥時(shí),一級(jí)均質(zhì)閥和二級(jí)乳化閥的閥芯和閥座在力F1和F2的作用下均緊密地貼合在一起。物料在通過(guò)工作閥時(shí)(如圖3),閥芯和閥座都被物料強(qiáng)制地?cái)D開(kāi)一條狹縫,同時(shí)分別產(chǎn)生壓力P1和P2以平衡力F1和F2。物料在通過(guò)一級(jí)均質(zhì)閥(序號(hào)1、2、3)時(shí),壓力從P1突降至P2,也就隨著這壓力能的突然釋放,在閥芯、閥座和沖擊環(huán)這三者組成的狹小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生類似爆炸效應(yīng)的強(qiáng)烈的空穴作用,同時(shí)伴隨著物料通過(guò)閥芯和閥座間的狹縫產(chǎn)生的剪切作用以及與沖擊環(huán)撞擊產(chǎn)生的高速撞擊作用,如此強(qiáng)烈地綜合作用,從而使顆粒得到超微細(xì)化。一般來(lái)說(shuō),P2的壓力(即乳化壓力)調(diào)得很低,二級(jí)乳化閥的作用主要是使已經(jīng)細(xì)化的顆粒分布得更加均勻一些。據(jù)美國(guó)Gaulin公司的資料介紹,絕大部分情況下,單單使用一級(jí)均質(zhì)閥即可獲得理想的效果。

3. 相對(duì)于離心式分散乳化設(shè)備(如膠體磨、高剪切混合乳化機(jī)等),高壓均質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)是:
1)細(xì)化作用更為強(qiáng)烈。這是因?yàn)楣ぷ鏖y的閥芯和閥座之間在初始位是緊密貼合的,只是在工作時(shí)被料液強(qiáng)制擠出了一條狹縫;而離心式乳化設(shè)備的轉(zhuǎn)定子之間為滿足高速旋轉(zhuǎn)并且不產(chǎn)生過(guò)多的熱量,必然有較大的間隙(相對(duì)均質(zhì)閥而言);同時(shí),由于均質(zhì)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是容積式往復(fù)泵,所以從理論上說(shuō),均質(zhì)壓力可以無(wú)限地提高,而壓力越高,細(xì)化效果就越好。
2)均質(zhì)機(jī)的細(xì)化作用主要是利用了物料間的相互作用,所以物料的發(fā)熱量較小,因而能保持物料的性能基本不變。
3)均質(zhì)機(jī)能定量輸送物料,因?yàn)樗揽客鶑?fù)泵送料。
4)均質(zhì)機(jī)耗能較大。
5)均質(zhì)機(jī)的易損使較多,維護(hù)工作量較大,特別在壓力很高的情況下。
6)均質(zhì)機(jī)不適合于粘度很高的情況。
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1、按結(jié)構(gòu)型式分為立式整體型均質(zhì)機(jī)和臥式組合型均質(zhì)機(jī)。前者一般適用于中小型設(shè)備(功率在45kw以下);后者適用于大型設(shè)備(功率在45kw以上)。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)的都是立式整體型均質(zhì)機(jī)。這種型式結(jié)構(gòu)緊湊,外形美觀占地面積小。但對(duì)大型設(shè)備而言,穩(wěn)定性就成了主要的問(wèn)題。所謂臥式組合型均質(zhì)機(jī)指的是電機(jī)、減速箱、曲軸箱、潤(rùn)滑站等相對(duì)獨(dú)立成塊,并分布在同一水平面上,通過(guò)皮帶(輪)、聯(lián)軸器、油管等連成一體。整機(jī)重心低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、檢修方便。1995年5月為給世界上最著名的化工企業(yè)之一德國(guó)BASF公司配套高質(zhì)量的大噸位均質(zhì)機(jī),我們研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)大型臥式均質(zhì)機(jī)。在此基礎(chǔ)上通過(guò)幾年的實(shí)踐,該產(chǎn)品形成十幾個(gè)規(guī)格的系列,最大功率達(dá)160kw(對(duì)應(yīng)流量20t/h,壓力22MPa)經(jīng)上??萍记闆r所計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)檢索證明為國(guó)內(nèi)首創(chuàng) ,技術(shù)水準(zhǔn)接近國(guó)際先進(jìn)水平。

2、按柱塞每分鐘的往復(fù)次數(shù)分為普通型均質(zhì)機(jī)和低速型均質(zhì)機(jī)。美國(guó)Gaulin公司將柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù)在145次以下劃為低速型,在145次以上的稱為普通型。均質(zhì)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速(即同比決定柱塞的往復(fù)頻率)是決定整機(jī)性能的最關(guān)鍵的因素之一。在材質(zhì)、加工精度、結(jié)構(gòu)等相同的情況下,在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越低,則各磨擦副(如軸與瓦、柱塞與密封等)在單位時(shí)間內(nèi)的磨損度、泵體內(nèi)各受力零件(如閥芯、閥座等)在同等時(shí)間內(nèi)的損壞程度均大幅度降低,且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性也大大提高。所以該系列特別適合于長(zhǎng)時(shí)間使用的場(chǎng)合。我廠在1995年率先開(kāi)發(fā)的LS系列低速高速能均質(zhì)機(jī)以優(yōu)異的性能迅速在全國(guó)得到推廣,截至1999年已有國(guó)內(nèi)外400多家 用戶選用。

3、按控制方式可分為手動(dòng)控制式、手調(diào)液力控制式以及自動(dòng)液壓控制式。目前,手動(dòng)控制式在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。如果整條生產(chǎn)線都是自動(dòng)控制的,可選用全自動(dòng)控制均質(zhì)機(jī)。關(guān)于全自動(dòng)控制均質(zhì)機(jī),可參閱《均質(zhì)機(jī)、噴霧泵自動(dòng)控制技術(shù)》。

4、按使用情況可分為生產(chǎn)用均質(zhì)機(jī)和實(shí)驗(yàn)型均質(zhì)機(jī)。相對(duì)于其它廠家的產(chǎn)品,我廠生產(chǎn)的JHG系列實(shí)驗(yàn)型均質(zhì)機(jī)具有以下特點(diǎn):1)采用柱塞水平運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),與柱塞垂直(上下)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)機(jī)相比,其柱塞處可噴淋冷卻水,從而延長(zhǎng)柱塞密封圈的壽命。2)物料泄漏后不會(huì)進(jìn)入油箱3)立方體形的整體造型,美觀且操作方便,并可加輪子方便搬運(yùn)。

5、按均質(zhì)機(jī)在生產(chǎn)線上的位置可分為上游均質(zhì)機(jī)和下游均質(zhì)機(jī)。一般在滅菌前使用的均質(zhì)機(jī)稱上游均質(zhì)機(jī),在滅菌后使用的均質(zhì)機(jī)稱下游均質(zhì)機(jī)。通常前者采用一般的均質(zhì)機(jī)即可,而后者要采用無(wú)菌均質(zhì)機(jī)。所謂無(wú)菌均質(zhì)機(jī),就是將均質(zhì)機(jī)柱塞處的動(dòng)密封泄漏點(diǎn)以及進(jìn)出口的靜密封處的泄漏點(diǎn)通過(guò)蒸汽(或過(guò)熱水)與大氣隔絕,這樣的均質(zhì)機(jī)可作為無(wú)菌設(shè)備在殺菌后使用。如果有此類需要,我們將樂(lè)意提供該類設(shè)備。

二. 高壓均質(zhì)機(jī)的選型(對(duì)照《均質(zhì)機(jī)參數(shù)價(jià)目表》)

(1) 選擇普通型還是低速型?對(duì)應(yīng)于同樣的流量和壓力,普通型均質(zhì)機(jī)的單價(jià)要比低速型機(jī)的單價(jià)要低。所以綜合考慮價(jià)格性能因素,我們建議:如果設(shè)備每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在10小時(shí)以內(nèi),則可考慮用普通型(HOMG系列);如果設(shè)備每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在10小時(shí)以上18 小時(shí)以下,建議選擇低速型(LS系列);如果工況為連續(xù)使用型,即連續(xù)幾天或幾十天連續(xù)不停地使用,則要作為特殊工況單獨(dú)考慮。
(2) 關(guān)于流量:用戶在使用過(guò)程中,會(huì)發(fā)現(xiàn)很多情況下實(shí)際流量比制造商所提供的性能參數(shù)中標(biāo)定的設(shè)備流量要小一些。這主要是由以下原因造成的:
a) 粘度:用戶所處理的物料是千變?nèi)f化的,其粘度差別很大。一般來(lái)說(shuō),物料的粘度越高,其容量效率越低,即流量損失越大,參見(jiàn)下表:

粘度(CST)

100

1000

2000

6000

10000

容積效率

2%

91%

90.50%

80%

59%

 

粘度與容積效率的關(guān)系(僅供參考)

b) 壓力:壓力對(duì)容量效率的影響很大,尤在壓力很高的情況下。因?yàn)樵诟邏合?,通常被視為不可壓縮的流體成了彈性體;同時(shí)壓力越高,通過(guò)泵體內(nèi)閥芯閥座的內(nèi)泄漏也增加了。
c) 進(jìn)料方式:一般來(lái)說(shuō),壓力進(jìn)料比自吸進(jìn)料的容積效率要高一些。

綜上所述,我們建議:
a) 所處理物料的粘度越大,所使用的壓力越高,則所選擇的設(shè)備流量就要留更多的裕量;
b) 盡量采用壓力進(jìn)料,進(jìn)料壓力在1.5kgf/cm2左右;
c) 如果整條生產(chǎn)線的產(chǎn)量必須嚴(yán)格保持一致,那么最好采用變頻調(diào)速的方式使流量無(wú)級(jí)可調(diào)。

(3) 關(guān)于壓力:壓力越高,細(xì)化效果越好;但同時(shí),壓力越高,設(shè)備價(jià)格也越高,耗電量也同比增大,同時(shí)易損件增多--也就是說(shuō),壓力越高,運(yùn)行費(fèi)用越大。有必要了解的是,壓力和細(xì)化效果呈根號(hào)曲線關(guān)系,而壓力與運(yùn)行費(fèi)用接近于正比例。
所以,在選擇壓力參數(shù)時(shí),我們建議采用以下原則:在達(dá)到經(jīng)濟(jì)破碎效果的前提下,使用壓力越小越好。在使用壓力選定后,再根據(jù)制造商提供的設(shè)備性能參數(shù)表,選擇標(biāo)定的額定壓力大于使用壓力的設(shè)備即可。

三. 應(yīng)用簡(jiǎn)介

  均質(zhì)機(jī)操作獨(dú)特的原理為無(wú)數(shù)工藝流程的革新以及各種新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了簡(jiǎn)便而卓有成效的途徑,均質(zhì)機(jī)的作用主要有:提高產(chǎn)品的均勻度和穩(wěn)定性;增加保質(zhì)期;減少反應(yīng)時(shí)間從而節(jié)省大量催化劑或添加劑;改變產(chǎn)品的稠度改善產(chǎn)品的口味和色澤等等,其典型的應(yīng)用領(lǐng)域如下:
1 食品飲料行業(yè):豆乳、牛乳,花生乳,濃縮乳,奶油,混合乳酪,各種果肉型天然飲料,冰
 淇淋,花粉液等中西保健營(yíng)養(yǎng)液,食品添加劑,各種調(diào)味品等。
2 化妝品行業(yè):洗滌劑,調(diào)理劑,潤(rùn)膚露,香水等。
3 化工行業(yè):油漆涂料,各種乳化劑,燃油重油消毒劑,殺蟲(chóng)劑,感光乳劑,橡膠漿,樹(shù)脂
 膠,增稠劑,膨潤(rùn)土,香精,硅材料,碳黑,氧化鎂,二氧化鈦等。
4 制藥行業(yè):抗生素,抗酸劑,液漿制劑,靜脈乳劑等。
5 生物工程技術(shù):高壓均質(zhì)機(jī)在生物工程上的應(yīng)用愈來(lái)愈受到重視,這主要是因?yàn)楦邏壕|(zhì)機(jī)
 能夠高效率地對(duì)細(xì)胞壁進(jìn)行破碎從而提取其內(nèi)含物:如酶、朊等。

下面舉幾個(gè)具體的例子來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明一下均質(zhì)機(jī)的應(yīng)用:
1 為什么化妝品會(huì)被表皮吸收:經(jīng)常聽(tīng)到化妝品廣告中有這樣的語(yǔ)句:滲入肌膚表層被肌膚完全吸收。事實(shí)上,被肌膚完全吸收是不可能的,但滲入肌膚表層卻有著科學(xué)的依據(jù)。生物學(xué)告訴我們,人體表皮微孔的平均直徑約在1.5微米,而絕大多數(shù)化妝品原料在450kgf/cm2的均質(zhì)壓力作用后的平均顆粒度在1微米左右,這樣化妝品滲入肌膚就不難理解了。同時(shí)也就不難理解國(guó)外化妝品行業(yè)為什么會(huì)大量使用高壓均質(zhì)機(jī)。
2 怎樣提高鱉精,蜂皇漿,花粉口服液,藥品等的人體吸收率:在這些比較貴重的產(chǎn)品的生產(chǎn)中,提高人體的吸收率有很大的意義,因?yàn)槲章侍岣咭馕吨_(dá)到同樣效果時(shí)所用原料的減少,也即意味著生產(chǎn)成本的降低。怎樣達(dá)到這個(gè)目的呢?大家知道,人體之所以會(huì)吸收是由于酶的作用,吸收效率很大程度上取決于酶促反應(yīng)的面積。進(jìn)入人體的物質(zhì)其顆粒度越小則與酶接觸起反應(yīng)的表面積越大,所以吸收的效率越高。而高壓均質(zhì)機(jī)的作用就是使介質(zhì)的顆粒極度細(xì)化(液-液均質(zhì)平均粒度在1um以下),何況均質(zhì)后的產(chǎn)品還能得到不沉淀高膠狀高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),從而使成品的外觀也大大改善,所以在較昂貴的口服液中使用高壓均質(zhì)機(jī)的效益是顯而易見(jiàn)的。
3 根據(jù)第2條敘述的原理,相信大家不難理解使用高壓均質(zhì)機(jī)后為什么可以提高化學(xué)催化劑,各種添加劑以及其它化工產(chǎn)品的功效。
有人問(wèn):既然均質(zhì)機(jī)的工作介質(zhì)是流體,那么在粉狀產(chǎn)品中又是如何應(yīng)用的呢?這個(gè)問(wèn)題再簡(jiǎn)單不過(guò):用高壓均質(zhì)機(jī)細(xì)化后,在進(jìn)行干燥即可得到高質(zhì)量的粉狀產(chǎn)品。

 

 

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