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高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理及應(yīng)用

1. 高壓均質(zhì)機(jī)以高壓往復(fù)泵（欲了解往復(fù)泵原理請(qǐng)點(diǎn)擊此處）為動(dòng)力傳遞及物料輸送機(jī)構(gòu)，將物料輸送至工作閥（一級(jí)均質(zhì)閥及二級(jí)乳化閥）部分。要處理物料在通過工作閥的過程中，在高壓下產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、撞擊和空穴作用，從而使液態(tài)物質(zhì)或以液體為載體的固體顆粒得到超微細(xì)化。

2. 工作閥原理示意圖及顆粒細(xì)化原理簡(jiǎn)介：

如圖2所示，物料在尚未通過工作閥時(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。物料在通過工作閥時(shí)（如圖3），閥芯和閥座都被物料強(qiáng)制地?cái)D開一條狹縫，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。一般來說，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，均質(zhì)壓力可以無限地提高，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。似懂非懂所得稅法

一. 高壓均質(zhì)機(jī)的分類：

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)上海科技情況所計(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，而后者要采用無菌均質(zhì)機(jī)。所謂無菌均質(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)通過蒸汽(或過熱水)與大氣隔絕，這樣的均質(zhì)機(jī)可作為無菌設(shè)備在殺菌后使用。如果有此類需要，我們將樂意提供該類設(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。一般來說，物料的粘度越高，其容量效率越低，即流量損失越大，參見下表：

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：一般來說，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，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)特的原理為無數(shù)工藝流程的革新以及各種新產(chǎn)品的開發(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，殺蟲劑，感光乳劑，橡膠漿，樹脂
　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)具體的例子來簡(jiǎn)單說明一下均質(zhì)機(jī)的應(yīng)用：
1 為什么化妝品會(huì)被表皮吸收：經(jīng)常聽到化妝品廣告中有這樣的語句：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：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)問題再簡(jiǎn)單不過：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。