高壓均質(zhì)機的工作原理及應用

1. 高壓均質(zhì)機以高壓往復泵（欲了解往復泵原理請點(diǎn)擊此處）為動(dòng)力傳遞及物料輸送機構，將物料輸送至工作閥（一級均質(zhì)閥及二級乳化閥）部分。要處理物料在通過(guò)工作閥的過(guò)程中，在高壓下產(chǎn)生強烈的剪切、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化。

2. 工作閥原理示意圖及顆粒細化原理簡(jiǎn)介：

如圖2所示，物料在尚未通過(guò)工作閥時(shí)，一級均質(zhì)閥和二級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制地擠開(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)一級均質(zhì)閥（序號1、2、3）時(shí)，壓力從P1突降至P2，也就隨著(zhù)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域內產(chǎn)生類(lèi)似爆炸效應的強烈的空穴作用，同時(shí)伴隨著(zhù)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，如此強烈地綜合作用，從而使顆粒得到超微細化。一般來(lái)說(shuō)，P2的壓力（即乳化壓力）調得很低，二級乳化閥的作用主要是使已經(jīng)細化的顆粒分布得更加均勻一些。據美國Gaulin公司的資料介紹，絕大部分情況下，單單使用一級均質(zhì)閥即可獲得理想的效果。3. 相對于離心式分散乳化設備（如膠體磨、高剪切混合乳化機等），高壓均質(zhì)機的特點(diǎn)是：
1）細化作用更為強烈。這是因為工作閥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)被料液強制擠出了一條狹縫；而離心式乳化設備的轉定子之間為滿(mǎn)足高速旋轉并且不產(chǎn)生過(guò)多的熱量，必然有較大的間隙（相對均質(zhì)閥而言）；同時(shí)，由于均質(zhì)機的傳動(dòng)機構是容積式往復泵，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，細化效果就越好。
2）均質(zhì)機的細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)機能定量輸送物料，因為它依靠往復泵送料。
4）均質(zhì)機耗能較大。
5）均質(zhì)機的易損使較多，維護工作量較大，特別在壓力很高的情況下。
6）均質(zhì)機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)機的分類(lèi)：

1、按結構型式分為立式整體型均質(zhì)機和臥式組合型均質(zhì)機。前者一般適用于中小型設備（功率在45kw以下）；后者適用于大型設備（功率在45kw以上）。目前國內大多數廠(chǎng)家生產(chǎn)的都是立式整體型均質(zhì)機。這種型式結構緊湊，外形美觀(guān)占地面積小。但對大型設備而言，穩定性就成了主要的問(wèn)題。所謂臥式組合型均質(zhì)機指的是電機、減速箱、曲軸箱、潤滑站等相對獨立成塊，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。整機重心低、運轉平穩、檢修方便。1995年5月為給世界上最著(zhù)名的化工企業(yè)之一德國B(niǎo)ASF公司配套高質(zhì)量的大噸位均質(zhì)機，我們研制了國內第一臺大型臥式均質(zhì)機。在此基礎上通過(guò)幾年的實(shí)踐，該產(chǎn)品形成十幾個(gè)規格的系列，最大功率達160kw（對應流量20t/h，壓力22MPa）經(jīng)上?？萍记闆r所計算機聯(lián)機檢索證明為國內首創(chuàng ) ，技術(shù)水準接近國際先進(jìn)水平。
2、按柱塞每分鐘的往復次數分為普通型均質(zhì)機和低速型均質(zhì)機。美國Gaulin公司將柱塞每分鐘往復次數在145次以下劃為低速型，在145次以上的稱(chēng)為普通型。均質(zhì)機曲軸的轉速(即同比決定柱塞的往復頻率)是決定整機性能的最關(guān)鍵的因素之一。在材質(zhì)、加工精度、結構等相同的情況下，在一定范圍內轉速越低，則各磨擦副(如軸與瓦、柱塞與密封等)在單位時(shí)間內的磨損度、泵體內各受力零件(如閥芯、閥座等)在同等時(shí)間內的損壞程度均大幅度降低，且設備運轉的穩定性也大大提高。所以該系列特別適合于長(cháng)時(shí)間使用的場(chǎng)合。我廠(chǎng)在1995年率先開(kāi)發(fā)的LS系列低速高速能均質(zhì)機以?xún)?yōu)異的性能迅速在全國得到推廣，截至1999年已有國內外400多家 用戶(hù)選用。

3、按控制方式可分為手動(dòng)控制式、手調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)上占主導地位。如果整條生產(chǎn)線(xiàn)都是自動(dòng)控制的，可選用全自動(dòng)控制均質(zhì)機。關(guān)于全自動(dòng)控制均質(zhì)機，可參閱《均質(zhì)機、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)機和實(shí)驗型均質(zhì)機。相對于其它廠(chǎng)家的產(chǎn)品，我廠(chǎng)生產(chǎn)的JHG系列實(shí)驗型均質(zhì)機具有以下特點(diǎn)：1)采用柱塞水平運動(dòng)結構，與柱塞垂直(上下)運動(dòng)的實(shí)驗機相比，其柱塞處可噴淋冷卻水，從而延長(cháng)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(guān)且操作方便，并可加輪子方便搬運。

5、按均質(zhì)機在生產(chǎn)線(xiàn)上的位置可分為上游均質(zhì)機和下游均質(zhì)機。一般在滅菌前使用的均質(zhì)機稱(chēng)上游均質(zhì)機，在滅菌后使用的均質(zhì)機稱(chēng)下游均質(zhì)機。通常前者采用一般的均質(zhì)機即可，而后者要采用無(wú)菌均質(zhì)機。所謂無(wú)菌均質(zhì)機，就是將均質(zhì)機柱塞處的動(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)機可作為無(wú)菌設備在殺菌后使用。如果有此類(lèi)需要，我們將樂(lè )意提供該類(lèi)設備。

二. 高壓均質(zhì)機的選型(對照《均質(zhì)機參數價(jià)目表》)

(1) 選擇普通型還是低速型？對應于同樣的流量和壓力，普通型均質(zhì)機的單價(jià)要比低速型機的單價(jià)要低。所以綜合考慮價(jià)格性能因素，我們建議：如果設備每天的運轉時(shí)間在10小時(shí)以?xún)?，則可考慮用普通型(HOMG系列)；如果設備每天的運轉時(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)；如果工況為連續使用型，即連續幾天或幾十天連續不停地使用，則要作為特殊工況單獨考慮。
(2) 關(guān)于流量：用戶(hù)在使用過(guò)程中，會(huì )發(fā)現很多情況下實(shí)際流量比制造商所提供的性能參數中標定的設備流量要小一些。這主要是由以下原因造成的：
a) 粘度：用戶(hù)所處理的物料是千變萬(wàn)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：

粘度與容積效率的關(guān)系（僅供參考）

b) 壓力：壓力對容量效率的影響很大，尤在壓力很高的情況下。因為在高壓下，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)泵體內閥芯閥座的內泄漏也增加了。
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(xiàn)的產(chǎn)量必須嚴格保持一致，那么最好采用變頻調速的方式使流量無(wú)級可調。

(3) 關(guān)于壓力：壓力越高，細化效果越好；但同時(shí)，壓力越高，設備價(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，運行費用越大。有必要了解的是，壓力和細化效果呈根號曲線(xiàn)關(guān)系，而壓力與運行費用接近于正比例。
所以，在選擇壓力參數時(shí)，我們建議采用以下原則：在達到經(jīng)濟破碎效果的前提下，使用壓力越小越好。在使用壓力選定后，再根據制造商提供的設備性能參數表，選擇標定的額定壓力大于使用壓力的設備即可。

三. 應用簡(jiǎn)介

　　均質(zhì)機操作獨特的原理為無(wú)數工藝流程的革新以及各種新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應用提供了簡(jiǎn)便而卓有成效的途徑，均質(zhì)機的作用主要有：提高產(chǎn)品的均勻度和穩定性；增加保質(zhì)期；減少反應時(shí)間從而節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)養液，食品添加劑，各種調味品等。
2 化妝品行業(yè)：洗滌劑，調理劑，潤膚露，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)機在生物工程上的應用愈來(lái)愈受到重視，這主要是因為高壓均質(zhì)機
　能夠高效率地對細胞壁進(jìn)行破碎從而提取其內含物：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)機的應用：
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(zhù)科學(xué)的依據。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)也就不難理解國外化妝品行業(yè)為什么會(huì )大量使用高壓均質(zhì)機。
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，因為吸收率提高意味著(zhù)達到同樣效果時(shí)所用原料的減少，也即意味著(zhù)生產(chǎn)成本的降低。怎樣達到這個(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的表面積越大，所以吸收的效率越高。而高壓均質(zhì)機的作用就是使介質(zhì)的顆粒極度細化（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定性等優(yōu)點(diǎn)，從而使成品的外觀(guān)也大大改善，所以在較昂貴的口服液中使用高壓均質(zhì)機的效益是顯而易見(jiàn)的。
3 根據第2條敘述的原理，相信大家不難理解使用高壓均質(zhì)機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)機的工作介質(zhì)是流體，那么在粉狀產(chǎn)品中又是如何應用的呢？這個(gè)問(wèn)題再簡(jiǎn)單不過(guò)：用高壓均質(zhì)機細化后，在進(jìn)行干燥即可得到高質(zhì)量的粉狀產(chǎn)品。