高压均质机 和高剪切均质机 的区别

高压均质机和高剪切均质机的区别及应用
在食品、 化工、 制药等行业均质技术已成为提高产品品质的关键。 目前国内食品行业使用的传统均质设备多为高压均质机、胶体磨、砂 磨和辊磨机等,近年来出现了新型的高剪切均质机设备。至于这些均 质设备在各行业中的应用,目前尚无人进行深入系统地研究。对此, 笔者针对目前主要使用的高压均质机和高剪切式均质机,从均质原 理、不同物料的工艺流程以及实验数据等方面进行了对比分析研究 1 均质机理分析
液体物料分散系中分散相颗粒或液滴破碎的直接原因是受到剪切力 和压力的作用。 引起剪切力和压力作用的具体流体力学效应主要有层 流效应、湍流效应和空穴效应。 层流效应会引起分散相颗粒或液滴的剪切和拉长; 湍流效应是在压力波动作用下引起分散相颗粒或液滴的随意变形; 空穴效应是使形成的小气泡瞬间破碎产生冲击波,而引起剧烈搅动。
高剪切均质机理 目前国内常用的剪切式均质机线速度多为 10～25 m/ s。实践证 明其均质效果并不理想。高剪切均质机指线速度达到 40～66 m/ s 的 剪切式均质机,其主要工作部件为 1 级或多级相互啮合的定转子,每 级定转子又有数层齿圈.

工作原理:转子带有叶片高速旋转产生强大的离心力场,在转子 中心形成很强的负压区,料液(液液、或液固相混合物)从定转子中心 被吸入,在离心力的作用下,物料由中心向四周扩散,在向四周扩散过 程中,物料首先受到叶片的搅拌,并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小 间隙内受到剪切,然后进入内圈转齿与定齿的窄小间隙内,在机械力 和流体力学效应的作用下,产生很大的剪切、摩擦、撞击以及物料间 的相互碰撞和摩擦作用而使分散相颗粒或液滴破碎。 随着转齿的线速 度由内圈向外圈逐渐增高,粉碎环境不断改善,物料在向外圈运动过 程中受到越来越强烈地剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被粉碎得越 来越细从而达到均质乳化目的。 影响分散乳化结果的因素有以下几点
1 分散头的形式（批次式和连续式）（连续式比批次好） 2 分散头的剪切速率 （越大，效果越好）

3 分散头的齿形结构（分为初齿，中齿，细齿，超细齿，约细齿 效果越好） 4 物料在分散墙体的停留时间，乳化分散时间（可以看作同等的 电机，流量越小，效果越好） 5 循环次数（越多，效果越好，到设备的期限，就不能再好）
线速度的计算 剪切速率的定义是两表面之间液体层的相对速率。 – 剪切速率 (s-1) = v 速率 (m/s) g 定-转子 间距 (m) 由上可知，剪切速率取决于以下因素： – 转子的线速率 – 在这种请况下两表面间的距离为转子-定子 间距。 IKN 定-转子的间距范围为 0.2 ~ 0.4 mm
速率 V= 3.14 X D（转子直径）X 转速 RPM / 60 超高速分散均质乳化机的高的转速和剪切率对于获得超细微悬浮液 是最重要的。根据一些行业特殊要求，依肯公司在 ERS2000 系列的基 础上又开发出 ERX2000 超高速剪切乳化机机。其剪切速率可以超过 200.00 rpm，转子的速度可以达到 66m/s。在该速度范围内，由剪切 力所造成的湍流结合专门研制的电机可以使粒径范围小到纳米级。 剪 切力更强，乳液的粒经分布更窄。

同时,在转子中心负压区,当压力低于液体的饱和蒸汽压(或空气分 离压)时,产生大量气泡,气泡随液体流向定转子齿圈中被剪碎或随压 力升高而溃灭。 溃灭瞬间,在汽泡的中心形成一股微射流,射流速度可 达 100 m/ s ,甚至 300 m/ s ,其产生的冲击力可用水锤压力公式估 算,即 P = ρ CaC ,其中ρ 为液体密度; Ca 为液体中的声速; C 为微 射流速度。设 C 为 100 m/ s ,则产生的脉冲压力就接近 200M Pa , 这就是空穴效应。强大的压力波可使软性、半软性颗粒被粉碎,或硬 性团聚的细小颗粒被分散。 由分析可知,物料在定转子腔内被均质的机理较复杂,笔者认为 剪切起主导作用,其次是空穴作用。
高压均质机理 高压均质是利用高压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强 大的剪切力、 液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力 突降与突升而产生的空穴爆炸力等等综合力的作用,把原先颗粒比较 粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮 液的过程。被均质物料通过阀座与阀杆间大小可调的间隙 h (一般为 011 mm)时,其流速在瞬间被加速到 200～300 m/ s ,从而产生巨大的 压力降,当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压(或空气分离压) 时,液体就开始“沸腾”,迅速“汽化”,内部产生大量汽泡。含有大

量微汽泡的液体朝缝隙出口流出,流速逐渐降低,压力又随之提高,压 力增加到一定值时,液体中的汽泡突然破灭而重新凝结,汽泡在瞬时 大量生成和溃灭就形成了空穴现象。空穴现象似无数的微型炸弹,能 量强烈释放产生强烈的高频振动,同时伴随着强烈的湍流产生的强烈 的剪切力,液体中的软性、半软性颗粒就在空穴、湍流的剪切力的共 同作用下被粉碎成微粒 ,其中空穴效应所起作用被认为较大。 被粉碎 的微粒接着又高速冲击到冲击环上 ,被进一步粉碎和分散。 \
比较与分析
通过以上分析可知 ,高剪切均质机主要是由于定转子之间相对 的高速运动产生的高剪切作用 ,同时伴随着较强的空穴作用对物料 颗粒进行分散、细化、均质的 ;而高压均质机主要是靠高压流体产生 的强烈、 充分的空穴效应和湍流作用使流体分散相中的颗粒破碎达到 均质目的。 不难理解 ,由于极强烈的空穴作用 ,高压均质机对处理软 性、 半软性的颗粒状物料比较合适 ;研究发现对于纤维的粉碎最有效 的力场是剪切力和研磨力 ,常温下冲击力对纤维是无能为力的 ,而 高剪切均质机能对物料产生强烈的剪切与研磨作用 ,因此高剪切均 质机比较适合处理含纤维较多或者理,容易出现稀奶油层 ,较硬的颗 粒物料。
均质机主要分为两种：高剪切均质机与高压均质机。 高剪切均质机与高压均质机作用的区别：
名称
高剪切均质机
高压均质机