高压均质机工作原理及特点

高压均质机工作原理及特点

高压均质机以高压往复泵为动力传递及物料输送机构，将物料输送至工作阀(一级均质阀及二级乳化阀)部分。要处理物料在通过工作阀的过程中，在高压下产生强烈的剪切、撞击和空穴作用，从而使液态物质或以液体为载体的固体颗粒得到超微细化。 
    工作阀原理示意图及颗粒细化原理简介： 

 

图1:物料被输送至工作阀进口(尚未通过工作阀) 图2:物料源源不断地通过一级均质阀和二级乳化阀

    如图1所示，物料在尚未通过工作阀时，一级均质阀和二级乳化阀的阀芯和阀座在力F1和F2的作用下均紧密地贴合在一起。物料在通过工作阀时(如图2)，阀芯和阀座都被物料强制地挤开一 条狭缝，同时分别产生压力P1和P2以平衡力F1和F2。物料在通过一级均质阀(序号1、2、3)时，压力从P1突降至P2，也就随着这压力能的突然释放，在阀芯、阀座和冲击环这三者组成的狭小区域内产生类似爆炸效应的强烈的空穴作用，同时伴随着物料通过阀芯和阀座间的狭缝产生的剪切作用以及与冲击环撞击产生的高速撞击作用，如此强烈地综合作用，从而使颗粒得到超微细化。一般来说，P2的压力(即乳化压力)调得很低，二级乳化阀的作用主要是使已经细化的颗粒分布得更加均匀一些。据美国Gaulin公司的资料介绍，绝大部分情况下，单单使用一级均质阀即可获得理想的效果。

    主要优缺点： 
    相对于离心式分散乳化设备(如胶体磨、高剪切混合乳化机等)），高压均质机的特点是1)）细化作用更为强烈。这是因为工作阀的阀芯和阀座之间在初始位是紧密贴合的，只是在工作时被料液强制挤出了一条狭缝；而离心式乳化设备的转定子之间为满足高速旋转并且不产生过多的热量，必然有较大的间隙(相对均质阀而言)；同时，由于均质机的传动机构是容积式往复泵，所以从理论上说，均质压力可以无限地提高，而压力越高，细化效果就越好。2)均质机的细化作用主要是利用了物料间的相互作用，所以物料的发热量较小，因而能保持物料的性能基本不变。3)均质机能定量输送物料，因为它依靠往复泵送料。4)均质机耗能较大5)均质机的易损使较多，维护工作量较大，特别在压力很高的情况下6)均质机不适合于粘度很高的情况.

高压均质机的分类：
     按结构型式分为立式整体型均质机和卧式组合型均质机。前者一般适用于中小型设备(功率在45kw以下)；后者适用于大型设备(功率在45kw以上)。目前国内大多数厂家生产的都是立式整体型均质机。这种型式结构紧凑，外形美观占地面积小。但对大型设备而言，稳定性就成了主要的问题。所谓卧式组合型均质机指的是电机、减速箱、曲轴箱、润滑站等相对独立成块，并分布在同一水平面上，通过皮带(轮)、联轴器、油管等连成一体。整机重心低、运转平稳、检修方便。1995年5月为给世界上最著名的化工企业之一德国BASF公司配套高质量的大吨位均质机，我们研制了国内第一台大型卧式均质机。在此基础上通过几年的实践，该产品形成十几个规格的系列，最大功率达150kw(对应流量20t/h，压力22Mpa)。经上海科技情况所计算机联机检索证明为国内首创，技术水准接近国际先进水平。
按柱塞每分钟的往复次数分为普通型均质机和低速型均质机。美国Gaulin公司将柱塞每分钟往复次数在150次以下划为低速型，在150次以上的称为普通型。均质机曲轴的 转速(即同比决定柱塞的往复频率)是决定整机性能的最关键的因素之一。在材质、加工精度、结构等相同的情况下，在一定范围内转速越低，则各磨擦副(如轴与瓦、柱塞与密封等)在单位时间内的磨损度、泵体内各受力零件(如阀芯、阀座等)在同等时间内的损坏程度均大幅度降低，且设备运转的稳定性也大大提高。所以该系列特别适合于长时间使用的场合。我厂在1995年率先开发的LS系列低速高速能均质机以优异的性能迅速在全国得到推广，截至1999年已有国内外400多家用户选用。 
    按控制方式可分为手动控制式、手调液力控制式以及全自动控制式。目前，手动控制式在市场上占主导地位。如果整条生产线都是自动控制的，可选用全自动控制均质机。关于全自动控制均质机，可参阅《均质机、喷雾泵自动控制技术》 
     按使用情况可分为生产用均质机和实验型均质机。相对于其它厂家的产品，我厂生产的JHG系列实验型均质机具有以下特点：1)采用柱塞水平运动结构，与柱塞垂直(上下)运动的实验机相比，其柱塞处可喷淋冷却水，从而延长柱塞密封圈的寿命 2)物料泄漏后不会进入油箱 3)立方体形的整体造型，美观且操作方便，并可加轮子方便搬运。 

 

     按均质机在生产线上的位置可分为上游均质机和下游均质机。一般在灭菌前使用的均质机称上游均质机，在灭菌后使用的均质机称下游均质机。通常前者采用一般的均质机即可，而后者要采用无菌均质机。所谓无菌均质机，就是将均质机柱塞处的动密封泄漏点以及进出口的静密封处的泄漏点通过蒸汽(或过热水)与大气隔绝，这样的均质机可作为无菌设备在杀菌后使用。如果有此类需要，我们将乐意提供该类设备。 

       

  高压均质机的选型

    (1)选择普通型还是低速型？对应于同样的流量和压力，普通型均质机的单价要比低速型机的单价要低。所以综合考虑价格性能因素，我们建议：如果设备每天的运转时间在10小时以内，则可考虑用普通型(HOMG系列)；如果设备每天的运转时间在10小时以上18小时以下，建议选择低速型(LS系列)；如果工况为连续使用型，即连续几天或几十天连续不停地使用，则要作为特殊工况单独考虑。

    (2)关于流量：用户在使用过程中，会发现很多情况下实际流量比制造商所提供的性能参数中标定的设备流量要小一些。这主要是由以下原因造成的：a)粘度：用户所处理的物料是千变万化的，其粘度差别很大。一般来说，物料的粘度越高，其容量效率越低(即流量损失越大)，参见下表：

粘度（CST）	100	1000	2000	6000	10000
容积效率	92%	91%	90.5%	80%	59%

粘度与容积效率的关系（仅供参考）

b)压力：压力对容量效率的影响很大，特别在压力很高等情况下。这是因为，在高压下，通常被视为不可压缩的流体成了弹性体；同时，压力越高，通过泵体内阀芯阀座的内泄漏也增加了 c)进料方式：一般来说，压力进料比自吸进料的容积效率要高一些。

    综上所述，我们建议： a)所处理物料的粘度越大，所使用的压力越高，则所选择的设备流量就要留更多的裕量 b)尽量采用压力进料，进料压力在1.5kgf/cm2左右 c)如果整条生产线的产量必须严格保持一致，那么最好采用变频调速的方式使流量无级可调。

    (3)关于压力：压力越高，细化效果越好；但同时，压力越高，设备价格也越高，耗电量也同比增大，同时易损件增多也就是说，压力越高，运行费用越大。有必要了解的是，压力和细化效果呈根号曲线关系，而压力与运行费用接近于正比例(见下图)

     所以，在选择压力参数时，我们建议采用以下原则：在达到经济破碎效果的前提下，使用压力越小越好。在使用压力选定后，再根据制造商提供的设备性能参数表，选择标定的额定压力大于使用压力的设备即可。

应 用 简 介

     均质机操作独特的原理为无数工艺流程的革新以及各种新产品的开发应用提供了简便而卓有成效的途径，均质机的作用主要有：提高产品的均匀度和稳定性；增加保质期；减少反应时间从而节省大量催化剂或添加剂；改变产品的稠度改善产品的口味和色泽等等，其典型的应用领域如下： 

    化工行业：油漆涂料，各种乳化剂，燃油重油消毒剂，杀虫剂，感光乳剂，橡胶浆，树脂胶，增稠剂，膨润土，香精，硅材料，碳黑，氧化镁，二氧化钛等。 
    化妆品行业：洗涤剂，调理剂，润肤露，香水等。食品饮料行业：豆乳、牛乳，花生乳，浓缩乳，奶油，混合乳酪，各种果肉型天然饮料，冰淇淋，花粉液等中西保健营养液，食品添加剂，各种调味品等。 
     制药行业：抗生素，抗酸剂，液浆制剂，静脉乳剂等。 
     生物工程技术：高压均质机在生物工程上的应用愈来愈受到重视，这主要是因为高压均质机能够高效率地对细胞壁进行破碎从而提取其内含物：如酶、朊等。

下面举几个具体的例子来简单说明一下均质机的应用： 

    为什么化妆品会被表皮吸收：经常听到化妆品广告中有这样的语句：渗入肌肤表层被肌肤完全吸收。事实上，被肌肤完全吸收是不可能的，但渗入肌肤表层却有着科学的依据。生物学告诉我们，人体表皮微孔的平均直径约在1.5微米，而绝大多数化妆品原料在450kgf/cm的均质压力作用后的平均颗粒度在1微米左右，这样化妆品渗入肌肤就不难理解了。同时也就不难理解国外化妆品行业为什么会大量使用高压均质机。 
    怎样提高鳖精，蜂皇浆，花粉口服液，药品等的人体吸收率：在这些比较贵重的产品的生产中，提高人体的吸收率有很大的意义，因为吸收率提高意味着达到同样效果时所用原料的减少，也即意味着生产成本的降低。怎样达到这个目的呢？大家知道，人体之所以会吸收是由于酶的作用，吸收效率很大程度上取决于酶促反应的面积。进入人体的物质其颗粒度越小则与酶接触起反应的表面积越大，所以吸收的效率越高。而高压均质机的作用就是使介质的颗粒极度细化(液-液均质平均粒度在1um以下)，何况均质后的产品还能得到不沉淀高胶状高稳定性等优点，从而使成品的外观也大大改善，所以在较昂贵的口服液中使用高压均质机的效益是显而易见的。 
    根据第2条叙述的原理，相信大家不难理解使用高压均质机后为什么可以提高化学催化剂，各种添加剂以及其它化工产品的功效。 
    有人问：既然均质机的工作介质是流体，那么在粉状产品中又是如何应用的呢？这个问题再简单不过：用高压均质机细化后，在进行干燥的粉状产品即可得到高质量