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超高壓均質機(ultra-high pressure homogenizer)是高壓均質機(high pressure homogenizer)的一種。 當均質機的壓力達到或超過20000psi（1psi=1英磅/平方英寸) 以上時，高壓均質機稱為超高壓均質機。它可以使懸濁液狀態(tài)的物料在超高壓（最高可達60000psi）作用下，高速流過具有特殊內部結構的容腔（高壓均質腔），使物料發(fā)生物理、化學、結構性質等一系列變化，最終達到均質的效果。 超高壓均質機相比高壓均質機有更高的壓力，一般在納米級均質過程使用。
超高壓均質機是我們根據(jù)國際九十年代最新技術研制成功的新產(chǎn)品。用于對粘度低于0.2Pa.s，溫度低于80攝氏度液體物料（液-液相或液-固相）的均質乳化。如乳品、飲料、化妝品、藥品等產(chǎn)品的均質、乳化。 該產(chǎn)品工作時是通過三柱塞往復泵將被加工物料以高壓形式送至均質閥，使物料流經(jīng)閥盤與閥座微小間隙的瞬間受到湍流、空穴、剪切等復合力的作用，達到均質、乳化的目的。
優(yōu)點
1. 更好的穩(wěn)定性
2. 改善了保存質量
3. 改善了均質性
4. 更好的吸收質量
5. 節(jié)省了昂貴的添加劑
6. 改變粘度
7. 減少反應時間
8. 可用于細胞切裂
技術參數(shù)
1. 額定壓力
2. 額定流量
3. 額定頻率
4. 降溫系統(tǒng)
5. 控制系統(tǒng)
6. 材質級別
7. 重量和外形尺寸
8. 其它參數(shù)
型號規(guī)格
流量
?。↙/H）
工作壓力上限
?。∕pa）
工作壓力（MPa）
重量（㎏）
外形尺(cm)
功率（Kw）
GJB1000-25
1000
25
0~20
700
100×75×110
7.5
GJB1500-25
1500
25
0~20
720
100×75×110
11
GJB1000-30
1000
30
0~24
720
100×75×110
11
GJB5000-20
5000
20
0~16
1500
130×125×150
37
GJB2000-25
2000
25
0~20
1150
120×105×140
15/18.5
GJB2500-25
2500
25
0~20
1250
130×106×145
22
GJB3000-25
3000
25
0~20
1350
130×110×145
22/30
GJB4000-25
4000
25
0~20
1400
130×125×150
37
GJB2000-30
2000
30
0~24
1350
130×125×145
22
GJB1000-40
1000
40
0~32
1200
120×105×140
15
GJB1500-40
1500
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130×120×145
22
GJB2000-40
2000
40
0~32
1400
130×120×145
30
GJB2500-40
2500
40
0~32
1500
130×125×150
37
GJB1000-60
1000
60
0~48
1350
130×120×145
22
GJB1500-60
1500
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1500
130×125×150
30
GJB1000-80
1000
80
0~64
1500
130×125×150
30
GJB5000-25
5000
25
0~20
2000
210×110×105
45
GJB6000-25
6000
25
0~20
2450
250×130×110
55
GJB7000-25
7000
25
0~20
2550
250×130×110
65
GJB5000-30
5000
30
0~24
2000
210×110×105
45
GJB6000-30
6000
30
0~24
2500
250×130×110
55
GJB4000-32
4000
32
0~25.6
2000
210×110×105
45
溫馨提示：
1、圖表中高壓均質機參數(shù)均為標準參數(shù)，如有特殊要求請?zhí)岢觥?/p>
2、高壓均質機選型需提供的參數(shù)：物料性質、處理量、電壓等。
高壓均質機和高剪切均質機的區(qū)別及應用
在食品、化工、制藥等行業(yè)均質技術已成為提高產(chǎn)品品質的關鍵。目前國內食品行業(yè)使用的傳統(tǒng)均質設備多為高壓均質機、膠體磨、砂磨和輥磨機等,近年來出現(xiàn)了新型的高剪切均質機設備。至于這些均質設備在各行業(yè)中的應用,目前尚無人進行深入系統(tǒng)地研究。對此,筆者針對目前主要使用的高壓均質機和高剪切式均質機,從均質原理、不同物料的工藝流程以及實驗數(shù)據(jù)等方面進行了對比分析研究
1 均質機原理分析
液體物料分散系中分散相顆?；蛞旱纹扑榈闹苯釉蚴鞘艿郊羟辛蛪毫Φ淖饔谩Ｒ鸺羟辛蛪毫ψ饔玫木唧w流體力學效應主要有層流效應、湍流效應和空穴效應。
層流效應會引起分散相顆?；蛞旱蔚募羟泻屠L;
湍流效應是在壓力波動作用下引起分散相顆?；蛞旱蔚碾S意變形;
空穴效應是使形成的小氣泡瞬間破碎產(chǎn)生沖擊波,而引起劇烈攪動。
高剪切均質機原理
目前國內常用的剪切式均質機線速度多為10～25 m/ s。實踐證明其均質效果并不理想。高剪切均質機指線速度達到40～66 m/ s的剪切式均質機,其主要工作部件為1級或多級相互嚙合的定轉子,每級定轉子又有數(shù)層齒圈.
工作原理:轉子帶有葉片高速旋轉產(chǎn)生強大的離心力場,在轉子中心形成很強的負壓區(qū),料液(液液、或液固相混合物)從定轉子中心被吸入,在離心力的作用下,物料由中心向四周擴散,在向四周擴散過程中,物料首先受到葉片的攪拌,并在葉片端面與定子齒圈內側窄小間隙內受到剪切,然后進入內圈轉齒與定齒的窄小間隙內,在機械力和流體力學效應的作用下,產(chǎn)生很大的剪切、摩擦、撞擊以及物料間的相互碰撞和摩擦作用而使分散相顆?；蛞旱纹扑椤ｋS著轉齒的線速度由內圈向外圈逐漸增高,粉碎環(huán)境不斷改善,物料在向外圈運動過程中受到越來越強烈地剪切、摩擦、沖擊和碰撞等作用而被粉碎得越來越細從而達到均質乳化目的。
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影響分散乳化結果的因素有以下幾點
1 分散頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）
2 分散頭的剪切速率 （越大，效果越好）
3 分散頭的齒形結構（分為初齒，中齒，細齒，超細齒，約細齒效果越好）
4 物料在分散墻體的停留時間，乳化分散時間（可以看作同等的電機，流量越小，效果越好）
5 循環(huán)次數(shù)（越多，效果越好，到設備的期限，就不能再好）
線速度的計算
剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。
– 剪切速率 (s-1)=v 速率 (m/s)
g 定-轉子 間距 (m)
由上可知，剪切速率取決于以下因素：
– 轉子的線速率
– 在這種請況下兩表面間的距離為轉子-定子 間距。
IKN 定-轉子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm
速率V=3.14 X D（轉子直徑）X 轉速 RPM / 60
超高速分散均質乳化機的高的轉速和剪切率對于獲得超細微懸浮液是最重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基礎上又開發(fā)出ERX2000超高速剪切乳化機機。其剪切速率可以超過200.00 rpm，轉子的速度可以達到66m/s。在該速度范圍內，由剪切力所造成的湍流結合專門研制的電機可以使粒徑范圍小到納米級。剪切力更強，乳液的粒經(jīng)分布更窄。
同時,在轉子中心負壓區(qū),當壓力低于液體的飽和蒸汽壓(或空氣分離壓)時,產(chǎn)生大量氣泡,氣泡隨液體流向定轉子齒圈中被剪碎或隨壓力升高而潰滅。潰滅瞬間,在汽泡的中心形成一股微射流,射流速度可達100 m/ s ,甚至300 m/ s ,其產(chǎn)生的沖擊力可用水錘壓力公式估算,即P=ρCaC ,其中ρ為液體密度; Ca為液體中的聲速; C為微射流速度。設C為100 m/ s ,則產(chǎn)生的脈沖壓力就接近200M Pa ,這就是空穴效應。強大的壓力波可使軟性、半軟性顆粒被粉碎,或硬性團聚的細小顆粒被分散。
由分析可知,物料在定轉子腔內被均質的機理較復雜,筆者認為剪切起主導作用,其次是空穴作用。
高壓均質機原理
高壓均質是利用高壓使得液料高速流過狹窄的縫隙時而受到強大的剪切力、液料被沖擊到金屬環(huán)上而產(chǎn)生強大撞擊力以及因靜壓力突降與突升而產(chǎn)生的空穴爆炸力等等綜合力的作用,把原先顆粒比較粗大的乳濁液或懸浮液加工成顆粒非常細微的穩(wěn)定的乳濁液或懸浮液的過程。被均質物料通過閥座與閥桿間大小可調的間隙h (一般為011 mm)時,其流速在瞬間被加速到200～300 m/ s ,從而產(chǎn)生巨大的壓力降,當壓力降低到工作溫度下液體的飽和蒸汽壓(或空氣分離壓)時,液體就開始“沸騰”,迅速“汽化”,內部產(chǎn)生大量汽泡。含有大量微汽泡的液體朝縫隙出口流出,流速逐漸降低,壓力又隨之提高,壓力增加到一定值時,液體中的汽泡突然破滅而重新凝結,汽泡在瞬時大量生成和潰滅就形成了空穴現(xiàn)象?？昭ìF(xiàn)象似無數(shù)的微型炸彈,能量強烈釋放產(chǎn)生強烈的高頻振動,同時伴隨著強烈的湍流產(chǎn)生的強烈的剪切力,液體中的軟性、半軟性顆粒就在空穴、湍流的剪切力的共同作用下被粉碎成微粒 ,其中空穴效應所起作用被認為較大。被粉碎的微粒接著又高速沖擊到?jīng)_擊環(huán)上 ,被進一步粉碎和分散。 \
比較與分析
通過以上分析可知 ,高剪切均質機主要是由于定轉子之間相對的高速運動產(chǎn)生的高剪切作用 ,同時伴隨著較強的空穴作用對物料顆粒進行分散、細化、均質的 ;而高壓均質機主要是靠高壓流體產(chǎn)生的強烈、充分的空穴效應和湍流作用使流體分散相中的顆粒破碎達到均質目的。不難理解 ,由于極強烈的空穴作用 ,高壓均質機對處理軟性、半軟性的顆粒狀物料比較合適 ;研究發(fā)現(xiàn)對于纖維的粉碎最有效的力場是剪切力和研磨力 ,常溫下沖擊力對纖維是無能為力的 ,而高剪切均質機能對物料產(chǎn)生強烈的剪切與研磨作用 ,因此高剪切均質機比較適合處理含纖維較多或者理,容易出現(xiàn)稀奶油層 ,較硬的顆粒物料。
均質機主要分為兩種：高剪切均質機與高壓均質機。
高剪切均質機與高壓均質機作用的區(qū)別：
原料要求
粉狀物、塊狀料或水果可直接投入
必須先將物料融化混合為流體后方可均質
易損耗件
兩年內無需更換配件，無易損件
均質閥、密封件使用兩、三個月便需要經(jīng)常更換
生產(chǎn)操作
靈活、簡便、無需專人操作
需專人操作、調節(jié)
耗能
耗電量為高壓均質機的1/3
耗電量高，能源浪費
適應范圍
適用范圍廣
不適宜高粘度的物料
酸堿性
適應性強
適應性弱
均質效果
均質細度可達1μm以下，穩(wěn)定性好
均質細度小，穩(wěn)定性好。不過在某些行業(yè)效果較差
綜合效果
混料、殺菌、均質同時完成
只能單獨均質用
清洗方法
自動清洗
清洗復雜
高剪切均質機與高壓均質機的均質機理的比較：
宏觀
均質
機理
剪切作用
主要通過液滴在高速旋轉的轉子和定子間的間隙內被剪切，以及由此間隙和轉子——定子上小孔射流的綜合效應來實現(xiàn)。
料液在高壓下流過縫隙時，液滴先是被延伸，后因通過閥時的渦動作用，使延伸部分剪切拉碎。
撞擊作用
高速旋轉的液滴受慣性離心力的推動，具有極大的沖擊力，因而產(chǎn)生撞擊作用。
在均質閥縫隙中高速沖出的液流出口處置有擋圈，因而產(chǎn)生高速撞擊作用。
空穴作用
離心力的作用使未進入環(huán)隙時的液體具有一定壓力，而進入環(huán)隙后成為高速旋轉液流，液體離開定子小孔后壓力又回升，所以也有一定的空穴效應
液流進口處靜壓很高，過狹縫時，靜壓能轉化為動能，壓力迅速大幅度地下降，在其縫隙內瞬時引起空穴現(xiàn)象，離開縫隙后壓力的回升又使空穴消失，因而使液滴破碎
微觀
均質
機理
高剪切均質機高速旋轉時的液滴流動狀況相當復雜，主要受控于作用在液滴表面不斷變化的流動速度和由此產(chǎn)生的脈動壓力，從而發(fā)生了分裂液滴的張力，使液滴破裂。
高壓均質機提供給液滴破裂的能量來自于料液在進口處攜帶的極高靜壓能。
目前國內常用的剪切式均質機線速度多為10～ 25m/ s。實踐證明其均質效果并不理想。高剪切均質機指線速度達到30～40m/ s 的剪切式均質機, 其主要工作部件為1 級或多級相互嚙合的定轉子, 每級定轉子又有數(shù)層齒圈。
高剪切均質機主要是由于定轉子之間相對的高速運動產(chǎn)生的高剪切作用, 同時伴隨著較強的空穴作用對物料顆粒進行分散、細化、均質的; 而高壓均質機主要是靠高壓流體產(chǎn)生的強烈、充分的空穴效應和湍流作用使流體分散相中的顆粒破
碎達到均質目的。不難理解, 由于極強烈的空穴作用, 高壓均質機對處理軟性、半軟性的顆粒狀物料比較合適; 研究發(fā)現(xiàn)對于纖維的粉碎最有效的力場是剪切力和研磨力, 常溫下沖擊力對纖維是無能為力的,而高剪切均質機能對物料產(chǎn)生強烈的剪切與研磨作用, 因此高剪切均質機比較適合處理含纖維較多或者較硬的顆粒物料。
高剪切均質機技術特點：
處理量大，適合工業(yè)化在線連續(xù)生產(chǎn)；粒徑分布范圍窄，勻度高；節(jié)約能耗、省時、高效；噪音低、運轉平穩(wěn)；消除批次間生產(chǎn)的品質差異；無死角，物料100%通過分散剪切；具有短距離、低揚程輸送功能；使用簡單，維修方便；可實現(xiàn)自動化控制；
分散處理工藝，高剪切均質機可用于以下工藝生產(chǎn)：
混合糖漿、香波、洗滌液、果汁濃縮液、酸奶、甜點、混合奶制品、油墨、瓷釉。分散混合甲基纖維素溶解、膠質體溶解、碳化物溶解、油水乳化,預混合、調味料生產(chǎn)、穩(wěn)定劑溶解、煙塵、鹽、氧化鋁、農(nóng)藥。
攪拌懸浮液、藥丸包衣、藥物解聚、涂料分散、唇膏、蔬菜濃湯、芥末混合物、催化劑、消光劑、金屬、顏料、改性瀝青、納米材料的制備和解聚。乳化藥乳液、藥膏、雪花膏、面膜、面霜、乳化香精、油水乳化、乳化瀝青、樹脂乳化、蠟乳化、水性聚氨脂乳化、農(nóng)藥。均質藥乳液、藥膏、雪花膏、面膜、面霜、組織勻漿、奶制品均質、果汁、打印墨水、果醬。
高壓均質機技術特點：
1、高壓均質機在設計上易于操作和維護；可以用蒸餾水、純水和清潔劑進行循環(huán)清洗（此時不要打壓力開關），或拆卸泵頭進行人工清洗。
2、機器的啟動/停止控制位于機器的側面，易于操作，可用于緊急開關，并包括對主電機的熱磁保護。
3、高壓均質機裝有拋光的全不銹鋼外殼，可拆卸，便于檢查和維護。其底座立在四個帶橡膠墊上。
4、此機器通過自重自吸力進料，并不需要任何進料泵。只需電力供應而不需其它設施（如水或壓縮空氣） 5、按照試樣要求，配用不同材料的墊片；標準的墊片材料為特種塑料。柱塞密封使用了水潤滑作用的特殊聚四氟乙烯材料。
5、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足高速旋轉并且不產(chǎn)生過多的熱量，必然有較大的間隙（相對均質閥而言）；同時，由于均質機的傳動機構是容積式往復泵，所以從理論上說，均質壓力可以無限地提高，而壓力越高，細化效果就越好。
6、均質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。
7、均質機能定量輸送物料，因為它依靠往復泵送料。
8、均質機耗能較大。
9、均質機的易損使較多，維護工作量較大，特別在壓力很高的情況下。
10、均質機不適合于粘度很高的情況。
高壓均質機和高剪切均質機的區(qū)別 網(wǎng)址：
原標題：高壓均質機的概念及結構
什么是高壓均質機？
高壓均質機是以高壓往復泵為動力傳遞和輸送物料的機構, 將液態(tài)物料或以液體為載體的固體顆粒輸送至工作閥( 一級均質閥及二級均質閥) 部分。要處理物料在通過工作閥的過程中, 在高壓下產(chǎn)生的強烈的剪切、撞擊、空穴和湍流蝸旋作用, 從而使液態(tài)物料或以液體為載體的固體顆粒得到超微細化, “均質”是指物料在均質閥中發(fā)生的細化和均勻混和的加工過程。高壓均質機是液體物料均質細化和高壓輸送的專用設備和關鍵設備。
高壓均質機的結構
高壓均質機是一種往復泵, 其基本結構如圖 1 所示。常見的是多( 三) 柱塞往復泵, 它主要由傳動系統(tǒng)、柱塞泵、均質閥等部分組成。
1 傳動部分
傳動部分是由電動機、皮帶輪、變速箱、曲軸、連桿、柱塞等組成。通過曲軸連桿機構和變速箱將電機高速旋轉運動變成低速往復直線運動。實踐中采用兩級變速, 即皮帶輪及齒輪變速為好。變速后, 使柱塞往復運動的速度控制在 130～170 r/min 。這種速度下, 機器運轉穩(wěn)定、噪聲低, 柱塞及其密封耐用性好。
2 柱塞泵
高壓均質機的基本結構如圖 2 所示, 由活塞帶動柱塞, 在泵體內作往復運動, 在單向閥配合下, 完成吸料, 加壓過程, 然后進入集流管。
3 均質閥
均質閥接受集流管輸送過來高壓液料, 完成超細粉碎、乳化、勻漿任務。它有兩級均質閥及二級調壓裝置, 是完成超細粉碎、乳化、勻漿的專用零部件如圖 3所示。閥中接觸料液的材質必須具備無毒、無污染、耐磨、耐沖擊、耐酸、耐堿、耐腐蝕的條件。
壓力指示通常用指針式耐震壓力表。為防止壓力表使用中失控而損壞設備, 常常配有電流表同時監(jiān)控。在 380 V 電壓條件下, 機器正常運行時, 額定流量,壓力及功率、電流成正比關系。
圖 4 為三柱塞往復泵。圖 4 中, 常見的三柱塞往復泵的柱塞泵是由 3 個工作室、 3 個柱塞、 3 個單向的進料閥和 3 個單向的出料閥等組成。 3 個工作室互不相連,但進料管和排料管相通, 在設計上曲軸使連桿相位差為 120° , 它們并聯(lián)在一起, 使排出的流量基本平衡。
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