配置漿料過程中，由于粉體比表面積大而產(chǎn)生的團聚現(xiàn)象往往會使?jié){料發(fā)生硬沉降、顆粒感明顯等狀況，進而影響制得產(chǎn)品性能。作為一種重要的細化分散手段，均質(zhì)技術(shù)能將液態(tài)物料中粘稠度高、顆粒大小不一或難以配料的固體顆粒打碎，使固體顆粒實現(xiàn)超細化，并形成均勻的懸浮乳化液，有助于提升粉體在分散介質(zhì)中的分散性、潤濕性，降低后續(xù)生產(chǎn)過程的工藝操作。均質(zhì)設(shè)備廣泛應(yīng)用于新能源、食藥品、化妝品和化工行業(yè)等領(lǐng)域。

均質(zhì)機理

均質(zhì)機的工作原理主要是利用高速水流流經(jīng)孔隙產(chǎn)生的剪切力、空穴效應(yīng)產(chǎn)生的壓力以及在均質(zhì)腔內(nèi)產(chǎn)生的撞擊力等力學(xué)作用，實現(xiàn)物料的細化和均質(zhì)。

1.剪切力

較高速度的液體流經(jīng)均質(zhì)腔縫時，由于產(chǎn)生極大的速度梯度，分散相顆粒或液滴會受到劇烈的剪切力。當(dāng)剪切力大到一定程度時，分散顆粒或液滴會被剪切和延伸拉碎。

2.空穴效應(yīng)

液體以較高的速度流經(jīng)均質(zhì)腔閥的縫隙時，壓力極速下降。當(dāng)壓力降低到液體的飽和蒸氣壓時，液體開始沸騰并發(fā)生極速汽化，形成大量氣泡。當(dāng)液體流出均質(zhì)閥時，壓力又迅速增大，導(dǎo)致氣泡突然破滅，釋放出大量的能量，從而引起局部液壓沖擊,造成振動，使得物料呈良好的均勻分布狀態(tài)。

3.撞擊力

液體流經(jīng)縫隙時，水流以極高的流速撞擊到撞擊環(huán)或者與另一股水流相互撞擊，造成液滴破碎。

均質(zhì)機主要類型

按工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)的不同，均質(zhì)機具體又在不同應(yīng)用領(lǐng)域細分，以下是商業(yè)化的幾種主要產(chǎn)品類型——

1.高壓均質(zhì)機

高壓均質(zhì)機是由一個高壓柱塞泵及特殊構(gòu)造的均質(zhì)閥組成。物料在柱塞泵的往復(fù)運動的作用下，輸送到一個大小可調(diào)的閥組中，由于受到極強的壓縮作用，在通過限流狹縫時，產(chǎn)生了強烈的剪切力使得分散顆粒和液滴被剪切和延伸拉碎，而后瞬間失壓的物料以極快的速度撞擊在撞擊環(huán)上，產(chǎn)生高速的撞擊作用，并以極高的流速噴出（1000m/s，高可達1500m/s），強烈釋放的能量和強烈的高頻振動引起空穴爆炸，使團聚的物料達到均質(zhì)、粉碎和乳化的效果。

通常，均質(zhì)的能力與均質(zhì)閥座和均質(zhì)閥芯之間的間距有關(guān)。均質(zhì)閥座與均質(zhì)閥芯之間的狹縫大小，影響漿料沖破縫隙所承受的阻力，即均質(zhì)壓力。一般來說阻力越大，均質(zhì)壓力越高、噴出速度越高，與撞擊環(huán)之間的撞擊力也越強，均質(zhì)能力就越強，粒徑就越小。而閥座與閥芯之間的間距可用過調(diào)節(jié)手輪來實現(xiàn)。在實際應(yīng)用中，均質(zhì)閥中的孔隙不易堵塞，但在對高硬度顆粒均質(zhì)時容易損壞，維修難度大，比較適合用于處理軟性、半軟性的顆粒狀物料。

1-閥座  2-撞擊環(huán)  3-閥芯 4-均質(zhì)后物料

高壓均質(zhì)機原理示意圖

PUHLER系列超高壓均質(zhì)機

2.高剪切均質(zhì)機

高剪切均質(zhì)機指線速度達到40～66 m/ s的剪切式均質(zhì)機,其主要工作部件為由1級或多級相互嚙合的定轉(zhuǎn)子組成的剪切頭,其中每級定轉(zhuǎn)子又有數(shù)層齒圈.。

其具體工作原理是：轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力，形成強負壓區(qū)，物料由此被吸入工作腔內(nèi)，在定、轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)受到剪切、離心擠壓、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，使分散相顆粒或液滴破碎。隨著轉(zhuǎn)齒的線速度由內(nèi)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，同時物料進入工作腔時會產(chǎn)生的大量氣泡也會隨著壓力的升高而破裂，產(chǎn)生空穴效應(yīng)，使軟性、半軟性顆粒被粉碎,或硬性團聚的細小顆粒被分散。

在這過程中，剪切力起主導(dǎo)作用，因此更適用于含纖維較多或者較硬的顆粒物料。

由相互嚙合的定轉(zhuǎn)子構(gòu)成的剪切頭

工作時的剪切頭

3.微射流均質(zhì)機

微射流均質(zhì)機是近年來迅速發(fā)展起來的一類均質(zhì)機，主要由均質(zhì)腔和增壓機構(gòu)組成，均質(zhì)腔內(nèi)部通常為“Z”型或“Y”型的微通道，孔道大小在50um到幾百微米之間。工作時，在增壓機構(gòu)的作用下，利用液壓泵產(chǎn)生的高壓，流體經(jīng)過孔徑很微小的閥心，產(chǎn)生幾倍音速的流體，并在均質(zhì)腔的微通道中快速通過，與相反方向的另一股射流進行強烈的高速撞擊，產(chǎn)生的剪切力作用于納米大小的細微分子，從而使流體的成分細化、均質(zhì)化。

與均質(zhì)閥式的高壓均質(zhì)機相比，微射流均質(zhì)機均質(zhì)壓力控制是通過調(diào)節(jié)電機頻率控制流速達到的。縫隙通道固定，流速越大，壓力越高，剪切、碰撞力越強，均質(zhì)效果也就越好。由于流速相比孔隙大小更易控制，微射流均質(zhì)機能夠產(chǎn)生更高的均質(zhì)壓力，使介質(zhì)的顆粒極度細化,顆粒粒徑可達100nm以內(nèi)，并且均質(zhì)后的產(chǎn)品還具有不沉淀、高膠狀、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，適用于普通納米均質(zhì)分散領(lǐng)域以及高附加值化妝品、納米新材料、食品、石墨烯、藥品、納米乳/脂質(zhì)體、納米混懸液的制備領(lǐng)域。但由于其孔隙易堵，不適用于高粘度漿料的細化均質(zhì)。

Y型單通道與多通道微射流均質(zhì)機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

小結(jié)

除了上述幾類設(shè)備，其他均質(zhì)機還有利用超聲波振動，利用薄膜或細小通道高速通過，利用介質(zhì)球磨和刀片攪拌等手段對物料進行處理的。總的來說，不同類型的均質(zhì)設(shè)備在工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域上存在差異，選擇適合的均質(zhì)設(shè)備需要考慮物料的性質(zhì)、處理要求和應(yīng)用需求等因素。

粉體圈 小芳

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