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高壓均質機的工作原理及應用

1. 高壓均質機以高壓往復泵（欲了解往復泵原理請點擊此處）為動力傳遞及物料輸送機構，將物料輸送至工作閥（一級均質閥及二級乳化閥）部分。要處理物料在通過工作閥的過程中，在高壓下產生強烈的剪切、撞擊和空穴作用，從而使液態物質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介：

如圖2所示，物料在尚未通過工作閥時，一級均質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。物料在通過工作閥時（如圖3），閥芯和閥座都被物料強制地擠開一條狹縫，同時分別產生壓力P1和P2以平衡力F1和F2。物料在通過一級均質閥（序號1、2、3）時，壓力從P1突降至P2，也就隨著這壓力能的突然釋放，在閥芯、閥座和沖擊環這三者組成的狹小區域內產生類似爆炸效應的強烈的空穴作用，同時伴隨著物料通過閥芯和閥座間的狹縫產生的剪切作用以及與沖擊環撞擊產生的高速撞擊作用，如此強烈地綜合作用，從而使顆粒得到超微細化。一般來說，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），高壓均質機的特點是：
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。
2）均質機的細化作用主要是利用了物料間的相互作用，所以物料的發熱量較小，因而能保持物料的性能基本不變。
3）均質機能定量輸送物料，因為它依靠往復泵送料。
4）均質機耗能較大。
5）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。
6）均質機不適合于粘度很高的情況。似懂非懂所得稅法

一. 高壓均質機的分類：

1、按結構型式分為立式整體型均質機和臥式組合型均質機。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）。目前國內大多數廠家生產的都是立式整體型均質機。這種型式結構緊湊，外形美觀占地面積小。但對大型設備而言，穩定性就成了主要的問題。所謂臥式組合型均質機指的是電機、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，通過皮帶（輪）、聯軸器、油管等連成一體。整機重心低、運轉平穩、檢修方便。1995年5月為給世界上最著名的化工企業之一德國BASF公司配套高質量的大噸位均質機，我們研制了國內第一臺大型臥式均質機。在此基礎上通過幾年的實踐，該產品形成十幾個規格的系列，最大功率達160kw（對應流量20t/h，壓力22MPa）經上海科技情況所計算機聯機檢索證明為國內首創 ，技術水準接近國際先進水平。
2、按柱塞每分鐘的往復次數分為普通型均質機和低速型均質機。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次以上的稱為普通型。均質機曲軸的轉速(即同比決定柱塞的往復頻率)是決定整機性能的最關鍵的因素之一。在材質、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)在單位時間內的磨損度、泵體內各受力零件(如閥芯、閥座等)在同等時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時間使用的場合。我廠在1995年率先開發的LS系列低速高速能均質機以優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 用戶選用。

3、按控制方式可分為手動控制式、手調液力控制式以及自動液壓控制式。目前，手動控制式在市場上占主導地位。如果整條生產線都是自動控制的，可選用全自動控制均質機。關于全自動控制均質機，可參閱《均質機、噴霧泵自動控制技術》。

4、按使用情況可分為生產用均質機和實驗型均質機。相對于其它廠家的產品，我廠生產的JHG系列實驗型均質機具有以下特點：1)采用柱塞水平運動結構，與柱塞垂直(上下)運動的實驗機相比，其柱塞處可噴淋冷卻水，從而延長柱塞密封圈的壽命。2)物料泄漏后不會進入油箱3)立方體形的整體造型，美觀且操作方便，并可加輪子方便搬運。

5、按均質機在生產線上的位置可分為上游均質機和下游均質機。一般在滅菌前使用的均質機稱上游均質機，在滅菌后使用的均質機稱下游均質機。通常前者采用一般的均質機即可，而后者要采用無菌均質機。所謂無菌均質機，就是將均質機柱塞處的動密封泄漏點以及進出口的靜密封處的泄漏點通過蒸汽(或過熱水)與大氣隔絕，這樣的均質機可作為無菌設備在殺菌后使用。如果有此類需要，我們將樂意提供該類設備。

二. 高壓均質機的選型(對照《均質機參數價目表》)

(1) 選擇普通型還是低速型？對應于同樣的流量和壓力，普通型均質機的單價要比低速型機的單價要低。所以綜合考慮價格性能因素，我們建議：如果設備每天的運轉時間在10小時以內，則可考慮用普通型(HOMG系列)；如果設備每天的運轉時間在10小時以上18 小時以下，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) 關于流量：用戶在使用過程中，會發現很多情況下實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：用戶所處理的物料是千變萬化的，其粘度差別很大。一般來說，物料的粘度越高，其容量效率越低，即流量損失越大，參見下表：

粘度與容積效率的關系（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；同時壓力越高，通過泵體內閥芯閥座的內泄漏也增加了。
c) 進料方式：一般來說，壓力進料比自吸進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) 盡量采用壓力進料，進料壓力在1.5kgf/cm²左右；
c) 如果整條生產線的產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級可調。

(3) 關于壓力：壓力越高，細化效果越好；但同時，壓力越高，設備價格也越高，耗電量也同比增大，同時易損件增多--也就是說，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關系，而壓力與運行費用接近于正比例。
所以，在選擇壓力參數時，我們建議采用以下原則：在達到經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. 應用簡介

　　均質機操作獨特的原理為無數工藝流程的革新以及各種新產品的開發應用提供了簡便而卓有成效的途徑，均質機的作用主要有：提高產品的均勻度和穩定性；增加保質期；減少反應時間從而節省大量催化劑或添加劑；改變產品的稠度改善產品的口味和色澤等等，其典型的應用領域如下：
1 食品飲料行業：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養液，食品添加劑，各種調味品等。
2 化妝品行業：洗滌劑，調理劑，潤膚露，香水等。
3 化工行業：油漆涂料，各種乳化劑，燃油重油消毒劑，殺蟲劑，感光乳劑，橡膠漿，樹脂
　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：抗生素，抗酸劑，液漿制劑，靜脈乳劑等。
5 生物工程技術：高壓均質機在生物工程上的應用愈來愈受到重視，這主要是因為高壓均質機
　能夠高效率地對細胞壁進行破碎從而提取其內含物：如酶、朊等。

下面舉幾個具體的例子來簡單說明一下均質機的應用：
1 為什么化妝品會被表皮吸收：經常聽到化妝品廣告中有這樣的語句：滲入肌膚表層被肌膚完全吸收。事實上，被肌膚完全吸收是不可能的，但滲入肌膚表層卻有著科學的依據。生物學告訴我們，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。同時也就不難理解國外化妝品行業為什么會大量使用高壓均質機。
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品的生產中，提高人體的吸收率有很大的意義，因為吸收率提高意味著達到同樣效果時所用原料的減少，也即意味著生產成本的降低。怎樣達到這個目的呢？大家知道，人體之所以會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。進入人體的物質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。而高壓均質機的作用就是使介質的顆粒極度細化（液-液均質平均粒度在1um以下），何況均質后的產品還能得到不沉淀高膠狀高穩定性等優點，從而使成品的外觀也大大改善，所以在較昂貴的口服液中使用高壓均質機的效益是顯而易見的。
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機后為什么可以提高化學催化劑，各種添加劑以及其它化工產品的功效。
有人問：既然均質機的工作介質是流體，那么在粉狀產品中又是如何應用的呢？這個問題再簡單不過：用高壓均質機細化后，在進行干燥即可得到高質量的粉狀產品。