在食品、化(huà)工(gōng)、制(zhì)藥等行(xíng)業(yè)均質技(jì)術(s∑hù)已成為(wèi)提高(gāo)産品品質的(de)關鍵。目前國(guó)內(nèi)食品行(xíng)業(yè)使用(yòng)的(de)傳統均質設備多(duō)為(wèi)高(gāo)壓均質機<(jī)、膠體(tǐ)磨、砂磨和(hé)輥磨機(jī)等,近(jìn)年(nián)來(lái)出現(xiàn)了(le)新ε型的(de)高(gāo)剪切均質機(jī)設備。至于這(zhè)些(xiē)均質設備在各行(xíng)業(yè)中的®(de)應用(yòng),目前尚無人(rén)進行(xíng)深入系統地(dì)研究。對(duì)此,筆(bǐ)者針對(duì)目前主要(yào)使用(yòn✔g)的(de)高(gāo)壓均質機(jī)和(hé)高(gāo)剪切式均質機(jī),從(cóng)均質原理(lǐ)、不(bù♦)同物(wù)料的(de)工(gōng)藝流程以及實驗數(shù)據等方面進行(xíng)了(le)對(duì)比分(fēn)析研究
均質機(jī)理(lǐ)分(fēn)析
液體(tǐ)物(wù)料分(fēn)散系中分(fēn)散相(xiàng)顆粒或液滴破碎的(de)直接原因是(shì)受到(dào)剪切$力和(hé)壓力的(de)作(zuò)用(yòng)。引起剪切力和(hé)壓力作(zuò)用(yòng)的©(de)具體(tǐ)流體(tǐ)力學效應主要(yào)有(yǒu)層流效應、湍流效應和(hé)空(kōng)穴效應。
層流效應會(huì)引起分(fēn)散相(xiàng)顆粒或液滴的(de)剪切和(hé)拉長(cháng);
湍流效應是(shì)在壓力波動作(zuò)用(yòng)下(xià)引起分(fēn)散相(xiàng)顆✘粒或液滴的(de)随意變形;
空(kōng)穴效應是(shì)使形成的(de)小(xiǎo)氣泡瞬間(jiān)破碎産生(shēng)沖擊波§,而引起劇(jù)烈攪動。
高(gāo)剪切均質機(jī)理(lǐ)
目前國(guó)內(nèi)常用(yòng)的(de)剪切式均質機(jī)線速度多(duō)為(wèi)10～25 m/ s。實π踐證明(míng)其均質效果并不(bù)理(lǐ)想。高(gāo)剪切均質機(jī)指線速度達到(dào)40～66 m/ s的(de)剪切式均質機(jī),其主要(yào)工(gōng)作(zuò)部件(jiàn)為(wèi)1級或多(duō)級相(xiàng)互齧合™的(de)定轉子(zǐ),每級定轉子(zǐ)又(yòu)有(yǒu)數(shù)層齒圈.
工(gōng)作(zuò)原理(lǐ):轉子(zǐ)帶有(yǒu)葉片高(gāo)速旋轉産生(shēng)強α大(dà)的(de)離(lí)心力場(chǎng),在轉子(zǐ)中心形成很(hěn)強的(de)負壓區(qū),料液(液液、或液固相♣(xiàng)混合物(wù))從(cóng)定轉子(zǐ)中心被吸入,在離(lí)心力的(de)作(zuò)用(yòng)下(xià),¥物(wù)料由中心向四周擴散,在向四周擴散過程中,物(wù)料首先受到(dào)葉片的(de)攪拌,并在葉片端面與定子(zǐ)齒圈內(nèi)側窄小(♥xiǎo)間(jiān)隙內(nèi)受到(dào)剪切,然後進入內(nèi)圈轉齒與定齒的(de)窄小(xiǎo)間(jiān)隙內(nèi),在機(jī)械力和(hé)流體(tǐ)力學效 應的(de)作(zuò)用(yòng)下(xià),産生(shēng)很(hěn)大(dà)的(de)剪切、摩擦、撞擊以及物(wù)料間(jiān)的(de)相(xiàσng)互碰撞和(hé)摩擦作(zuò)用(yòng)而使分(fēn)散相(xiàng)顆粒或液滴破碎。随著(zhe)轉齒的±(de)線速度由內(nèi)圈向外(wài)圈逐漸增高(gāo),粉碎環境不(bù)斷改善,物(wù)料在向外(wài)圈運動過程中受到 (dào)越來(lái)越強烈地(dì)剪切、摩擦、沖擊和(hé)碰撞等作(zuò)用(yòng)而被粉碎得(de)越來(lái)越細從(cóng)而達到(dào)均質乳化(huà)目的(de£)。
同時(shí),在轉子(zǐ)中心負壓區(qū),當壓力低(dī)于液體(tǐ)的(de)飽和(hé)蒸汽壓(或空(kōng)氣分(fēn)離(lí)壓)時(shí),産生(shēng)大(d÷à)量氣泡,氣泡随液體(tǐ)流向定轉子(zǐ)齒圈中被剪碎或随壓力升高(gāo)而潰滅。潰滅瞬間(jiān),在汽泡的(de)中心形成一(yī)σ股微(wēi)射流,射流速度可(kě)達100 m/ s ,甚至300m/ s ,其産生(shēng)的(de)沖擊力可(kě)用(yòng)水(shuǐ)錘壓力公式估↓算(suàn),即P = ρCaC ,其中ρ為(wèi)液體(tǐ)密度; Ca為(wèi)液體(tǐ)中的(de)聲速; C為(wèi)微(wēi)射流速度。設C為±(wèi)100 m/s ,則産生(shēng)的(de)脈沖壓力就(jiù)接近(jìn)200M Pa ,這(zhè)就(jiù)是(shì)空(kōng)穴©效應。強大(dà)的(de)壓力波可(kě)使軟性、半軟性顆粒被粉碎,或硬性團聚的(de)細小(xiǎo)顆粒被分(fēn)散。
由分(fēn)析可(kě)知(zhī),物(wù)料在定轉子(zǐ)腔內(nèi)被均質的(de)機(jī)理(lǐ)較複雜(zá),筆(§bǐ)者認為(wèi)剪切起主導作(zuò)用(yòng),其次是(shì)空(kōng)穴作(zuò)用(yòng)。
高(gāo)壓均質機(jī)理(lǐ)
高(gāo)壓均質是(shì)利用(yòng)高(gāo)壓使得(de)液料高(gāo)速流過狹窄的(de)縫隙時(shí)而受到(dào)強大(<dà)的(de)剪切力、液料被沖擊到(dào)金(jīn)屬環上(shàng)而産生(shēng)強大(dà)撞擊力以及因靜(jìng)壓力突降與突升而産生(sh•ēng)的(de)空(kōng)穴爆炸力等等綜合力的(de)作(zuò)用(yòng),把原先顆粒比較粗大(dà)的(de§)乳濁液或懸浮液加工(gōng)成顆粒非常細微(wēi)的(de)穩定的(de)乳濁液或懸浮液的(de)過程。被均質物(wù)料通(tōng)過閥座與閥杆間(jiān)大(dà÷)小(xiǎo)可(kě)調的(de)間(jiān)隙h (一(yī)般為(wèi)011 mm)時(shí),其流速在瞬間(jiān)被加速到(✘dào)200～300 m/ s ,從(cóng)而産生(shēng)巨大(dà)的(de)壓力降,當壓力降低(dī)到(dào)工(gōng)&作(zuò)溫度下(xià)液體(tǐ)的(de)飽和(hé)蒸汽壓(或空(kōng)氣分(fēn)離(lí)壓)時(shí),液體(t§ǐ)就(jiù)開(kāi)始“沸騰",迅速“汽化(huà)",內(nèi)部産生(shēng)大(dà)量汽泡。含有(yǒu)大(dà)量微(wē↑i)汽泡的(de)液體(tǐ)朝縫隙出口流出,流速逐漸降低(dī),壓力又(yòu)随之提高(gāo),壓力增加到(dào↔)一(yī)定值時(shí),液體(tǐ)中的(de)汽泡突然破滅而重新凝結,汽泡在瞬時(shí)大(dà)量生(shēn≥g)成和(hé)潰滅就(jiù)形成了(le)空(kōng)穴現(xiàn)象。空(kōng)穴現(xiàn)象似無數(shùβ)的(de)微(wēi)型zha彈,能(néng)量強烈釋放(fàng)産生(shēng)強烈的(de)高(gāo)頻(pín)振動,同時(shí)伴©随著(zhe)強烈的(de)湍流産生(shēng)的(de)強烈的(de)剪切力,液體(tǐ)中的(de)軟性、半軟性顆粒就(jiùπ)在空(kōng)穴、湍流的(de)剪切力的(de)共同作(zuò)用(yòng)下(xià)被粉碎成微(wēi)粒 ,其中空(kōng)穴效應γ所起作(zuò)用(yòng)被認為(wèi)較大(dà)。被粉碎的(de)微(wēi)粒接著(zhe)又(yòu)高(gāo)速沖擊到('dào)沖擊環上(shàng) ,被進一(yī)步粉碎和(hé)分(fēn)散。
比較與分(fēn)析
通(tōng)過以上(shàng)分(fēn)析可(kě)知(zhī) ,高(gāo)剪切均質機(jī)主要(yào)是(shì)由于定轉子(zǐ)之間(jiān)相(xiàng)₹對(duì)的(de)高(gāo)速運動産生(shēng)的(de)高(gāo)剪切作(zuò)用(yòng) ,同時(shí)伴随著(zhλe)較強的(de)空(kōng)穴作(zuò)用(yòng)對(duì)物(wù)料顆粒進行(xíng)分(fēn)散、細€化(huà)、均質的(de) ;而高(gāo)壓均質機(jī)主要(yào)是(shì)靠高(gāo)壓 流體(tǐ)産生(shēng)的(de)強烈、充分(fēn)的(de)空(kōng)穴效應和(hé)湍流作(zuò)♠用(yòng)使流體(tǐ)分(fēn)散相(xiàng)中的(de)顆粒破碎達到(dào)均質目的(de)。不(bù)難理(lǐ)解 ,由于的(de)空(kōng)穴作(zuò)用(yòng) →,高(gāo)壓均質機(jī)對(duì)處理(lǐ)軟性、半軟性的(de)顆粒狀物(wù)料比較合适 ;研究發現(xiàn)對(duì)于纖維的(de)粉碎zui有(y↓ǒu)效的(de)力場(chǎng)是(shì)剪切力和(hé)研磨力 ,常溫下(xià)沖擊力對(duì)纖維是(shìπ)無能(néng)為(wèi)力的(de),而高(gāo)剪切均質機(jī)能(néng)對(duì)物(wù)料産生(shēng)強烈的(de)剪切與研磨作(zuò)用(yòng) ,因此λ高(gāo)剪切均質機(jī)比較适合處理(lǐ)含纖維較多(duō)或者理(lǐ),容易出現(xiàn)稀奶油層 ,較硬的(★de)顆粒物(wù)料。
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