剪切機原理介紹PPT課件

1、概述概述 剪切均質技術作為一種新型微米技術，已經廣泛應用于食品、醫(yī)藥、輕工、微生物等諸多行業(yè)，并得到迅速的發(fā)展，已經成為這些行業(yè)對有關流體、半流體產品品質所必不可少的工藝過程。 國外在30年前就生產并使用均質機，且應用于生產，剪切均質機作為均質機械中的佼佼者，也被廣泛的認識和研究。自從1948德國FLUKO公司首次發(fā)明了應用高剪切原理制成的分散乳化設備。高剪切已出現(xiàn)了多種系列產品。在世界均質機械行業(yè)處于領先地位。國外研究制造的剪切機基本上采用定-轉子型機構作為均質頭，在電機的高速驅動下（300-1000r/min），物料在轉子和定子之間的間隙高速運動，形成強烈的液力剪切和湍流，使物料在同時產生

2、的離心、擠壓、碰撞等綜合作用力的協(xié)調作用下，得到充分的分散，乳化、破碎，達到要求的效果。第1頁/共18頁 美國和德國的剪切式均質機的研究和開發(fā)均取得了顯著進展。如美國的IKA-WERKE GMHB CO.KG生產的多系列分散均質設備，美國ROSS公司研制的，德國IKA-MASCHINENBAU公司研制的ULTRA分散機，德國YSTRAL公司生產的X40型分散攪拌機 ，在國外均質機研究和應用方面，德國處于領先。第2頁/共18頁 我國均質機研究是從50年底個別廠家開始的，最早是上海煙草機械廠仿制美國產品，直到80年代才開始逐漸生產均質機，而且大多是傳統(tǒng)的高壓均質設備，隨著國外剪切式均質機的迅速發(fā)展

3、，近年來，國內許多科研人員、制造和使用廠家也開始重視對剪切式均質機的研究工作。目前已經建立了與國外廠商聯(lián)營、合資研制生產剪切式均質機的公司。如上海弗努克機電設備有限公司、中美合資南通羅斯（ROSS）混合設備有限公司等，現(xiàn)在國內有許多廠家開始生產高剪切均質機，如東市長江機電有限公司、上海環(huán)保設備總廠、上海威宇機電有限公司，上海市化工裝備研究所等。第3頁/共18頁 高剪切機的剪切原理第4頁/共18頁一、高剪切如何工作一、高剪切如何工作 高速剪切機的本質是顆粒的破碎。要使分散相顆粒破裂，必須對顆粒表面提供足夠的外來能量，在此能量作用下顆粒發(fā)生變形，當變形力超過使顆粒維持原狀的界面張力或強度極限時，顆

4、粒就會破裂。第5頁/共18頁 研究表明，液滴的變形、破裂及流體力學的穩(wěn)定性，主要取決與無因次韋伯準數(shù)We，以及分散相粘度與連續(xù)相粘度之比R， 液滴在流體力作用下會發(fā)生變形，其變形程度與韋伯準數(shù)成比例。第6頁/共18頁 Hinze研究指出，液滴破裂存在一個臨界韋伯準數(shù)，當在應力作用下的韋伯準數(shù)小于臨界韋伯準數(shù)時，則液滴變形，當在應力作用下的韋伯準數(shù)大于臨界韋伯準數(shù)時，則液滴破裂。在液一固相分散系中，懸浮的固體顆粒在液體中也會受到類似的應力作用，當這類應力超過了使固體維持其完整性的強度極限時，粒子便發(fā)生變形、破碎。但若固體顆粒的強度極限較高，完全靠液力作用，則很難破碎，并且有一些固體顆粒，如纖維材

5、料，則更難靠完全的液力剪切作用，所以，要有好的均質效果，則應該增加機械剪切力作用。第7頁/共18頁 總結：高剪切主要靠輸送能量使顆粒破裂達到均質的目的。 1、使液層產生速度差 2、空穴效應 3、機械力AB第8頁/共18頁流體的邊界層理論第9頁/共18頁層流：當流體低速運動時，流體質點始終沿平行的方向連續(xù)地運動，質點之間互不混淆，流體運動處于層流運動狀態(tài)； 流體的流體的類類型型 湍流：當流體速度增加到某一速度值時，高速流體中將引起漩渦而進入湍流狀態(tài)。第10頁/共18頁流動型態(tài)是由雷諾數(shù)決定，流體在直管中流動時流動狀態(tài)開始變?yōu)橥牧鲿r的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)，若大于臨界雷諾數(shù)，則流體就屬于湍流流動，反

6、之流體就屬于層流流動。對于高粘度流體，一般均處于層流狀態(tài)，而對于非均相流體，除高粘度流體外大多是處于湍流狀態(tài)。第11頁/共18頁最大剪切應力最大剪切應力 層流時的最大剪切力，液體分別在轉定子的槽道里和轉定子之間流動，分別進行分析。高粘度物料一般處于層流狀態(tài)。湍流時的最大剪切力，分析方法與層流相似。 第12頁/共18頁層流最大剪切應力層流最大剪切應力 槽道內流動：流體內的最大流速及所受到的最大剪切力與液體流動方向上的壓力梯度成正比，最大速度在槽道壁面處。轉定子之間流動：液體在轉定子之間成為旋轉流，轉定子之間存在速度梯度，產生剪切力。轉子速度大，定轉子間隙越小，則最大剪切越大。最大剪切力在轉子壁面

7、處。 第13頁/共18頁湍流最大剪切應力湍流最大剪切應力 槽道內流動：與層流類似，湍流運動的脈動特性使其具有傳遞擴散性，從而使物料的粉碎過程中能更產生很好的分散，且剪切效果是層流數(shù)倍以上。轉定子之間流動：同上 第14頁/共18頁二、高頻壓力波動二、高頻壓力波動 根據伯努利方程，流體所具有的動能和壓力之和是常數(shù)，因此突然的高速流體會造成壓降，當壓力低到工作流體的飽和蒸汽壓時，就會沸騰，產生大量的氣泡，當壓力升高后，氣泡又會破裂。產生的高速微射流，速度可以達到100m/s到300m/s這一高度，微射產生的脈沖壓力接近200Mpa，這就是空穴效應?？昭ㄐl(fā)生在粒子旁邊就會導致粒子的破裂。第15頁/共18頁三、機械撞擊、剪切作用三、機械撞擊、剪切作用 對于含固體顆粒物料的粉碎均質，機械剪切與撞擊起主導作用，轉子高度旋轉產生強大的離心立場，在轉子中心形成很強的負壓區(qū)，料液從定轉子中心被吸入，在離心力的