納米高壓均質(zhì)介紹

1、一、均質(zhì)技術(shù)均質(zhì)機(jī)，主要由柱塞泵以及與其組合的泵體和均質(zhì)閥組成。柱塞泵的作用是將一定粘度的液態(tài)物料吸入泵體，并對(duì)物料加壓。調(diào)壓裝置是使物料在特定的壓力下通過(guò)均質(zhì)閥。"均質(zhì)"是指物料在均質(zhì)閥中發(fā)生的細(xì)化和均勻混和的加工過(guò)程。具體說(shuō)來(lái)，柱塞泵以米秒的低速將原始物料吸入，通過(guò)與均質(zhì)閥連接的調(diào)壓裝置對(duì)均質(zhì)系統(tǒng)調(diào)壓。如圖所示。 柱塞泵對(duì)物料加壓，例如加壓至，由于柱塞泵吸入與壓出料液的流速相對(duì)比較穩(wěn)定，因此，只要控制閥座與閥芯之間的間隙也稱開啟度，就可以控制整個(gè)系統(tǒng)的壓力。閥座、閥芯之間的間隙越小，系統(tǒng)的壓力越高，物料通過(guò)閥座、閥芯之間的流速也越高，時(shí)的流速高達(dá)米秒左右。依據(jù)流體力學(xué)的

2、理論，液體流速越高的區(qū)域，其壓力越小。因此，料液高速流動(dòng)時(shí)，瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的壓力降。同時(shí)，料液在柱塞泵的作用下，系統(tǒng)內(nèi)積累了較大的能量密度，這種能量密度大約在。料液在閥座與閥芯之間的流經(jīng)時(shí)間約為微秒，大量的能量在極短的時(shí)間內(nèi)得以釋放。綜上所述，料液在高速流動(dòng)時(shí)的剪切效應(yīng)、高速噴射時(shí)的撞擊作用、瞬間強(qiáng)大壓力降時(shí)的空穴效應(yīng)三重作用下，使物料達(dá)到超細(xì)粉碎，從而使互不相溶的液一液或液一固混懸液均質(zhì)成液一液乳化劑或液一固分散體。 我們以加工油水乳化液為例。油和水是二種互不相溶的液體。若應(yīng)用高壓均質(zhì)機(jī)將油脂粉碎至直徑小于的微粒均勻分布在水中。當(dāng)然，為了加工成穩(wěn)定的乳化液，還必須添加一種稱之為表面活性劑的溶

3、劑也稱為乳化劑、穩(wěn)定劑等，活性劑的作用一是降低油水混合液的表面張力，二是阻止微小顆粒的凝聚和分層?；钚詣┑膭┝恳_(dá)到足以使已加工的乳化劑具有一定的穩(wěn)定期又稱保持期，保質(zhì)期。這樣形成的乳化液稱之為水包油型乳化液，它可以用水加以稀釋。反之，以油作為連續(xù)相，應(yīng)用高壓均質(zhì)機(jī)將水以微小顆粒均勻分布在油中，這樣形成的乳化液稱之為油包水型乳化液，它只能用油加以稀釋。 均質(zhì)機(jī)屬高功率機(jī)械設(shè)備，流量二噸的高壓均質(zhì)機(jī)耗能量為，而同樣流量的膠體磨的耗能量只有。以加工乳化液為例，行業(yè)不同，使用的表面活性劑也各不相同，但有一點(diǎn)是共同的，即乳化液所添加的表面活性劑劑量的多少，取決于乳化過(guò)程中所獲得的能量的大小。所獲能量越

4、大，所添加的劑量越少。例如高壓均質(zhì)機(jī)壓力下加工乳化劑時(shí)，添加活性劑的劑量為。應(yīng)用其它均質(zhì)器械，如用膠體磨加工乳化液，由于從膠體磨獲得的能量小得多，因此，添加劑的劑量必須在，二者之差近乎于一個(gè)數(shù)量級(jí)。 總之，對(duì)于平均粒徑小于最小粒徑在左右的乳化劑和分?jǐn)?shù)體，均可以應(yīng)用高壓均質(zhì)機(jī)加工獲得。均質(zhì)機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，被廣泛應(yīng)用在食品、飲料、牛奶制品、精細(xì)化工、制藥、生物工程等領(lǐng)域數(shù)以千計(jì)的產(chǎn)品深加工。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，均質(zhì)機(jī)的性能、規(guī)格有了很大的發(fā)展。從壓力區(qū)分，均質(zhì)機(jī)可分為低壓、中壓、高壓、超高壓以上四種類型；流量上可分為每小時(shí)加工幾十公斤的實(shí)驗(yàn)型機(jī)、每小時(shí)加工數(shù)噸的生產(chǎn)型機(jī)、每小

5、時(shí)加工幾十噸的特大型機(jī)；耗能上，又可分為普通型和高效節(jié)能型。值得一提的是，發(fā)達(dá)國(guó)家的能源并不匱乏，卻十分注重節(jié)約能源。正因?yàn)橐回炞⒅啬茉吹墓?jié)約，才得以保證能源的充余。重視節(jié)約能源的理念，從廣義上講也是一種"發(fā)達(dá)"。因此，國(guó)際上十多年前就推出了具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利產(chǎn)品-高效節(jié)能型均質(zhì)機(jī)，節(jié)能達(dá)。這對(duì)于我國(guó)本來(lái)就與國(guó)外先進(jìn)水平有著較大差距的均質(zhì)機(jī)制造業(yè)，一下子又被拉大了一段不小的距離。我國(guó)低壓均質(zhì)機(jī)在上世紀(jì)六十年代，也有個(gè)別廠家生產(chǎn)。中、高壓均質(zhì)機(jī)，因加工工藝和材料等原因，在我國(guó)一直是空白。隨著奶制品、飲料、化工、制藥等行業(yè)新產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的需要，上?？萍即髮W(xué)七十年代末在國(guó)內(nèi)率先

6、進(jìn)行了高壓均質(zhì)機(jī)的研制工作，八十年代初研制成功。從此，我國(guó)均質(zhì)機(jī)生產(chǎn)逐步步入了快速發(fā)展時(shí)期。國(guó)產(chǎn)低壓、中壓、高壓各種規(guī)格的均質(zhì)機(jī)相繼投放市場(chǎng)，極大地滿足了我國(guó)各行各業(yè)的生產(chǎn)需求。二、均質(zhì)機(jī)應(yīng)用工藝均質(zhì)機(jī)超細(xì)粉碎、乳化功能，無(wú)論是從理論上，還是實(shí)際加工的乳劑和分散體所獲得的細(xì)度、均勻度的質(zhì)量上，都是高速攪拌、砂磨、球磨、膠體磨、超聲波等均質(zhì)器械不能比擬的。但是，如果在工藝上應(yīng)用不正確、不得當(dāng)，也是無(wú)法獲得滿意結(jié)果的，至少不可能獲得最佳的效果。 均質(zhì)加工所選用壓力的大小，決定了物料獲得能量的大小。一般講來(lái)，粉碎所需要的能量，應(yīng)視物料粘度大小，液體表面張力的大小和最終粉碎細(xì)度的大小不同而不同。壓力不

7、到位不行，壓力過(guò)高同樣沒(méi)有必要。物料粉碎粒徑越小，所需的能量越大。一般講，均質(zhì)壓力增大，微粒的平均粒徑減小，但微粒粒徑變小的速率隨之減慢。這表明，即便使用了很高的壓力，均質(zhì)機(jī)粉碎細(xì)度的功能并不是無(wú)限度的。就目前普通結(jié)構(gòu)的均質(zhì)機(jī)而言，其極限粉碎細(xì)度在。物料初始粒徑的大小，粒徑的均勻度，是影響均質(zhì)質(zhì)量的重要因素之一。工藝上要求物料的初始粒徑不但要盡可能?。ㄒ话悴粦?yīng)大于），而且須經(jīng)低能均質(zhì)器械進(jìn)行粗加工，使其粒徑大小盡可能均勻一致。原始物料粒徑的不均勻，均質(zhì)時(shí)很難獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。 混合液中油脂的含量，同樣是決定其質(zhì)量的重要因素之一。當(dāng)施加在混合液中的能量密度相同時(shí)，油脂含量的增加，意味著單元獲得的

8、平均能量的減小，直接影響著混合液的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)證明，在某一范圍內(nèi)，油脂比例的減少，也是增加均質(zhì)效果的途徑之一，混合液的油脂含量的最大比例應(yīng)該小于。物料的粘滯度，同樣與均質(zhì)效果和均質(zhì)效率密切相關(guān)的。均質(zhì)壓力一定時(shí)，物料粘度的增加，例如從增加到，物料的粒徑隨之變大，粘度超過(guò)，粒徑變大尤為明顯。因此，物料粘度低于，均質(zhì)效果較為有效。工藝上，為了達(dá)到降低粘度，簡(jiǎn)單有效的方法是對(duì)物料加熱。對(duì)于特定的物料，例如樹脂的乳化，利用油脂溶于某一種特定的溶劑中，也能方便有效的降低油脂的粘度。 均質(zhì)機(jī)加工工藝上還有一個(gè)加工次數(shù)的問(wèn)題。均質(zhì)機(jī)只加工一次，很難使大小不一的顆粒獲得相同的能量，結(jié)果是均勻度不理想。實(shí)驗(yàn)證明：

9、均質(zhì)過(guò)程中，大顆粒較容易獲得能量而被粉碎為細(xì)顆粒，而細(xì)顆粒的變小相對(duì)比較困難。由于這兩個(gè)原因，工藝上需要進(jìn)行多次均質(zhì)。經(jīng)過(guò)數(shù)次均質(zhì)，不但使顆粒逐漸變小，而且顆粒大小逐漸趨于一致，均質(zhì)效果大為提高。有效均質(zhì)的最多次數(shù)為九次，超過(guò)九次，效果與耗能比將得不償失。 目前，廣泛使用的均質(zhì)機(jī)大多具有二級(jí)均質(zhì)的功能。一級(jí)閥（高壓閥，下同）與二級(jí)閥（低壓閥，下同）所選用的壓力大小也涉及到均質(zhì)機(jī)的加工工藝問(wèn)題。國(guó)外對(duì)均質(zhì)機(jī)一級(jí)、二級(jí)閥加工效果的研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，相比較，我國(guó)在這方面的研究還處在起步階段。一級(jí)閥與二級(jí)閥是串聯(lián)使用的，二級(jí)閥壓力的大小，關(guān)系到物料經(jīng)過(guò)一級(jí)閥瞬間壓力降的大小，從而直接關(guān)系到一級(jí)閥的

10、加工效果。因此，二級(jí)閥壓力的選擇并不是隨意的，實(shí)驗(yàn)證明，二級(jí)閥工藝上選擇的壓力應(yīng)控制在系統(tǒng)總壓力的之間，壓力選擇過(guò)高，反而適得其反。納米對(duì)撞機(jī)械裝備（NCJJ系列納米機(jī)）一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介納米超高壓均質(zhì)機(jī)（納米對(duì)撞機(jī)）是一種用物理方法動(dòng)態(tài)連續(xù)進(jìn)行的流體物料破碎、分散、乳化和冷殺菌設(shè)備。超高壓對(duì)撞使可流動(dòng)液態(tài)物質(zhì)懸濁液，經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的超高壓泵，將被加工物料輸進(jìn)高頻振蕩器中，從高頻振蕩器完成對(duì)撞后壓力釋放噴射出來(lái)，最高流速為450-550米/秒，發(fā)生高頻振蕩，使物料達(dá)到納米級(jí)破碎，從而完成納米破碎、乳化分散和冷殺菌的功能。100/150納米機(jī) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)插圖廊坊通用機(jī)械制造有限公司消化吸手國(guó)外先進(jìn)技術(shù)

11、，利用 超高壓高頻振蕩技術(shù)原理，研制成功我國(guó)多柱塞超高壓對(duì)撞技術(shù)裝備納米超高壓均質(zhì)機(jī)，其結(jié)構(gòu)為超高壓泵、可編程控制系統(tǒng)、高頻振蕩器發(fā)生裝置、穩(wěn)壓裝置等，此裝置已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平并申請(qǐng)了實(shí)用新型專利超高壓流體納米對(duì)撞發(fā)生裝置專利號(hào)：ZL03239703.8 )。 并引進(jìn)日本吉田納米技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)了新一代試驗(yàn)室用納米機(jī)（見下圖）。NCJJ-7/200二、納米機(jī)產(chǎn)品介紹1.試驗(yàn)機(jī)型性能特點(diǎn)a.試驗(yàn)機(jī)有電動(dòng)式、氣動(dòng)式兩種機(jī)型。b.本系列機(jī)型具有體積小、重量輕、噪聲低的特點(diǎn)，可直接在研究室或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行設(shè)置安裝。c.本系列機(jī)型由于高壓頭可隨意地安裝與拆卸，所以可安裝以S型、K型為主體的新開發(fā)機(jī)型噴嘴（發(fā)生

12、器）。d.本系列機(jī)型可單機(jī)應(yīng)用，也可進(jìn)行自由 組合，而且通過(guò)組合就可能實(shí)現(xiàn)粒徑分布控制等,因此使其進(jìn)行試驗(yàn)研究開發(fā)的廣度也就無(wú)限地?cái)U(kuò)大了。NCJJ-7/200（電動(dòng)式） NCJJ-8/150（氣動(dòng)式）NCJJ-20/150（電動(dòng)式）2.量產(chǎn)機(jī)型簡(jiǎn)單性能說(shuō)明a.納米超高壓均質(zhì)機(jī)量產(chǎn)機(jī)型，主要適用于流體混合物料(液液相或液固相)的破碎、均質(zhì)、乳化。b.它采用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。c.在特制振蕩頭的作用下將物料超微細(xì)化，達(dá)到納米級(jí)或亞納米級(jí)的均質(zhì)效果。 d.機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，掌握容易，安裝和維護(hù)方便，自動(dòng)化程度高。該機(jī)的運(yùn)行程序設(shè) e有多種安全連鎖保護(hù)裝置，可靠性，安全性好。NCJJ-7

13、5/150量產(chǎn)機(jī) NCJJ-200/150量產(chǎn)機(jī)三、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該機(jī)型結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，造型美觀，安裝和維護(hù)方便。配有變頻調(diào)速，調(diào)壓自動(dòng)控制，PLC可編程控制，運(yùn)行程序設(shè)有多種安全連鎖保護(hù)裝置，自動(dòng)化程度高，可靠性，安全性好。四、應(yīng)用：該系列超高壓納米對(duì)撞機(jī)可廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和生物工程等行業(yè)。食品工業(yè)乳化脂肪的超微細(xì)化，香料分散，氨基酸鈣螯和，維生素分散，酵母菌破碎，生酒催化作用。醫(yī)藥工業(yè)脂肪乳劑調(diào)整分散，核蛋白糖微米化，藥粉的超微粒化，各種中藥制劑的納米破碎、細(xì)胞破 碎、生物菌的破碎?；瘜W(xué)工業(yè)陶瓷土的破碎，無(wú)機(jī)顏料有機(jī)染料的破碎分散，各種乳化重合制劑分散乳化。其

14、他工業(yè)高級(jí)打印墨水，感光材料超細(xì)化，纖維超細(xì)化，各種懸濁礦物液超微細(xì)化。五、超高壓對(duì)撞技術(shù)的機(jī)理超高壓對(duì)撞技術(shù)是一種用物理方法動(dòng)態(tài)連續(xù)進(jìn)行的流體物料破碎和冷殺菌。其優(yōu)點(diǎn)是純物理過(guò)程，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，具有其原天然的性質(zhì)，并延長(zhǎng)其天然性質(zhì)的時(shí)間，由于物質(zhì)超細(xì)化產(chǎn)生新的功能，且能耗低。它的機(jī)理為：流體物料或懸濁液經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，超高壓泵或帶有二級(jí)增壓裝置（壓力150MPa300MPa），將被加工物料輸送到均質(zhì)器或高頻振蕩器中，然后在均質(zhì)器或高頻振蕩器中完成對(duì)撞后壓力釋放，從而完成納米破碎和冷殺菌的功能，由于選用均質(zhì)器和高頻振蕩器及其加工物料不同，因而它的加工效果也不盡相同。下面介紹幾種常用超

15、高壓均質(zhì)器和高頻振蕩器的形式。5.1 較為普通均質(zhì)器通過(guò)超高壓流體經(jīng)閥座小孔，噴射在可調(diào)整間隙特制閥頭端面，在通過(guò)設(shè)有一定間隙振蕩環(huán)噴出達(dá)到對(duì)物料破碎和冷殺菌的作用，它的破碎效果與調(diào)整壓力大小有直接的關(guān)系。（見圖1）圖1 圖25.2 通過(guò)特殊超硬材料制成的兩圓板，并在平面上設(shè)有一條或多條溝槽，兩個(gè)帶有溝槽的圓板端面貼緊，組成由兩個(gè)孔進(jìn)料，經(jīng)溝槽從單孔出料。形成兩股超高壓流體，在溝槽內(nèi)發(fā)生流體對(duì)撞，產(chǎn)生脈動(dòng)形成激波，發(fā)生高頻振蕩從單孔噴射出來(lái)，壓力釋放。從而使物料達(dá)到納米破碎和冷殺菌作用，它的破碎效果較第一種明顯提高而能耗低，但它對(duì)物料要求嚴(yán)格，一般入料粒徑為10m以下，小孔易堵，適用范圍較窄。

16、（見圖2）5.3 由兩個(gè)或兩個(gè)以上的超高壓流體振蕩器（具有2.2的功能但不完全相同）按一定角度安裝在一個(gè)腔體內(nèi)，形成對(duì)撞的形式，經(jīng)過(guò)兩股或兩股以上超高壓流體，先進(jìn)入一級(jí)高頻振蕩發(fā)生器，然后由兩個(gè)或兩個(gè)以上的發(fā)生器單孔以超高速液流噴射出來(lái)實(shí)現(xiàn)二級(jí)超高壓高速射流對(duì)撞，從而達(dá)到納米破碎和冷殺菌的功能。（該裝置已獲專利，專利號(hào)：03239703.8）它的優(yōu)點(diǎn)可選用較大范圍物料加工，并可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。（見圖3） 圖3超高壓流體振蕩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖5.4一種利用超高壓對(duì)撞技術(shù)應(yīng)用于均質(zhì)乳化的裝置，它是通過(guò)超高壓流體，由進(jìn)料孔、一、二級(jí)多迷宮反應(yīng)腔體和出料噴嘴組成，物料經(jīng)高壓下流體反復(fù)折射、混合、攪拌等功能

17、，可以獲得在同等壓力下良好的乳化效率，專適用于各種乳化、均質(zhì)混合要求的流體物料加工。（見圖4）圖4 均質(zhì)乳化的裝置示意圖 T納米機(jī)處理實(shí)例序號(hào)樣品目的分散介質(zhì)處理壓力（兆帕）處理次數(shù)（次）平均粒徑（nm)最大粒徑（nm）食品、醫(yī)藥、生物類1微脂粒乳化水2001503457982脂肪乳劑乳化水1503643細(xì)菌破碎1503854青霉菌破碎水150350805酵母菌破碎水135335506大腸桿菌破碎水1171651107革蘭氏陽(yáng)性菌破壁1501080%8氟嘧啶多相脂破碎水1202401009香精破碎蟻溶液破碎水11038511011油水乳液乳化水12534012龍血竭破碎水+乙醇120107015013靈芝孢子破壁水150108014大豆磷脂破碎水150311015氨基酸鈣破碎水12027012016病毒破碎15056384化工類17氨基酸陶瓷破碎水150107018電氣石微粉破碎水15047519阿艾諾基鋁氧粉分散水15039920銅酞箐顏料分散水18065021蠟（m-p.80）140溶解