《剪切机原理介绍》PPT课件

剪切机原理介绍 中迅农科股份有限公司彭述明 概述 剪切均质技术作为一种新型微米技术 已经广泛应用于食品 医药 轻工 微生物等诸多行业 并得到迅速的发展 已经成为这些行业对有关流体 半流体产品品质所必不可少的工艺过程 国外在30年前就生产并使用均质机 且应用于生产 剪切均质机作为均质机械中的佼佼者 也被广泛的认识和研究 自从1948德国FLUKO公司首次发明了应用高剪切原理制成的分散乳化设备 高剪切已出现了多种系列产品 在世界均质机械行业处于领先地位 国外研究制造的剪切机基本上采用定 转子型机构作为均质头 在电机的高速驱动下 300 1000r min 物料在转子和定子之间的间隙高速运动 形成强烈的液力剪切和湍流 使物料在同时产生的离心 挤压 碰撞等综合作用力的协调作用下 得到充分的分散 乳化 破碎 达到要求的效果 美国和德国的剪切式均质机的研究和开发均取得了显著进展 如美国的IKA WERKEGMHBCO KG生产的多系列分散均质设备 美国ROSS公司研制的 德国IKA MASCHINENBAU公司研制的ULTRA分散机 德国YSTRAL公司生产的X40型分散搅拌机 在国外均质机研究和应用方面 德国处于领先 我国均质机研究是从50年底个别厂家开始的 最早是上海烟草机械厂仿制美国产品 直到80年代才开始逐渐生产均质机 而且大多是传统的高压均质设备 随着国外剪切式均质机的迅速发展 近年来 国内许多科研人员 制造和使用厂家也开始重视对剪切式均质机的研究工作 目前已经建立了与国外厂商联营 合资研制生产剪切式均质机的公司 如上海弗努克机电设备有限公司 中美合资南通罗斯 ROSS 混合设备有限公司等 现在国内有许多厂家开始生产高剪切均质机 如东市长江机电有限公司 上海环保设备总厂 上海威宇机电有限公司 上海市化工装备研究所等 高剪切机的剪切原理 一 高剪切如何工作 高速剪切机的本质是颗粒的破碎 要使分散相颗粒破裂 必须对颗粒表面提供足够的外来能量 在此能量作用下颗粒发生变形 当变形力超过使颗粒维持原状的界面张力或强度极限时 颗粒就会破裂 研究表明 液滴的变形 破裂及流体力学的稳定性 主要取决与无因次韦伯准数We 以及分散相粘度与连续相粘度之比R 液滴在流体力作用下会发生变形 其变形程度与韦伯准数成比例 Hinze研究指出 液滴破裂存在一个临界韦伯准数 当在应力作用下的韦伯准数小于临界韦伯准数时 则液滴变形 当在应力作用下的韦伯准数大于临界韦伯准数时 则液滴破裂 在液一固相分散系中 悬浮的固体颗粒在液体中也会受到类似的应力作用 当这类应力超过了使固体维持其完整性的强度极限时 粒子便发生变形 破碎 但若固体颗粒的强度极限较高 完全靠液力作用 则很难破碎 并且有一些固体颗粒 如纤维材料 则更难靠完全的液力剪切作用 所以 要有好的均质效果 则应该增加机械剪切力作用 总结 高剪切主要靠输送能量使颗粒破裂达到均质的目的 1 使液层产生速度差2 空穴效应3 机械力 A B 流体的边界层理论 流体的类型 湍流 当流体速度增加到某一速度值时 高速流体中将引起漩涡而进入湍流状态 流动型态是由雷诺数决定 流体在直管中流动时流动状态开始变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数 若大于临界雷诺数 则流体就属于湍流流动 反之流体就属于层流流动 对于高粘度流体 一般均处于层流状态 而对于非均相流体 除高粘度流体外大多是处于湍流状态 最大剪切应力 层流时的最大剪切力 液体分别在转定子的槽道里和转定子之间流动 分别进行分析 高粘度物料一般处于层流状态 湍流时的最大剪切力 分析方法与层流相似 层流最大剪切应力 槽道内流动 流体内的最大流速及所受到的最大剪切力与液体流动方向上的压力梯度成正比 最大速度在槽道壁面处 转定子之间流动 液体在转定子之间成为旋转流 转定子之间存在速度梯度 产生剪切力 转子速度大 定转子间隙越小 则最大剪切越大 最大剪切力在转子壁面处 湍流最大剪切应力 槽道内流动 与层流类似 湍流运动的脉动特性使其具有传递扩散性 从而使物料的粉碎过程中能更产生很好的分散 且剪切效果是层流数倍以上 转定子之间流动 同上 二 高频压力波动 根据伯努利方程 流体所具有的动能和压力之和是常数 因此突然的高速流体会造成压降 当压力低到工作流体的饱和蒸汽压时 就会沸腾 产生大量的气泡 当压力升高后 气泡又会破裂 产生的高速微射流 速度可以达到100m s到300m s这一高度 微射产生的脉冲压力接近200Mpa 这就是空穴效应 空穴效应发生在粒子旁边就会导致粒子的破裂 三 机械撞击 剪切作用 对于含固体颗粒物料的粉碎均质 机械剪切与撞击起主导作用 转子高度旋转产生强大的离心立场 在转子中心形成很强