高压均质机的设计与研究

高压均质机的设计与研究

1、输送物料至工作阀部分高压集中气装置将材料运输至高压旁路，并将材料运输至旁路。要处理物料在通过工作阀的过程中,在高压下产生强烈的剪切、撞击和空穴作用,从而使液态物质或以液体为载体的固体颗粒得到超微细化。1.1劳动阀原理的示意图和细节1.2均质机的性能1.2.1细化作用更为强烈1.2.2均质机的细化作用主要是利用了物料间的相互作用,所以物料的发热量较小,因而能保持物料的性能基本不变。1.2.3均质机能定量输送物料,因为它依靠往复泵送料。1.2.4均质机耗能较大。1.2.5均质机的易损使较多,维护工作量较大,特别在压力很高的情况下。2、均质机的使用目的及用量均质机操作独特的原理为无数工艺流程的革新以及各种新产品的开发应用提供了简便而卓有成效的途径,均质机的作用主要有:提高产品的均匀度和稳定性;增加保质期;减少反应时间从而节省大量催化剂或添加剂;改变产品的稠度,改善产品的口味和色泽等等。均质机超细粉碎、乳化功能,无论是从理论上,还是实际加工的乳剂和分散体所获得的细度、均匀度的质量上,都是高速搅拌、砂磨、球磨、胶体磨、超声波等均质器械不能比拟的。但是,如果在工艺上应用不正确、不得当,也是无法获得满意结果的,至少不可能获得最佳的效果。均质加工所选用压力的大小,决定了物料获得能量的大小。一般讲来,粉碎所需要的能量,应视物料粘度大小,液体表面张力的大小和最终粉碎细度的大小不同而不同。压力不到位不行,压力过高同样没有必要。物料粉碎粒径越小,所需的能量越大。一般讲,均质压力增大,微粒的平均粒径减小,但微粒粒径变小的速率随之减慢。这表明,即便使用了很高的压力,均质机粉碎细度的功能并不是无限度的。就目前普通结构的均质机而言,其极限粉碎细度在0.1-0.2μm。物料初始粒径的大小,粒径的均匀度,是影响均质质量的重要因素之一。工艺上要求物料的初始粒径不但要尽可能小(一般不应大于20μm),而且须经低能均质器械进行粗加工,使其粒径大小尽可能均匀一致。原始物料粒径的不均匀,均质时很难获得高质量的产品。混合液中油脂的含量,同样是决定其质量的重要因素之一。当施加在混合液中的能量密度相同时,油脂含量的增加,意味着单元获得的平均能量的减小,直接影响着混合液的质量。实验证明,在某一范围内,油脂比例的减少,也是增加均质效果的途径之一,混合液的油脂含量的最大比例应该小于50%。物料的粘滞度,同样与均质效果和均质效率密切相关的。均质压力一定时,物料粘度的增加,例如从2CP增加到200CP,物料的粒径随之变大,粘度超过200CP,粒径变大尤为明显。因此,物料粘度低于200CP,均质效果较为有效。工艺上,为了达到降低粘度,简单有效的方法是对物料加热。对于特定的物料,例如树脂的乳化,利用油脂溶于某一种特定的溶剂中,也能方便有效的降低油脂的粘度。均质机加工工艺上还有一个加工次数的问题。均质机只加工一次,很难使大小不一的颗粒获得相同的能量,结果是均匀度不理想。实验证明:均质过程中,大颗粒较容易获得能量而被粉碎为细颗粒,而细颗粒的变小相对比较困难。由于这两个原因,工艺上需要进行多次均质。经过数次均质,不但使颗粒逐渐变小,而且颗粒大小逐渐趋于一致,均质效果大为提高。有效均质的最多次数为九次,超过九次,效果与耗能比将得不偿失。目前,广泛使用的均质机大多具有二级均质的功能。一级阀(高压阀,下同)与二级阀(低压阀,下同)所选用的压力大小也涉及到均质机的加工工艺问题。国外对均质机一级、二级阀加工效果的研究积累了丰富的经验,相比较,我国在这方面的研究还处在起步阶段。一级阀与二级阀是串联使用的,二级阀压力的大小,关系到物料经过一级阀瞬间压力降的大小,从而直接关系到一级阀的加工效果。因此,二级阀压力的选择并不是随意的,实验证明,二级阀工艺上选择的压力应控制在系统总压力的10%-15%之间,压力选择过高,反而适得其反。3、我国均质机的发展方向自几年前开始,高压均质机的市场需求不断增加。从食感方面看,在减少使用乳化剂等外加添加剂以后,为获得长时间稳定的乳化效果,进行高压均质处理是十分有效的手段之一。采用高压均质机处理的物料随时间延长所发生的变化比用低压均质机处理少。而且由于实现了物料的细微化,提高了细微化食物在人体内的消化吸收率,因此非常适合应用于开发老年人食用的营养食品、病人食品、婴幼儿食品以及流体食品和功能性食品等高附加值制品的开发与生产,市场的潜在需求甚高。近年来,色拉调味汁和人造黄油等生产中也出现利用高压均质机处理的倾向。我国均质机产业起步较晚,较国外落后了五、六十年。进展慢,60Mpa高压均质机的生产,较国外落后了近八十个年头。水平相对比较低,无论是材料选择,加工精度、使用寿命、规格品种、应用领域及能源消耗,都与国际先进水平有着不小的差距,这显示我国均质机产业的发展任重而道远。随着我国人民生活水准的普遍提升,对乳制品、饮料的需求急剧增加,每小时几吨的均质机已经不能适应大生产的需要,每小时产量几十吨的特大型均质机的需求逐显迫切。生产质量好,性能稳定,每小时产量十几吨,乃至几十吨的特大型均质机替代进口,是我国均质机生产企业的一项紧迫任务。由于特大型均质机的能耗少则一、二百千瓦,多则四、五百千瓦,能源消耗矛盾十分突出,瞄准世界先进水平,研制高效节能型均质机,尽量缩小与国外先进水平的差距,对均质机行业显得尤为迫切和重要,这是均质机生产厂家需要花大力气尽快攻克的一个重要课题。生物工程、纳米技术,将是本世纪有着长足发展的新兴产业。大肠杆菌、酶等细胞壁的粉碎,纳米级微粒的粉碎,几十兆帕压力的均质机显然是无能为力的,这就需要我们研制100-150兆帕的超高压力的均质机。在国外,这种机器已经提供生产服务多年,而在我国几乎还是空白,这是我国均质机发展的又一个方向。如图1所示,物料在尚未通过工作阀时,一级均质阀和二级乳化阀的阀芯和阀座在力F1和F2的作用下均紧密地贴合在一起。物料在通过工作阀时(如图2),阀芯和阀座都被物料强制地挤开一条狭缝,同时分别产生压力P1和P2以平衡力F1和F2。物料在通过一级均质阀时,压力从P1突降至P2,也就随着这压力能的突然释放,在阀芯、阀座和冲击环这三者组成的狭小区域内产生类似爆炸效应的强烈的空穴作用,同时伴随着物料通过阀芯和阀座间的狭缝产生的剪切作用以及与冲击环撞击产生的高速撞击作用,如此强烈地综合作用,从而使颗粒得到超微细化。一般来说,