高剪切均質機的均質機理

高剪切均質機的均質機理：

物料（液體物料）分散系中分散相顆?；蛞旱纹扑榈闹苯釉蚴鞘艿郊羟辛Φ淖饔?。引起剪切力作用的的剪切力在不同的高剪切均質設備中有差別，能引起剪切力作用的具體流體力學效應主要有層流效應、湍流效應和空穴效應。層流效應會引起分散相顆料或液滴受到剪切和拉長；氣穴效應是形成的小氣泡受到的破碎產(chǎn)生沖擊波，引起劇烈攪動。

高剪切式均質機的工作原理：

高剪切式均質機的主要工作原理是通過機械作用迫使混合料液以很大的速度通過十分窄的間隙，在流體力學效應的作用下，產(chǎn)生很大的剪切作用，而使分散相顆?；蛞旱纹扑?，達到均質乳化目的。最常用的高剪切均質乳化設備是定轉子均質機，它主要用于定子S和同心高速旋轉的轉子R組成，定子和轉子之間的間隙非常?。ㄒ话阌?.1，0.2或0.4mm），轉子的轉速可達到300r/min~6000r/min。

如圖1所示，定-轉子高剪切式均質機均質原理圖。物料從均質機內(nèi)部空腔（a）處流進高剪切區(qū)（b），此時將會使物料受到剪切、拉長。一旦在高剪切區(qū)（b）處的流體近于單一型剪切，與此同時，在（c）區(qū)流體將會繼續(xù)受到剪切、拉長。很明顯，剪切和拉長的同時發(fā)生的區(qū)域可以運用流體相似性來研究定-轉子間流體運動情況。定子S、轉子R，定-轉子間間隙為h，轉子旋轉轉速為v，剪切速率Y（即速度梯度或剪切速率），假設物料在層流情況下流動，反映層流效應，根據(jù)牛頓粘性定律可得：

從式（3）中可知：流體受到剪切應力隨著混合物粘度 的增加和轉子速度V的增加及定-轉子間間隙的減小而增大。對于非牛頓型流體，由于流動的復雜多變性，使得混合物所受的剪應力l與由剪切力產(chǎn)生的剪切速率Y之間關系比較復雜，一般使用表觀粘度 :

指數(shù)n?。?小于n小于1），表示流體偏離牛頓流體形態(tài)的程度，其值的大小主要由流體特性決定。對于非均質流體，可用愛因斯坦方程式表示非均質流體的表觀粘度 與固相體積分率的關系：

相應可得非均質液體受到的剪切應力l：

F-微粒形狀因子，F(xiàn)一般取0.4~1，對于微細纖維F=0.4；球狀微粒F=1.0；其它微?？筛鶕?jù)微粒的長徑比在0.4小于等于F小于等于1.0范圍內(nèi)進行估算。

當然實際高剪切均質機的工作情況遠比上述公式復雜，隨著轉子的轉運，上述定-轉子之間位置關系將會發(fā)生變化，從圖1的位置變化到轉子葉片和定子的其他位置，定子開孔（如圖1），不同形狀的孔（如下述定子結構）和其它一些設計都會影響剪切作用。我們可以把這類定-轉子均質機安裝于混合罐中，間歇式生產(chǎn)使用（間歇式均質機），也可以作為強力泵安裝在管線上，連續(xù)工（管線式均質乳化機）生產(chǎn)使用。實際運用過程中，由于轉子的高速旋轉，會很快使定-轉子間縫際增大，剪切效率將會下降，而且對定子和攪拌軸之間使用的機械密封要求非常高。

 

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