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高剪切均质机的均质机理

作者:龙8 日期:2020-07-24 00:47 人气:

  物料(液体物料)分散系中分散相颗粒或液滴破碎的直接原因是受到剪切力的作用。引起剪切力作用的的剪切力在不同的高剪切均质设备中有差别,能引起剪切力作用的具体流体力学效应主要有层流效应、湍流效应和空穴效应。层流效应会引起分散相颗料或液滴受到剪切和拉长;气穴效应是形成的小气泡受到的破碎产生冲击波,引起剧烈搅动。

  高剪切式均质机的主要工作原理是通过机械作用迫使混合料液以很大的速度通过十分窄的间隙,在流体力学效应的作用下,产生很大的剪切作用,而使分散相颗粒或液滴破碎,达到均质乳化目的。最常用的高剪切均质乳化设备是定转子均质机,它主要用于定子S和同心高速旋转的转子R组成,定子和转子之间的间隙非常小(一般有0.1,0.2或0.4mm),转子的转速可达到300r/min~6000r/min。

  如图1所示,定-转子高剪切式均质机均质原理图。物料从均质机内部空腔(a)处流进高剪切区(b),此时将会使物料受到剪切、拉长。一旦在高剪切区(b)处的流体近于单一型剪切,与此同时,在(c)区流体将会继续受到剪切、拉长。很明显,剪切和拉长的同时发生的区域可以运用流体相似性来研究定-转子间流体运动情况。定子S、转子R,定-转子间间隙为h,转子旋转转速为v,剪切速率Y(即速度梯度或剪切速率),假设物料在层流情况下流动,反映层流效应,根据牛顿粘性定律可得:

  的增加和转子速度V的增加及定-转子间间隙的减小而增大。对于非牛顿型流体,由于流动的复杂多变性,使得混合物所受的剪应力l与由剪切力产生的剪切速率Y之间关系比较复杂,一般使用表观粘度

  指数n取(0小于n小于1),表示流体偏离牛顿流体形态的程度,其值的大小主要由流体特性决定。对于非均质流体,可用爱因斯坦方程式表示非均质流体的表观粘度 与固相体积分率的关系:

  F-微粒形状因子,F一般取0.4~1,对于微细纤维F=0.4;球状微粒F=1.0;其它微粒可根据微粒的长径比在0.4小于等于F小于等于1.0范围内进行估算。

  当然实际高剪切均质机的工作情况远比上述公式复杂,随着转子的转运,上述定-转子之间位置关系将会发生变化,从图1的位置变化到转子叶片和定子的其他位置,定子开孔(如图1),不同形状的孔(如下述定子结构)和其它一些设计都会影响剪切作用。我们可以把这类定-转子均质机安装于混合罐中,间歇式生产使用(间歇式均质机),也可以作为强力泵安装在管线上,连续工(管线式均质乳化机)生产使用。实际运用过程中,由于转子的高速旋转,会很快使定-转子间缝际增大,剪切效率将会下降,而且对定子和搅拌轴之间使用的机械密封要求非常高。

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