淺談均質(zhì)機的機理

均質(zhì)，就是將液態(tài)物料中的固體顆粒打碎，使固體顆粒實現(xiàn)超細化，并形成均勻的懸浮乳化液的工藝過程。均質(zhì)技術(shù)已經(jīng)是一種非常重要的細化分散技術(shù)，廣泛應用于乳品、飲料、食品、化妝品和化工行業(yè)等領(lǐng)域。在藥劑學中，藥物顆粒越小，有助于提高藥物的溶解速度及溶解度，有利于提高難溶性藥物的生物利用度；也有利于提高藥物在分散介質(zhì)中的分散性。

均質(zhì)技術(shù)的分類

1、高壓均質(zhì)技術(shù)：物料在高壓狀態(tài)下，使物料發(fā)生物理、化學、結(jié)構(gòu)性質(zhì)等一系列變化，最終達到均質(zhì)的效果。

2、剪切均質(zhì)技術(shù)：采用了動定轉(zhuǎn)子、雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)物料的超細化。

3、微射流均質(zhì)技術(shù)：使液體物料在高壓狀態(tài)下，形成高速射流，與相反方向的另一股射流形成高速碰撞，使其中的固體物料被超細化。

均質(zhì)機理

均質(zhì)機的作用力主要為剪切力和壓力。在均質(zhì)過程中，產(chǎn)生層流效應，分散相顆粒或液滴被剪切和延伸拉碎；受到湍流效應影響，顆?；蛞旱卧趬毫Σ▌酉庐a(chǎn)生隨機變形；受到空穴效應的影響，較高的壓力作用使小氣泡迅速破裂,釋放能量，從而引起局部液壓沖擊,造成振動。

經(jīng)過縫隙的液體，由于瞬間失壓以非常高的速度噴射出，撞擊到均質(zhì)部件上，產(chǎn)生了剪切、撞擊和空穴三種效應。

剪切效應

較高速度的液體流經(jīng)均質(zhì)腔縫隙時由于極大的速度梯度，會產(chǎn)生劇烈的剪切作用。分散相顆?；蛞旱卧趶娂羟辛Φ淖饔孟聦l(fā)生變形，當剪切力大到一定程度時，分散相中的液滴發(fā)生破碎。

撞擊效應

液體流經(jīng)縫隙時，以非常高的流速撞擊到?jīng)_擊環(huán)上，造成液滴破碎。

空穴效應

液體以較高的速度流經(jīng)均質(zhì)腔閥的縫隙時，形成極大的壓力降。當壓力降低到液體的飽和蒸氣壓時，液體開始沸騰并發(fā)生極速汽化，形成大量氣泡。液體流出均質(zhì)閥時，壓力又迅速增大，導致氣泡突然破滅，瞬間形成大量的空穴?？昭▽⑨尫懦龃罅康哪芰浚纬筛哳l率振動，使液滴發(fā)生破碎。

在均質(zhì)腔內(nèi)的微射流流場中，壓力和流體流速是決定空穴效應大小的重要參數(shù)。空穴效應由空化數(shù)$c_{v}$來描述。當空化數(shù)$c_{v}$≦1 時會發(fā)生空化效應，并且$c_{v}$越小空化效應越強烈。

其中：$P_{E}$液體的回復壓力；$P_{V}$蒸汽壓力；$ρ_{E}$液體的密度；$V_{E}$液體縫隙處的平均速度。

常見均質(zhì)機

高壓均質(zhì)機通過壓力裝置對液體物料施加高壓進行擠壓、延伸、撞擊、破碎的過程，主要依靠空穴效應和湍流效應。優(yōu)點是價格相對較低。適用于柔性、半柔性的顆粒狀物料。

高剪切機靠定轉(zhuǎn)子之間的相對高速運動產(chǎn)生的高剪切作用,使物料剪切、撕裂和混合。同時，較強的空穴作用對物料顆粒進行分散、細化、均質(zhì)。優(yōu)點是處理量大，穩(wěn)定性好，設備耐用易維修。

微射流均質(zhì)機利用幾十到幾百微米左右噴嘴形成超音速射流，進行相互對撞和非常強烈的剪切，在較高的均質(zhì)壓力, 產(chǎn)生較好的粒徑分布效果。優(yōu)點是高壓條件下可以連續(xù)化作業(yè)。

微射流均質(zhì)機關(guān)鍵指標

物料流經(jīng)單向閥后，在高壓腔泵里加壓，通過微米級的噴嘴，高速撞擊在乳化腔上，通過強烈的空穴，碰撞，剪切效應，得到足夠小而均一的粒徑分布。其關(guān)鍵指標如下：

均質(zhì)壓力

均質(zhì)過程中，能否穩(wěn)定達到物料所需均質(zhì)壓力，是均質(zhì)機選型的主要因素。

處理流量

設備的處理流量與設備選型、均質(zhì)壓力、物料粘度或濃度等因素有關(guān)。

溫度控制

對于許多溫度敏感、溫度影響性質(zhì)的物料而言，設備是否能夠?qū)崟r監(jiān)控進出料的溫度（進口溫度$T_{1}$、出口溫度$T_{2}$），其冷凝管的溫控效果能否滿足需求，是不可忽略的選型指標。

連續(xù)作業(yè)

在生產(chǎn)型設備的選型上，連續(xù)工作能力也是非常重要的選型要素。

均質(zhì)腔

微射流均質(zhì)機核心部件，其內(nèi)部固定的幾何角度構(gòu)造對成品起到直接的作用。現(xiàn)基本采用“Y"型或“Z"型構(gòu)造的均質(zhì)腔。

“Y"型均質(zhì)腔，物料流體在加速過程中被分為兩股細流，通過微管通道后正面碰撞混合，在獲得較高的結(jié)合相對速度時其本身所受的碰撞力較為柔和，有利于混合、乳化作用。

“Z"型均質(zhì)腔，物料流在高速通過微管通道時受到的高剪切力首先將自身粒徑減小，緊接著其與均質(zhì)腔內(nèi)壁產(chǎn)生的高碰撞力進一步對物料進行去團聚、松團作用，有利于降低粒徑分布、去團聚、分散等作用

參考資料[1]董樹. 高壓微射流參數(shù)對均質(zhì)性能影響的數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 齊魯工業(yè)大學.[2]李存紅, 侯艷, 符德學. 高壓均質(zhì),高剪切乳化,微射流均質(zhì)的比較及在食品方面的應用[J]. 焦作大學學報, 2020.[3]吳雪, 劉斌, 馮濤. 微射流均質(zhì)機的超微粉碎機理分析[J]. 食品與機械, 2009(3):4.