高剪切均質(zhì)機的均質(zhì)機理

高剪切均質(zhì)機的均質(zhì)機理：

物料（液體物料）分散系中分散相顆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質(zhì)設(shè)備中有差別，能引起剪切力作用的具體流體力學(xué)效應(yīng)主要有層流效應(yīng)、湍流效應(yīng)和空穴效應(yīng)。層流效應(yīng)會引起分散相顆料或液滴受到剪切和拉長；氣穴效應(yīng)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(zhì)機的工作原理：

高剪切式均質(zhì)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(xué)效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生很大的剪切作用，而使分散相顆粒或液滴破碎，達到均質(zhì)乳化目的。最常用的高剪切均質(zhì)乳化設(shè)備是定轉(zhuǎn)子均質(zhì)機，它主要用于定子S和同心高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子R組成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙非常小（一般有0.1，0.2或0.4mm），轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可達到300r/min~6000r/min。

如圖1所示，定-轉(zhuǎn)子高剪切式均質(zhì)機均質(zhì)原理圖。物料從均質(zhì)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(zhuǎn)子間流體運動情況。定子S、轉(zhuǎn)子R，定-轉(zhuǎn)子間間隙為h，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為v，剪切速率Y（即速度梯度或剪切速率），假設(shè)物料在層流情況下流動，反映層流效應(yīng)，根據(jù)牛頓粘性定律可得：

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

指數(shù)n取（0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(zhì)流體，可用愛因斯坦方程式表示非均質(zhì)流體的表觀粘度 與固相體積分率的關(guān)系：

相應(yīng)可得非均質(zhì)液體受到的剪切應(yīng)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；其它微粒可根據(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(dāng)然實際高剪切均質(zhì)機的工作情況遠比上述公式復(fù)雜，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)運，上述定-轉(zhuǎn)子之間位置關(guān)系將會發(fā)生變化，從圖1的位置變化到轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)）和其它一些設(shè)計都會影響剪切作用。我們可以把這類定-轉(zhuǎn)子均質(zhì)機安裝于混合罐中，間歇式生產(chǎn)使用（間歇式均質(zhì)機），也可以作為強力泵安裝在管線上，連續(xù)工（管線式均質(zhì)乳化機）生產(chǎn)使用。實際運用過程中，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，會很快使定-轉(zhuǎn)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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