高剪切均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)機(jī)理

高剪切均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)機(jī)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(huì)引起分散相顆料或液滴受到剪切和拉長(zhǎng)；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(dòng)。

高剪切式均質(zhì)機(jī)的工作原理：

高剪切式均質(zhì)機(jī)的主要工作原理是通過(guò)機(jī)械作用迫使混合料液以很大的速度通過(guò)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(dá)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(jī)，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?。ㄒ话阌?.1，0.2或0.4mm），轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可達(dá)到300r/min~6000r/min。

如圖1所示，定-轉(zhuǎn)子高剪切式均質(zhì)機(jī)均質(zhì)原理圖。物料從均質(zhì)機(jī)內(nèi)部空腔（a）處流進(jìn)高剪切區(qū)（b），此時(shí)將會(huì)使物料受到剪切、拉長(zhǎng)。一旦在高剪切區(qū)（b）處的流體近于單一型剪切，與此同時(shí)，在（c）區(qū)流體將會(huì)繼續(xù)受到剪切、拉長(zhǎng)。很明顯，剪切和拉長(zhǎng)的同時(shí)發(fā)生的區(qū)域可以運(yùn)用流體相似性來(lái)研究定-轉(zhuǎn)子間流體運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(duì)于非牛頓型流體，由于流動(dòng)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(duì)于非均質(zhì)流體，可用愛(ài)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(duì)于微細(xì)纖維F=0.4；球狀微粒F=1.0；其它微粒可根據(jù)微粒的長(zhǎng)徑比在0.4小于等于F小于等于1.0范圍內(nèi)進(jìn)行估算。

當(dāng)然實(shí)際高剪切均質(zhì)機(jī)的工作情況遠(yuǎn)比上述公式復(fù)雜，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)運(yùn)，上述定-轉(zhuǎn)子之間位置關(guān)系將會(huì)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(kāi)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(jì)都會(huì)影響剪切作用。我們可以把這類定-轉(zhuǎn)子均質(zhì)機(jī)安裝于混合罐中，間歇式生產(chǎn)使用（間歇式均質(zhì)機(jī)），也可以作為強(qiáng)力泵安裝在管線上，連續(xù)工（管線式均質(zhì)乳化機(jī)）生產(chǎn)使用。實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，會(huì)很快使定-轉(zhuǎn)子間縫際增大，剪切效率將會(huì)下降，而且對(duì)定子和攪拌軸之間使用的機(jī)械密封要求非常高。

 

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