精細化工設備第6章課件

1、 n了解均質乳化的基本概念，乳狀液制備方法及乳化設備。n掌握掌握乳化機的組成和工作過程。 n掌握高壓均質機、剪切式均質機、超聲波乳化器和膠體磨的結構，工作原理及其應用場合。 第第6 6章章 乳化和均質設備乳化和均質設備第8次課6.1 乳狀液制備乳狀液制備6.1.1 乳化的基本概念乳化的基本概念n將兩種互不相溶的液體（如油和水）放在一起攪拌，一種液體以微細液珠分散于另一種液體中，形成液液體系，稱為乳狀液，這種過程稱為乳化。n乳狀液分為兩類： 水包油乳狀液(O/W)：如雪花膏、奶液 油包水乳狀液（W/O）：如冷霜、清潔霜 6.1 乳狀液制備 6.1.1 乳化的基本概念為了提高乳狀液的穩(wěn)定性，可采取

2、以下兩項措施：n加入乳化劑n采用機械方法 通常用乳狀液中分散相液珠大小隨時間變化的關系來衡量乳狀液的穩(wěn)定性。6.1 乳狀液制備 6.1.1 乳化的基本概念分散法制備乳狀液方法 轉相乳化法轉相乳化法 : 要制取O/W型乳狀液時，先制成W/O型，加入水到轉相點時，進行充分攪拌，最后轉相變成O/W型乳狀液。制W/O型乳狀液過程類似。 6.1.2 乳狀液制備方法及乳化設備6.1 乳狀液制備 6.1.2 乳狀液制備方法及乳化設備 自然乳化法自然乳化法: 乳化劑溶于油中，然后加入水中，不經攪拌而形成O/W型乳狀液。如O/W型農藥乳劑制備。 瞬時成皂法瞬時成皂法: 脂肪酸溶于油，堿溶水，混合攪拌發(fā)生皂化反應

3、。此法適用于用皂作乳化劑的乳狀液。 6.1 乳狀液制備 6.1.2 乳狀液制備方法及乳化設備 輪流加液法輪流加液法: 將水和油輪流加入到乳化劑中，每次只加入少量。制備某些食品乳狀液，如蛋黃醬制備。 界面復合物生成法界面復合物生成法: 油加入與油相親的表面活性劑，如Span60；水加入與水相親的表面活性劑，如Tween80，然后二者混合。6.1 乳狀液制備 6.1.2 乳狀液制備方法及乳化設備制備乳狀液需要將乳狀液分散得很細很均勻，由于形成巨大的表面需要能量，所以除了使用乳化劑和某種制備方法外，還需要特殊的設備。如混合、乳化和均質設備，常用的有攪拌器、膠體磨、均質機等。 6.1 乳狀液制備 6.

4、1.2 乳狀液制備方法及乳化設備6.2 均質乳化設備均質乳化設備6.2.1 攪拌混合器攪拌混合器 混合用攪拌器原則上均可用于乳化，但因一般的混合用攪拌器多使用推進式或渦輪式攪拌器，剪切混合效果差，因此制得的乳狀液分散度低、均勻性差。 混合用攪拌器多用于其他乳化設備的預分散之用，或用于低粘度液體的乳化。 6.2 均質乳化設備 6.2.1 攪拌混合器膠體磨主要由定子和轉子組成，轉子轉速可自100020000rmin。轉子和定子之間的間隙可調，一般為0.025lmm。操作時，液體自轉子和定子之間的間隙通過，利用它所產生的巨大剪切力可將液體進行乳化。6.2.2 膠體磨膠體磨6.2.2.1 膠體磨組成膠

5、體磨組成6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成膠體磨由 動盤、定盤、進料口、卸料口、間隙調節(jié)裝置、電動機和傳動裝置及機座等組成，主要工作部件有： （1 1）動磨盤和定磨盤（轉子和定子）動磨盤和定磨盤（轉子和定子） 動、定磨盤用不銹鋼制成。定盤的內壁面、動盤的外壁面為截錐形，其對應的表面有齒，齒紋按物料流動方向由稀到密，并有一定傾向角。轉子和定子的間隙在液體進口處較大、口處較小。6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成轉子和定子間的表面可有如下幾種情況： 轉子和定子間的表面均為光面表面均為光面，兩表面完全平行，液體的乳化只依靠兩表面的相對

6、運動所產生的剪切力而完成。 完全平行的轉子和定子表面覆以金剛砂等表面覆以金剛砂等形成粗糙的表面。利用其形成的湍流可以處理黏度較高的乳濁液。6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成 轉子和定子表面分別被加工成溝槽形表面分別被加工成溝槽形，轉子和定子的間隙在液體進口處較大、出口處較小。液體在間隙中通過時，受到溝槽及間隙改變的作用，流動方向急劇變化。物料受到很大的剪切力、摩擦力、離心力和高頻振動等而被乳化。6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成（2 2）動定盤間隙）動定盤間隙 通過調節(jié)手柄帶動定盤軸向移動，調節(jié)動定盤間隙大小。采用限位螺釘控制

7、最小間隙。（3 3）回流裝置）回流裝置 必要時，可利用回流裝置將物料多次循環(huán)研磨。 6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成6.2.2.2 工作過程工作過程 當物料通過動盤和定盤間的間隙時，貼附于定盤表面上的速度為零，而貼附于動盤的速度極高，物料內部產生了極大的速度梯度變化。物料受到強烈的剪切、摩擦、湍動、沖擊、高頻振動，致使物料被研磨、分散、微細化、乳化、均質。6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.2 工作過程6.2.2.3 膠體磨分類膠體磨分類（1）臥式膠體磨）臥式膠體磨 動盤和定盤間隙為0.050.15mm ; 動盤的轉速為300015000r

8、/mim 。 適合于粘度較低物料的均質乳化（2）立式膠體磨）立式膠體磨 動、定磨盤間隙為 0.0051.5mm; 動磨盤的轉速為 300010000r/min。 適合于粘度較高物料的研磨、均質和乳化。6.2 均質乳化設備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.3 膠體磨分類 乳化后的液體通常采用均質工藝，使乳化液中的分散相更進一步微細化，更均勻，得到更穩(wěn)定的產品。 6.2.3 剪切式均質機剪切式均質機 高剪切均質機由電動機、連接體、均質頭等組 成，聯(lián)接體一般采用無逢管焊接而成，均質頭是由均質殼體、轉子、定子、密封等組成，機械密封采用硬質內裝型密封。 6.2 均質乳化設備 6.2.3 剪切式均質機a

9、定轉子裝配示意圖定轉子裝配示意圖 b 定、轉子示意圖定、轉子示意圖 c 剪切式均質機剪切式均質機剪切式均質機工作原理 6.2 均質乳化設備 6.2.3 剪切式均質機6.2.4 高壓均質機高壓均質機6.2.4.1 結構特點結構特點主要由傳動系統(tǒng)、柱塞泵、均質閥等部分組成。傳動部分是由電動機、皮帶輪、變速箱、曲軸、連桿、柱塞等組成。通過曲軸連桿機構和變速箱將電機高速旋轉運動變成低速往復直線運動6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機（1）柱塞泵）柱塞泵常見為三柱塞往復泵，泵體上開有三個柱塞孔，由連桿帶動活塞，在泵體內作往復運動，在單向閥配合下完成吸料、加壓過程，然后經集流管進入均質閥。6.2

10、均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機（2）均質閥）均質閥 均質閥用鎢、鉻、鈷等耐磨合金鋼制造。接受集流管輸送過來高壓液料，完成超細粉碎、乳化、勻漿任務。第一級均質閥內液體壓力為2025MPa；第二級均質閥壓力為3.5MPa 。閥中接觸料液的材質必須具備無毒、無污染、耐磨、耐沖擊、耐酸、耐堿、耐腐蝕的條件。6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機均質閥工作原理圖6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機均質閥示意圖 6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機

11、6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機6.2.4.2 工作原理工作原理 物料在高壓作用下通過非常狹窄的間隙（一般0.1mm），造成高速液流（ 200300m/s）,使料液受到強大剪切力；同時料液中的分散相與均質閥閥芯產生高速撞擊；高速液流在通過均質閥時產生旋渦作用，致使微?；蚍稚⑾嗨榱?，從而達到均質的目的。 高壓均質機適合于處理較低粘度的物料，一般處理 0.2PaS的液體。6.2 均質乳化設備 6.2.4 高壓均質機6.2.5 離心式均質機離心式均質機6.2.5.1 結構結構 （1） 組成組成 轉鼓、帶齒圓盤及傳動機構 （2）工作部件）工作部件n轉鼓：由轉軸和數(shù)十片蝶片等組成，有很強的分

12、離能力。n帶齒圓盤：圓盤邊緣上有許多尖齒，齒前端邊緣呈流線型，后端邊緣削平。根據(jù)均質要求選擇不同直徑和齒數(shù)的圓盤，得到不同程度的破碎度。 6.2 均質乳化設備 6.2.5 離心式均質機6.2 均質乳化設備 6.2.5 離心式均質機6.2.5.2工作原理工作原理 轉鼓高速旋轉（約6000 r/min）, 進入設備的料液在離心力的作用下分成大、中、小三種密度。密度大的固體雜質等貼靠在鼓壁內側；中等密度的液態(tài)物料穿過各孔后，靠近鼓壁沿外層向排出口移動；密度小的微粒穿過各層碟片孔后向中心移動，并被導入均質室，由帶齒圓盤以極高的速度與其產生相對運動，致使局部產生旋渦，在強大的剪切力作用下使微粒破裂。均質

13、后的微粒與重液相混合成為均質乳化液。 6.2 均質乳化設備 6.2.5 離心式均質機6.2.5.3 特點特點 （1）同一設備一次完成凈化和均質操作； （2）均質后的分散介質粒徑小，且均勻； （3）設備要求采用高強度輕質材料制造，以便提高轉速 增強均質效果。6.2 均質乳化設備 6.2.5 離心式均質機6.2.6 超聲波乳化器超聲波乳化器 6.2.6.1 基本概念基本概念 （1） 超聲波超聲波：超聲波發(fā)生器輸出高頻電壓信號驅動超聲換能器產生20kHz頻率的聲波 （2）空蝕現(xiàn)象（或空化效應）空蝕現(xiàn)象（或空化效應）：超聲波在液體中產生每秒數(shù)十萬次振動，將液體震碎成大量微小氣泡，這些氣泡在連續(xù)的作用下，會迅速增長，然后突然閉合，產生超強沖擊波，在氣泡周圍產生幾千大氣壓的壓力和局部高溫，這種物理現(xiàn)象稱為超聲波空化效應。 6.2 均質乳化