第五節(jié) 分離、均質(zhì)技術(shù)裝備與技術(shù)裝備

第五節(jié)分離(fēnlí)、均質(zhì)技術(shù)裝備與技術(shù)裝備

（一）分離目的

未凈化的牛乳，由脫脂乳和稀奶油組成。淀粉乳由水、果膠(ɡuǒjiāo)和淀粉組成。毛油由油和雜質(zhì)組成。桔皮汁由桔油和纖維組成。果汁由果汁、纖維、果肉組成。為便于后續(xù)工序處理，必須將各組分分離，然后按標準調(diào)節(jié)。一、分離技術(shù)裝備與技術(shù)裝備共三十四頁（二）分離原理

鮮牛乳是脫脂乳（密度1.035g/cm3）和乳脂肪（密度0.93g/cm3）的混合物。當其靜置時，因密度不同，乳脂肪上浮，在上面形成一層稀奶油。分離速率遵循Stoke定律:V=2g(ρ1－ρ2)r2/9η（cm/s）V為球形顆粒的沉降速率(cm/s）g為重力加速度(cm/s2)ρ1為介質(zhì)密度(g/cm3）ρ2為顆粒密度(g/cm3)r為脂肪球半徑(cm)η為介質(zhì)粘度(pa·s)沉降分離速度與g、ρ1、ρ2、r、η有關(guān)，沉降分離槽越深，分層所需時間越長。介質(zhì)和顆粒密度由原料決定，提高分離速度可從縮短介質(zhì)、顆粒移動(yídòng)距離和提高加速度兩方面考慮。離心分離機是以離心加速度代替重力加速度來提高牛乳分離速度。為減少輕顆粒移動(yídòng)的距離，在分離機內(nèi)設(shè)置碟片，兩碟片之間距離為0.4～0.8mm。共三十四頁離心分離機的工作原理在于將混合液通入一組高速旋轉(zhuǎn)的分離缽中，在分離過程中將受到離心機產(chǎn)生的離心力而不是重力的作用:V=2a(ρ1－ρ2)r2/9η（cm/s）將a=ω2r1=（2πn）2r1代入:V=2（2πn）2r1(ρ1-ρ2)r2/9η整理后得:V=8.773n2r1(ρ1-ρ2)r2/η牛乳在15～70℃范圍(fànwéi)內(nèi):(ρ1-ρ2)/η=2.9t

V=8.773×0.29tr1n2r2=2.544tr1n2r2令f=a/g=ω2r1/g=（2πn）2r1/g

n：離心分離機轉(zhuǎn)速（rpm）t：牛奶在分離時溫度（0C）f：離心機的分離因素

分離因素越大，表明分離機的轉(zhuǎn)速n或分離機分離缽的旋轉(zhuǎn)半徑r1也越大。提高轉(zhuǎn)速和加大旋轉(zhuǎn)半徑都能提高分離機的生產(chǎn)能力。這個公式表明：n與分離因素的二次方成正比，而rl與分離因素的一次方成正比。若增大rl尚有技術(shù)裝備方面的問題。所以，通常采用提n增大離心分離機的分離因素。用于乳品生產(chǎn)的離心分離機其離心分離因素一般都在6000～7000以上。共三十四頁（三）離心分離機結(jié)構(gòu)具有封閉式混合液的入口和重液及輕液出口，混合液借助重力作用(zuòyòng)自空心軸進入分離機，到達碟片之間,經(jīng)分離后因混合液的高速運轉(zhuǎn)，并有壓力盤的作用(zuòyòng)，產(chǎn)生液封，提高了重液及輕液的排出壓力。結(jié)構(gòu)如圖所示。封閉式分離機由機架、傳動系統(tǒng)、電動機、轉(zhuǎn)鼓、入口、出口等部件組成。1-出口裝置(zhuāngzhì)2-蓋3-分離缽4-制動器5-進料裝置(zhuāngzhì)（連泵）6-水平驅(qū)動裝置(zhuāngzhì)7-垂直傳動裝置(zhuāngzhì)共三十四頁

傳動系統(tǒng)由橫向主軸、蝸輪蝸桿傳動副、豎向主軸等部件組成。主軸頂部設(shè)置有軸承、減振彈簧，電動機2經(jīng)法蘭盤聯(lián)接在機架上，用撓性聯(lián)軸節(jié)或摩擦離合器與橫向主軸直接。機器底座3內(nèi)有潤滑油。蝸輪運轉(zhuǎn)時部分浸在油槽中，從而對所有傳動零件提供有效的飛濺潤滑。附屬配件包括主軸的手動制動器、轉(zhuǎn)速計、潤滑油油位玻璃管和油冷卻蛇形管。4為轉(zhuǎn)鼓，機器上架(轉(zhuǎn)鼓外殼)5上設(shè)有一個環(huán)形的收集器，用以捕集從轉(zhuǎn)鼓甩出的沉積物。切線方向排料噴口終端為一個旋流器，在旋流器中，可以(kěyǐ)消除沉積物受離心力排出之前所具有旋轉(zhuǎn)動能。機架上罩6由螺釘固定在轉(zhuǎn)鼓外殼上，以遮蔽轉(zhuǎn)鼓并支撐各出口件，上有接頭，用于清洗轉(zhuǎn)鼓外部和密封件。密閉式優(yōu)點是在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)不發(fā)生空氣積聚，工作時完全由原料所充滿。排料壓力可以(kěyǐ)通過選擇泵的葉輪確定排料壓力，保證排料量及壓力穩(wěn)定。10為補充用水接頭，保持轉(zhuǎn)鼓在工作時封閉，并提供脈動液壓，以便開啟和再封閉轉(zhuǎn)鼓。1-傳動系統(tǒng)2-電動機3-機器底架4-轉(zhuǎn)筒5-轉(zhuǎn)筒外殼6-機架上罩7-入口(rùkǒu)8-奶油出口9-脫脂牛奶出口10-操作用水接頭共三十四頁1.分離機工作參數(shù)

(1)液流在分離機碟片間的移動軌跡為了提高分離機的工作效率，要求混合液在分離前適當預(yù)熱。分離后，還要求重液中含輕液率不高于比例(bǐlì)，同時對輕液和重液的體積比有一定要求，如表規(guī)定的范圍。牛奶分離機生產(chǎn)能力稀奶油與脫脂乳體積比600L/h或600L/h以上1∶4～1∶2100L/h或100L/h以上1∶4～1∶10稀奶油(nǎiyóu)與脫脂乳體積比

分離機底部四周雜質(zhì)沉淀體積與生產(chǎn)能力也有一定的數(shù)值關(guān)系，如表所示。牛奶分離機生產(chǎn)能力（L/h）（不小于）沉渣空間體積（ml）（不小于）5016100256002301000380200016903000293050003730共三十四頁液體(yètǐ)在分離機碟片之間轉(zhuǎn)動的軌跡在分離機碟片上開有3～4個孔，牛乳則通過這些孔進入(jìnrù)碟片間，這些孔開在稀奶油和脫脂乳的分界面上，分界面的半徑ro與稀奶油、脫脂乳組分之體積比例有關(guān)：

r0=[（4r2max+r2min）/1+Ψ]0.5ro：分界面半徑即轉(zhuǎn)軸中心與碟片孔中心的距離(cm)rmin：碟片最小半徑(cm)Ψ：稀奶油與脫脂乳組分之體積比rmax：碟片最大半徑(cm)碟片仰角一般為600～800，為減少輕顆粒移動的距離，在分離機內(nèi)設(shè)置碟片，兩碟片之間距離為0.4～0.8mm。因此在每塊碟片上均固定一定厚度的凸緣，碟片采用0.8nmm不銹鋼板或鋁板壓制而成,碟片組合。如圖所示。共三十四頁

(2)軸的臨界轉(zhuǎn)速假設(shè)在一個無重量的轉(zhuǎn)軸上裝置一偏心圓盤，e為軸心與圓盤質(zhì)量中之間的距離(如圖所示)。圓盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，圓盤在離心力作用下將產(chǎn)生彎曲，直至軸的彈性力與離心力平衡為止。彈性力F與撓度y成正比:F=ay(N)a：比例系數(shù)(與軸的幾何形狀、材質(zhì)、工作特性有關(guān))圓盤的質(zhì)量為m，則圓盤所受到的離心力:

F1=mrω2=m（e+y）ω2(N)ω：轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角速度（r/s）r：回轉(zhuǎn)半徑（cm）使離心力等于彈性力：

Fl=ay=m（e+y）ω2

m（e+y）ω2=ay整理(zhěnglǐ)得y=meω2/（a-mω2）當ω增大時，軸的撓度y增大。

當a-mω2=0時，y將趨于無窮大。在理論上軸將被破壞。撓度趨于無窮大時，軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。即a-mω2=0ω2臨=（a/m）0。5n臨=ω臨/2л工作時，軸的轉(zhuǎn)速達到臨界轉(zhuǎn)速時，軸并沒有被破壞，而是在短時期內(nèi)越過了這一轉(zhuǎn)速。即達到超臨界狀態(tài)。當ω＞ω臨時，a=mω2＜0,y為負值，當速度達到極高時，撓度與偏心距大小相等方向相反，圓盤趨向于繞其質(zhì)量中心回轉(zhuǎn)，也即自動對中。自動對中現(xiàn)象可使技術(shù)裝備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)軸也可以做得很細。離心分離機的轉(zhuǎn)軸設(shè)計，就是依據(jù)上述原理，即轉(zhuǎn)軸工作轉(zhuǎn)速n＞＞n臨。從式Y(jié)=meω2/（a-mω2）可以知道，偏心距e對技術(shù)裝備有極大的影響，e與y成正比，即e值越大，機器工作越不平穩(wěn)。因此在技術(shù)裝備制造時應(yīng)對轉(zhuǎn)缽、轉(zhuǎn)軸等旋動部分做靜平衡、動平衡試驗外，必須對轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)鼓部分精心保護，不能碰撞、敲擊(qiāojī)，以免破壞原有技術(shù)裝備的平衡。鑒于上述原因，離心分離機還設(shè)置了一些特殊的裝置。共三十四頁二、均質(zhì)技術(shù)裝備(jìshùzhuāngbèi)共三十四頁二、均質(zhì)技術(shù)裝備(jìshùzhuāngbèi)（一）技術(shù)裝備式均質(zhì)機（二）高剪切均質(zhì)機（三）其它均質(zhì)機共三十四頁1.均質(zhì)的目的(1)減緩混合液分離混合液中輕液（顆粒）有上浮并在表面形成一層乳脂層的傾向，利用此特性可以進行牛乳分離。但果汁必須避免輕顆粒上浮分離。均質(zhì)是有效防止產(chǎn)品中輕顆粒上浮的基本方法。

(2)獲得穩(wěn)定的、液相均勻的產(chǎn)品均質(zhì)處理可使脂肪球的平均直徑縮小到原來的1/10，而脂肪球數(shù)則比未經(jīng)處理的乳液中多1000倍。脂肪球與乳液之間的總界面增加約100倍。在此情況下，分子和微小顆粒之間形成了一種粘合作用力，使微粒穩(wěn)定均勻地分散在液體介質(zhì)中，不發(fā)生分離，從而獲得穩(wěn)定的、液相均勻的液體混合物。(3)有利于消化和吸收(xīshōu)

由于均質(zhì)后的脂肪球質(zhì)點很細小，與其他營養(yǎng)素混合時消化率可高達95%左右，因此有利于人體的消化和吸收。二、均質(zhì)技術(shù)裝備(jìshùzhuāngbèi)概述由斯托克斯公式可知，混合液體中顆粒沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，顆粒直徑減小顯著降低混合液體中顆粒沉降速度。當顆粒直徑接近于液體介質(zhì)的分子時，此時在分子和微小顆粒之間形成了一種粘合作用力，使得分離很難發(fā)生。均質(zhì)就是把較大的顆粒粉碎成接近于液體分子大小的微粒，并使之均勻一致地分散，在顆粒與分子之間獲得粘合力，從而防止混合液體產(chǎn)生分離。共三十四頁3.均質(zhì)特點(1)優(yōu)點分布均勻、降低氧化敏感性、風味趨于一致。(2)缺點乳脂分離不能有效分離(乳脂分離)；對陽光敏感，陽光的作用使其迅速產(chǎn)生(chǎnshēng)一種腐蝕性的金屬味道；對脂酶的侵襲敏感；蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性降低。由于蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性降低，在滅菌奶生產(chǎn)過程中，均質(zhì)須在最后階段進行，否則高溫滅菌時蛋白質(zhì)有凝結(jié)的危險，而導(dǎo)致牛乳包裝中的蛋白質(zhì)沉淀。2.均質(zhì)機的作用原理均質(zhì)機理有以下三個方面:

(1)剪切作用顆粒高速度通過均質(zhì)頭中的窄縫時，由于渦流而對脂肪產(chǎn)生剪切作用，使脂肪球破碎。(2)空穴作用液體靜壓能降至擴散相的蒸汽壓力之下，在液體內(nèi)部產(chǎn)生局部瞬時真空，形成空穴現(xiàn)象，使顆粒爆裂而粉碎。(3)撞擊作用當顆粒以高速度沖擊均質(zhì)閥時，使之破碎。高壓均質(zhì)機中前后設(shè)置兩個均質(zhì)頭進行雙級均質(zhì)處理來提高(tígāo)均質(zhì)效果。共三十四頁4.均質(zhì)機分類(fēnlèi)

共三十四頁4.均質(zhì)機分類

（1）高壓均質(zhì)機利用高壓泵產(chǎn)生高壓，物料(wùliào)通過一級或幾級均質(zhì)閥后，實現(xiàn)物料(wùliào)均質(zhì)。

共三十四頁4.均質(zhì)機分類(fēnlèi)

(2)高剪切旋轉(zhuǎn)式均質(zhì)機高剪切旋轉(zhuǎn)式均質(zhì)機的關(guān)鍵部件是由固定的定子和高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。代表機型有蝸輪乳化機、膠體磨及高效濕法分散機等。適用于均質(zhì)粘度大的料液，用于對粘度超過(chāoguò)l0Pa.s的液體進行有效均質(zhì)，分散相液滴尺寸降至5μm以下。共三十四頁4.均質(zhì)機分類(fēnlèi)

(3)離心式均質(zhì)機離心式均質(zhì)機是在離心凈化機或離心分離機上部的稀奶油室內(nèi)安裝一個帶齒的圓盤，齒盤邊緣帶有許多凸出的尖齒，均勻分布于圓周上，齒前端邊緣呈凸流線型，后端邊緣削平。改變圓盤的直徑和齒數(shù)都可以得到不同(bùtónɡ)脂肪破碎度的液料，實現(xiàn)不同(bùtónɡ)的均質(zhì)要求。均質(zhì)后的稀奶油可以與脫脂乳均勻一起排出。共三十四頁4.均質(zhì)機分類(fēnlèi)

(4)噴射式均質(zhì)機利用蒸汽或壓縮空氣氣流給物料提供均質(zhì)所需的能量。高速流動的物料顆粒相互碰撞，或使顆粒與金屬表面高速撞擊，將顆粒粉碎成細小的粒子(lìzǐ)，實現(xiàn)均質(zhì)。此類均質(zhì)機由于均質(zhì)料液與蒸汽或空氣直接混合，對產(chǎn)品的風味有一定的影響。不適用于易氧化的產(chǎn)品。共三十四頁4.均質(zhì)機分類(fēnlèi)

（5）膠體磨共三十四頁高壓均質(zhì)機是由高壓泵和均質(zhì)閥組成的一種持殊形式的高壓泵。目前的高壓均質(zhì)機為同一類型的三柱塞往復(fù)泵。高壓泵和均質(zhì)機的差別在于(zàiyú)排出口安裝的閥門不同，前者配安全閥，當壓力過高時可使液體回到吸入口，后者配均質(zhì)閥，液體通過均質(zhì)閥后恢復(fù)至常壓。

(一)技術(shù)裝備(jìshùzhuāngbèi)式均質(zhì)機1.主要結(jié)構(gòu)均質(zhì)機因制造廠家不同，結(jié)構(gòu)上各有特點，但主要由泵體、均質(zhì)閥、電動機、傳動機構(gòu)與機架組成。圖所示為均質(zhì)機的基本結(jié)構(gòu)。電動機動力通過傳動機構(gòu)(皮帶、齒輪減速器)驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，連桿、滑塊將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運動。在滑塊的前端裝有不銹鋼柱塞，不銹鋼柱塞一段伸入到泵體內(nèi)，泵體由一塊(或多塊)不銹鋼組成，分別裝入進料和排料的單向閥。

2.工作原理進料時，柱塞后退，泵腔內(nèi)出現(xiàn)低壓，液料受外壓作用下經(jīng)單向閥進入泵腔；排料時，柱塞前進，泵體內(nèi)物料受擠產(chǎn)生高壓，吸料單向閥在高壓作用下關(guān)閉，排料單向閥被頂開，料液從排出單向閥門排出，如在出口管道上配置均質(zhì)閥組，物料在通過均質(zhì)閥的密合面時而得到均質(zhì)。均質(zhì)閥可以是一組(即一級)，也可以是二組(二級)串聯(lián)的。均質(zhì)閥的閥體的結(jié)構(gòu)如圖。共三十四頁圖左為柱塞往復(fù)泵泵體結(jié)構(gòu)圖，柱塞向右運動時，進液閥開啟，排液閥關(guān)閉；柱塞向左運動時，進液閥關(guān)閉，排液閥開啟，將物料壓出。圖右為均質(zhì)閥及均質(zhì)過程。物料通過均質(zhì)閥平面密合面時被擠出，從均質(zhì)出料口排出，均質(zhì)閥桿則通過油壓頂住閥芯平面，均質(zhì)壓力(yālì)大小通過油壓調(diào)整得到。共三十四頁高壓均質(zhì)機的均質(zhì)壓力、生產(chǎn)率和功率三者之間的關(guān)系如圖所示，單位體積料液所消耗(xiāohào)的功率相當高，因此均質(zhì)閥容易磨損，這是高壓均質(zhì)機最大的缺點，限制了均質(zhì)閥材料的選擇。均質(zhì)功率、壓力(yālì)和生產(chǎn)率的關(guān)系共三十四頁

3.三柱塞式均質(zhì)機的生產(chǎn)能力和功率

(1)生產(chǎn)能力往復(fù)泵的理論流量取決于活塞行程和活塞面積，對于三柱塞式均質(zhì)機，其生產(chǎn)能力可按下式計算:Qv=15d2SnZψ（m3/h）Qv：柱塞式往復(fù)泵的輸送能力(m3/h)d：柱塞直徑(m)S：柱塞行程(m)Z：柱塞個數(shù)n：柱塞往復(fù)次數(shù)(次/min)ψ：工作容積的裝填系數(shù),一般為0.8～0.9。對一定形式的往復(fù)式均質(zhì)機，理論流量恒定，只決定于活塞的直徑d，行程S及頻率n，它不隨壓力而改變，因而沒有離心泵那樣的性能曲線。

(2)功率計算均質(zhì)功率可按下式計算P=Qvrh/3600×102ηP：所需功率(kw)h：液體輸出總壓頭(mH2O)r：液體密度(kg/m3)η：泵的總效率(xiàolǜ)系數(shù)102：功率折算系數(shù)共三十四頁動力往復(fù)泵活塞運動規(guī)律如圖一所示。圖中r為曲柄半徑，L為連桿長度，x為曲柄轉(zhuǎn)過α角時活塞行程，ω是曲柄旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)角速度。假設(shè)連桿長度為無限長，而β角為無限小，則連桿的斜角影響可以忽略不計(在r/L＜l/5時誤差不大，則將x距離看作等于CA，即:X=CA=CO-AO=CO-BOcosα=r（1-cosα）活塞運動速度為：v=dx/dt=rsinαdα/dtdα/dt=ωv=rωsinα泵的瞬時流量為：qv=Av=ArωsinαA為活塞的面積，對于以一定轉(zhuǎn)速運動的往復(fù)泵，上式中Arω是常數(shù)，流量變化是隨轉(zhuǎn)角α的正弦規(guī)律變化，如圖二曲線所示。當α=0時，qv=0，當α在π到2π之間，qv為負值，即圖中橫坐標下的虛線，實際上泵在此區(qū)間活塞處于吸料過程，活塞只能間歇輸送液體。圖一曲柄(qūbǐng)連桿示意圖圖二單作用往復(fù)泵流量曲線4.三柱塞式均質(zhì)機流量曲線乳品、果汁生產(chǎn)中的三柱塞式均質(zhì)機屬于動力式往復(fù)泵，通過曲柄連桿機構(gòu)傳動，活塞運行速度不均勻，其流量在整個行程中是變化的。共三十四頁三缸流量曲線如圖二所示。這種泵實質(zhì)上為三臺單動泵并聯(lián)而成，其曲柄互成1200，它既可以連續(xù)輸液體，流量較為均勻(jūnyún)。工廠使用的即為此種均質(zhì)機。雙缸單作用泵，即具有大小(dàxiǎo)相等的兩個活塞，由相差1800的曲柄帶動的往復(fù)泵，其流量曲線如圖一所示，可連續(xù)輸運液體，仍然不均勻。圖一雙作用往復(fù)泵流量曲線圖二三缸單作用泵流量曲線共三十四頁5.常見故障均質(zhì)機常見故障可以分為工藝和技術(shù)裝備故障。技術(shù)裝備故障，即電機、傳動(chuándòng)部分、曲軸連桿、滑塊等方面的故障，可通過技術(shù)裝備的定期保養(yǎng)，維修來解決。單位體積料液所消耗的功率高、構(gòu)件易磨損、對液體粘度濃度要求高，均質(zhì)易磨損。工藝方面的故障可發(fā)生在以下幾個方面:

(1)流量不足，達不到工藝要求故障發(fā)生率高，也是均質(zhì)機最重要的指標之一。由于材質(zhì)、加工質(zhì)量(zhìliàng)等方面的因素，處于料液高速沖刷于的閥門，特別是均質(zhì)閥的密合面產(chǎn)生明顯的溝槽，柱塞則由于長時間工作而嚴重磨損，使料液的流經(jīng)通道加大，大量料液回流到低壓泵腔，使均質(zhì)或升壓的能力大大降低。此時，必須對磨損部分進行修復(fù)或更換，某些產(chǎn)品，如含糖量10%以上的物料，必須重新對均質(zhì)閥等部分進行選材加工。安全閥或均質(zhì)閥(代安全閥時)的調(diào)整不當，彈簧壓力不夠也可導(dǎo)致上述故障的發(fā)生。只需對技術(shù)裝備進行適當?shù)恼{(diào)整就可恢復(fù)技術(shù)裝備的生產(chǎn)特性。另一方面，選擇能力過大的高壓泵也不利于技術(shù)裝備的正常使用。(2)壓力表指針跳動嚴重由于泵腔內(nèi)有空氣殘留，空氣壓縮、膨脹使壓力表指針嚴重跳動。少量的空氣可以在料液的流動時被夾帶出去；泵體密封件滲漏，也會使泵腔內(nèi)的料液中混有大量空氣,同時,通過充液傳遞壓力的壓力表由于充液量不夠或滲漏，也會使壓力表指針嚴重跳動。(3)密封圈損壞處于高溫和壓力周期性變化條件下的柱塞密封圈經(jīng)常會發(fā)生損壞，出現(xiàn)這類問題時，首先必須確保柱塞冷卻水的連續(xù)供應(yīng)，還要隨時修復(fù)、更換柱塞密封圈。同時，柱塞與曲軸箱之間的密封墊損壞時，則由于冷卻水的進人而導(dǎo)致潤滑不良，嚴重時還使曲軸連桿滑塊發(fā)生損壞。共三十四頁（二）高剪切均質(zhì)機

特點高剪切均質(zhì)機，轉(zhuǎn)子葉片高速回轉(zhuǎn)，在葉片作用下流入的液體通過窄小的縫隙，在很高的剪切力作用下破碎、分散、混合。高剪切均質(zhì)機結(jié)構(gòu)如圖所示，與膠體磨類似，也是由定、轉(zhuǎn)子組成，所不同的是高剪切均質(zhì)機的定、轉(zhuǎn)子是由一至數(shù)道齒圈組合而成。

1.作用原理旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子使液體受很大離心力作用，高的速度變化率，液料受到急劇變化的壓縮、拉伸和剪切復(fù)合作用，進而物料得到均質(zhì)和分散。由于流體受離心作用，高剪切均質(zhì)機具有泵的功能。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達15000rpm，剪切頻率(pínlǜ)超過了聲波的頻率(pínlǜ)。2.高剪切均質(zhì)特點分散效果好，能耗低，與高能量分散速率ζ具有密切關(guān)系，一般可高達5～1000W/kg，而其他技術(shù)裝備僅為0.1～10W/kg，分散粒徑X和ζ有如下關(guān)系:

X=C×ζ

D（μm）

C、D都是實驗常數(shù)，D取決于定轉(zhuǎn)子的幾何形狀，一般為0.55～0.75ζ(單位質(zhì)量料液所耗散(hàosàn)的功率)。用關(guān)系式表達：ζ=AnBA，B均為常數(shù),由以上兩式即可求出不同轉(zhuǎn)速下的分散粒徑。共三十四頁分類工業(yè)中使用的高剪切均質(zhì)機可分為軸流式和徑流式。1.軸流式高剪切均質(zhì)機軸流式剪切均質(zhì)機的流型如圖一所示。轉(zhuǎn)子由類似蝸輪的結(jié)構(gòu)組成，定子則沿軸向開有大小不同的孔。轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，均質(zhì)頭上下部位形成壓力差，流體從底部或頂部被不斷地吸入，經(jīng)過定子、轉(zhuǎn)子之間的間隙流至定子流道，并以極大的動能沖向上部折流板或容器底，流體被折回，返回均質(zhì)頭，由于料液不斷受到反復(fù)的強制循環(huán)，同時在均質(zhì)頭內(nèi)部受到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與定子間的強烈剪切作用(zuòyòng)，使料液在極短時間內(nèi)達到微?；途鶆蚧?。軸流式高剪切均質(zhì)機轉(zhuǎn)子的典型結(jié)構(gòu)如圖二所示，a型用于低粘度；b型用于高粘度。圖一軸流式高剪切均質(zhì)機流型圖圖二軸流式轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)示意圖(a)-為低粘度用(b)-為高粘度用共三十四頁圖一徑流(jìngliú)式高剪切均質(zhì)機的流型圖圖二ULTRA-TURRAX型高剪切均質(zhì)機轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)示意圖

2.徑流式高剪切均質(zhì)機徑流式高剪切均質(zhì)機的流型如圖一所示,定轉(zhuǎn)子開孔可根據(jù)物料的性質(zhì)而定，長孔適合于中等固體顆粒的迅速粉碎及中等粘度的液體的混合；小圓孔適合于低粘度液體，其剪切速率最大；大圓孔適用于一般的混合和大顆粒破碎，可處理較高粘度的物料。轉(zhuǎn)子還可有各種變形，如三葉槳式，實驗證明，徑流式的效果優(yōu)于軸流式。共三十四頁影響因素目前對于高剪切均質(zhì)機的設(shè)計還沒有成熟的理論公式可供參考，仍是以經(jīng)驗為主，主要考慮以下三方面的因素。

1.幾何要素；2.性能參數(shù)；3.流體動力學參數(shù)；均質(zhì)機理比較1.宏觀均質(zhì)機理比較均質(zhì)機宏觀上主要是通過技術(shù)裝備作用或流體力學效應(yīng)(xiàoyìng)產(chǎn)生高壓、沖擊、空穴等，使料液在高壓下擠，在強沖擊下發(fā)生剪切，在失壓下膨脹，在剪切、撞擊和空穴三重作用下達到均質(zhì)目的。

(1)剪切作用

高壓均質(zhì)機是使料液在高壓作用下通過非常狹窄的間隙達到均質(zhì)的目的，其均質(zhì)閥縫隙一般不超過lmm，料液在高壓下流過縫隙時，流速加快高達150～200m/s，液滴(以液滴的均質(zhì)為例)先是被延伸，又因為通過閥時的渦動作用，使延伸部分剪切破碎。在高剪切均質(zhì)機中，剪切作用主要通過液滴在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和定子間的間隙內(nèi)被剪切及轉(zhuǎn)子、定子上小孔射流的綜合效應(yīng)來實現(xiàn)(shíxiàn)。它是高剪切均質(zhì)機的主要特點。(2)撞擊作用

在高壓均質(zhì)機均質(zhì)閥縫隙高速沖出的液流出口處設(shè)置擋圈，因而產(chǎn)生高速撞擊作用。高剪切均質(zhì)機中，高速旋轉(zhuǎn)的液滴受慣性離心力的作用，但只有在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的小孔與定子小孔對正的瞬時，液體才有可能排出，高速旋轉(zhuǎn)具有極大的沖擊力。(3)空穴作用

高壓均質(zhì)機的液流在出口處靜壓很高，通過狹縫時，靜壓能轉(zhuǎn)化為動能，壓力立即下降，在其縫隙內(nèi)瞬時引起空穴現(xiàn)象，離開縫隙后壓力回升又使空穴消失，因而使液滴破碎。高剪切均質(zhì)機中，離心力的作用使未進入環(huán)隙時的液體具有一定壓力，而進入環(huán)隙后成為高速旋轉(zhuǎn)液流，液體離開定子小孔后壓力又回升，所以也有一定空穴效應(yīng)。但較之高壓均質(zhì)機壓力變化小，空穴作用弱。2.微觀均質(zhì)機理比較在微觀上，液滴要破裂，必須向液滴表面提供能量。在此能量作用下，液滴先發(fā)生變形，當變形力超過使液滴具有維持原狀趨向的界面張力時，液滴就會破裂。高壓均質(zhì)機提供給液滴破裂的能量來自于料液在閥隙進口處具有的高靜壓能；而高速旋轉(zhuǎn)時液滴流動狀況相當復(fù)雜，主要受控于作用在液滴表面不斷變化的流動速度和由此產(chǎn)生的脈動壓力，從而產(chǎn)生了分裂液滴的張力，使液滴破裂。均質(zhì)效果均質(zhì)目的是破碎顆?；蛑厩?。使其以微小狀態(tài)分布于液體中。以免產(chǎn)生分層。生產(chǎn)中均質(zhì)效果的測定是通過測定均質(zhì)指數(shù)來檢查均質(zhì)效果。

共三十四頁(三)其它均質(zhì)機1.膠體磨膠體磨與剪切均質(zhì)機都是以高剪切力為主，進行乳化分散的乳化器，在果汁(