我国均质机技术介绍

我国“均质机”应用工艺以及发展趋势

1990年,在巴黎举办的世界博览会上,一个名叫August Gaulin的人展出了由他发明的用于均质牛奶的装置。而在我国,对牛奶进行均质处理还不到十年的时间。

    据有关文献记载,Gaulin的装置**次使用了"Homogenized"(均质)这个词。此后,"均质"、"均质机"、"乳化器"等这些词都是与Gaulin研制的装置和工艺密不可分的。当今,世界各国生产的林林总总的均质器械,结构上尽管各有差异,究其基本原理,与Gaulin应用的原理所差无几,可以说只是同工异曲。

    一、均质技术

   均质机,主要由柱塞泵以及与其组合的泵体和均质阀组成。柱塞泵的作用是将一定粘度的液态物料吸入泵体,并对物料加压。调压装置是使物料在特定的压力下通过均质阀。"均质"是指物料在均质阀中发生的细化和均匀混和的加工过程。

    具体说来,柱塞泵以0.25-0.5米/秒的低速将原始物料吸入,通过与均质阀连接的调压装置对均质系统调压。?

    柱塞泵对物料加压,例如加压**40Mpa,由于柱塞泵吸入与压出料液的流速相对比较稳定,因此,只要控制阀座与阀芯之间的间隙?也称开启度,就可以控制整个系统的压力。阀座、阀芯之间的间隙越小,系统的压力越高,物料通过阀座、阀芯之间的流速也越高,60Mpa时的流速高达300米/秒左右。

   依据流体力学的理论,液体流速越高的区域,其压力越小。因此,料液高速流动时,瞬间会产生极大的压力降。同时,料液在柱塞泵的作用下,系统内积累了较大的能量密度,这种能量密度大约在600-800kw/cm3。料液在阀座与阀芯之间的流经时间约为50微秒,大量的能量在极短的时间内得以释放。

    综上所述,料液在高速流动时的剪切效应、高速喷射时的撞击作用、瞬间强大压力降时的空穴效应三重作用下,使物料达到超细粉碎,从而使互不相溶的液一液或液一固混悬液均质成液一液乳化剂或液一固分散体。

    我们以加工油水乳化液为例。油和水是二种互不相溶的液体。若应用高压均质机将油脂粉碎**直径小于lμm的微粒均匀分布在水中。当然,为了加工成稳定的乳化液,还必须添加一种称之为表面活性剂的溶剂?也称为乳化剂、稳定剂等?,活性剂的作用一是降低油水混合液的表面张力,二是阻止微小颗粒的凝聚和分层。活性剂的剂量要达到足以使已加工的乳化剂具有一定的稳定期?又称保持期,保质期?。这样形成的乳化液称之为水包油型乳化液,它可以用水加以稀释。反之,以油作为连续相,应用高压均质机将水以微小颗粒均匀分布在油中,这样形成的乳化液称之为油包水型乳化液,它只能用油加以稀释。

   均质机属高功率机械设备,流量二吨的高压均质机耗能量为45kw,而同样流量的胶体磨的耗能量只有7.5kw。以加工乳化液为例,行业不同,使用的表面活性剂也各不相同,但有一点是共同的,即乳化液所添加的表面活性剂剂量的多少,取决于乳化过程中所获得的能量的大小。所获能量越大,所添加的剂量越少。例如高压均质机40Mpa压力下加工乳化剂时,添加活性剂的剂量为0.25%。应用其它均质器械,如用胶体磨加工乳化液,由于从胶体磨获得的能量小得多,因此,添加剂的剂量必须在2.25%,二者之差近乎于一个数量级。

    总之,对于平均粒径小于2μm?**小粒径在0.1μm?左右的乳化剂和分数体,均可以应用高压均质机加工获得。均质机自问世以来,其应用领域不断拓展,被广泛应用在食品、饮料、牛奶制品、精细化工、制药、生物工程等领域数以千计的产品深加工。

    随着应用领域的不断扩大,均质机的性能、规格有了很大的发展。从压力区分,均质机可分为低压-25Mpa、中压-40Mpa、高压-60Mpa、超高压-100Mpa以上四种类型;流量上可分为每小时加工几十公斤的实验型机、每小时加工数吨的生产型机、每小时加工几十吨的特大型机;耗能上,又可分为普通型和高效节能型。值得一提的是,发达国家的能源并不匮乏,却十分注重节约能源。正因为一贯注重能源的节约,才得以保证能源的充余。
    重视节约能源的理念,从广义上讲也是一种"发达"。因此,国际上十多年前就推出了具有知识产权的**产品--高效节能型均质机,节能达40%。这对于我国本来就与国外先进水平有着较大差距的均质机制造业,一下子又被拉大了一段不小的距离。
    我国低压均质机在上世纪60年代,也有个别厂家生产。中、高压均质机,因加工工艺和材料等原因,在我国一直是空白。随着奶制品、饮料、化工、制药等行业新产品研制、生产的需要,上海科技大学七十年代末在国内率先进行了高压均质机的研制工作,八十年代初研制成功。从此,我国均质机生产逐步步入了快速发展时期。国产低压、中压、高压各种规格的均质机相继投放市场,极大地满足了我国各行各业的生产需求。

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