高压均质机的原理及应用

0 引 言
 
高压均质机是以高压往复泵为动力传递和输送物料的机构 , 将液态物料或以液体为载体的固体颗粒输送**工作阀 ( 一级均质阀及二级均质阀 ) 部分。要处理物料在通过工作阀的过程中 , 在高压下产生的强烈的剪切、撞击、空穴和湍流蜗旋作用 , 从而使液态物料或以液体为载体的固体颗粒得到超微细化 , “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。高压均质机是液体物料均质细化和高压输送的专用设备和**设备 , 均质的效果影响产品的质量。均质机的作用主要有: 提高产品的均匀度和稳定性 ; 增加保质期 ; 减少反应时间从而节省大量催化剂或添加剂 ; 改变产品的稠度改善产品的口味和色泽等等 , 均质机广泛应用于食品、乳品、饮料、制药、精细化工和生物技术等**域的生产、科研和技术开发。
 
 
 
 
 
1 高压均质机的结构
 
高压均质机是一种往复泵, 其基本结构如图1所
 
示。常见的是多( 三) 柱塞往复泵, 它主要由传动系统、柱塞泵、均质阀等部分组成。
2   高压均质机的工作过程
 
   
  图5为均质机的工作过程。图5中,柱塞的一段伸入
到泵体的泵腔内, 在传动机构的带动下柱塞在泵腔内
往复运动 , 当柱塞向右移动时泵腔内形成低压 , 排料
阀关闭进料阀打开, 物料被吸入。当柱塞向左移动时
泵腔内形成高压, 进料阀关闭, 排料阀打开, 物料被排
出。由于曲轴使连杆相位差为120°,它们并联在一起,
使排出的流量基本平衡。柱塞随曲轴旋转作往复运
动, 在主泵体内通过进料阀, 出料阀以及均质阀, 完成
进料- 压缩- 泄放- 进料- 压缩- 泄放周而复始运
 
行, 泵体结构如图6所示。对于每一个柱塞泵来说, 进
料和泄放都是间歇的,  管道的液流必然是脉冲状态,
即使是多柱塞合成的液流也成脉动状态 ,  这个脉冲
( 动) 频率会引起管道的振动, 如果柱塞运行速度130~
170 r/ min, 柱塞每一个行程周期仅0.36~0.46 s, 进出料
单向阀开启时间仅0.18~0.23 s,  表明主泵体在短时间

3 高压均质机的特点
   
   
  相对于离心式分散乳化设备 ( 如胶体磨、高剪切
混合乳化机等) 高压均质机具有以下特点:
  ①细化作用更为强烈。这是因为工作阀的阀芯和
阀座之间在初始位是紧密贴合的, 只是在工作时被料
液强制挤出了一条狭缝; 而离心式乳化设备的转定子
之间为满足高速旋转并且不产生过多的热量 , 必然有
较大的间隙 ( 相对均质阀而言 ) ; 同时 , 由于均质机的
传动机构是容积式往复泵 , 所以从理论上说 , 均质压
力可以无限地提高, 而压力越高, 细化效果就越好。
  ②均质机的细化作用主要是利用了物料间的相
互作用 , 所以物料的发热量较小 , 因而能保持物料的
 
性能基本不变。
  ③均质机能定量输送物料, 因为它依靠往复泵送
料。  
  ④均质机耗能较大。
  ⑤均质机的易损 , 维护工作量较大 , 特别在压力
很高的情况下。
  ’&均质机不适合于物料黏度很高的情况。
4 高压均质机的操作方法及注意事项
   
   
4.1 试机操作
  ’(检查传动皮带的松紧程度, 即在两带中间位置
压皮带, 以手指能压下10 ㎜左右为好。
  )’注意电动机转动方向须与所标记方向一致。
  *’传动箱内润滑油以超过油标中线位置为准。
  +’开机前 , 在保证切断电源的情况下 , 用手将皮带轮盘转几圈, 应顺利无卡咬或碰撞的感觉。
 
"!检查调压手柄是否处于完全旋松状态 , 冷却水是否已经开启, 在这些条件满足后, 方可开启电源。
 
"#电机启动后,  在无负荷的情况下运转几分钟 ,
 
声音应正常, 观察出料口出料充足并无明显的脉动情况下方可加压。加压的顺序是 : 先顺时针方向缓慢旋转二级调压手柄, 再用同样方法调节一级调压手柄 ,
 
在压力值分别为额定压力的20%, 40%, 60%, 80%的几个点上让设备运转半小时以上, 然后在额定压力下运转3 h以上。并作好电流、压力纪录, 绘制成压力—电流
 
曲线。
 
"$关机。关机前先将调压手柄旋到放松状态后 ,
 
然后关主电机, **后关冷却水。
 
"%试机后, 将润滑油更换。
 
4.2 日常操作
 
&"开机准备: 先打开柱塞冷却水和油冷却器冷却水进水阀, 再打开进料阀, 然后检查调压手柄( 须在放松无压力的状态下) , **后启动主电机。
 
’"待出料口出料正常后 , 旋动调压手柄 , 先调节二级调压手柄 , 再调节一级调压手柄 , 缓慢将压力调**使用压力, 整个过程视熟练程度约1~3 min。
 
③关机。先将调压手柄卸压, 再关主电动机, **后
 
关冷却水。
 
4.3 高压均质机的操作注意事项
 
"&调压时 , 当手感觉到已经受力时 , 须十分缓慢地加压。
 
"’均质物料的温度以65 ℃左右为宜 ,  不宜超过
 
85℃。
 
③物料中的空气含量应在2%以下。
 
④严禁带载启动。
 
⑤工作中严禁断料。
 
⑥进口物料的颗料度对软性物料在70目以上, 对
 
坚硬颗粒在100目以上。禁止粗硬杂质进入泵体。
 
⑦设备运转过程中, 严禁断冷却水。
 
⑧均质阀组件为硬脆物质, 装拆时不得敲击。
 
"/停机前须用净水洗去工作腔内残液。
 
5 高压均质机的保养维护
 
5.1 每日维护
 
&"检查油位, 以保证润滑油量充足。
 
’"随时注意油压是否正常,  油压在0.2 MPa以下,
 
须检查零件是否温度过高(如:连杆瓦、十字头盖等)、润滑油泵是否正常 , 油泵安全阀压力调定螺钉是否松动, 滤油器是否脏堵。
 
"0随时注意冷却水供应是否正常。
 
"1注意任何密封处的泄漏 , 如有泄漏 , 须更换相
 
应的密封圈组件。
 
"!运行中随时注意是否有异常声音。"#每日开机前,  **做好传动箱体的放水工作,
 
由于柱塞往复带入和空气的冷凝作用, 传动箱内不可避免有水渗入, 及时放水可避免润滑油过早失效 , 放
 
水旋钮在传动箱的背后。
 
5.2 每月检护
 
在每日检护项目的基础上进行每月检护:
 
"&检查所有螺纹是否松动。
 
"’润滑油是否失效, 如已失效, 更换新润滑油( 正
 
常情况下一**二月更换1次) 。
 
"0检查传动皮带, 如过松需调紧。
 
"1检查均质阀等易损件是否损坏, 如损坏, 应更换。
 
5.3 半年检护在月检护的基础上进行半年检护:
 
"&放掉润滑油, 清洗油箱、曲轴箱、过滤器;
 
"’将泵体所有紧固件重新上紧一遍;
 
"0再将设备当作新到的机器重新调试一遍 , 观察
 
各项性能。
 
6 均质机常见故障及其排除
 
6.1 机器无法启动, 其主要原因
 
"&停电或线路不通。需检查主电机动力安装线路
 
是否有故障。
 
"’如果管路中装配了自动安全控制系统 , 则需检
 
查系统是否进料或出料故障。
 
6.2 主电机反转
 
即主电机与规定转向不符, 只需将三相电动机中的地线换一相。
6.3 传动箱声响异常, 其产生的原因及排除方法
 
&"检查传动箱内油位是否正常, 如果油液不足需加油**油标刻度处。
 
’"检查传动箱内各联接部位是否有松动 , 如果有
 
松动, 应逐个拧紧。
 
6.4 造成不出料或出料不足的原因及排除方法
 
"&断料或进料不足, 设备在运行过程中**要保
 
证进料充足。
 
"’物料黏度过大 , 如发生这种情况 , 则需要用压
 
力进料或稀释物料。
 
"0主电机传动皮带打滑; 需调紧皮带。
 
"1柱塞密封圈泄漏 , 需更换密封圈 , 如属柱塞磨
 
损则需更换柱塞。
 
"!液流端处阀芯阀座磨损, 则需要换阀芯阀座。
 
"#液流端内6组阀芯阀座中有损坏现象或有杂质粘在密封线上 , 应检查损坏情况并及时调换 , 调换下
 
来的零件可根据损坏情况进行研磨回用或报废。
 
6.5 压力表指针摆动大于正负两格
 
①所有 5- 4中的原因均会造成压力表指针摆动
 
增大。
 
②柱塞与连杆联接处松动, 需重新固定联轴器。

  
③连杆与十字头联接处松动, 需要重新拧紧固定
 
螺钉。
 
④压力表表座内机油量不足, 将表座内柱塞压到
 
底, 然后加满机油。
 
⑤均质阀损坏严重, 需更换均质阀。
 
⑥连杆或柱塞的联轴器松动。
 
⑦液力端( 泵体) 内六组阀芯、阀座有一组或一组
 
以上卡死。
 
⑧对于带有密封件阀座, 密封件有可能损坏。
 
6.6 泵内没有压力或压力上不去的原因及故障排除
 
方法
 
(’没有进料。
 
()主电机的传动皮带松动, 需调紧皮带。
 
(*如果调压过程中, 主电机的电流值的反应是正常的, 则可能是: (a)压力表座内机油泄漏完, 应加满机油。(b)压力表损坏, 需更换压力表。
 
(+均质阀密闭处有杂质或均质阀损坏; 则需检查清洗均质阀, 如损坏需更换。
 
(,液力端内阀芯座损坏或阀座密封失效 ; 需更换
 
阀芯阀座或更换密封圈。
 
6.7 卸压后压力表指针不回零
 
’(如果停机后压力表指针仍不回零, 为压力表损坏, 需更换压力表。
 
)(调压顶杆密封圈损坏或过紧, 需更换密封圈或
 
调整配合间隙。
 
7 均质机的选择
 
高压均质机是乳制品生产线中**的设备之一 ,
 
生产中用于对物料的均质。因为它是产品产量、质量、成本效益的**, 还影响整个生产线能否正常运行 ,
 
选用理想均质机的条件, 应具备流量充足, 压力稳定,
 
均质机效果好, 易损件耐用, 噪音低、节能、节油、操作维修方便等优点。结合工程项目的规模, 产品种类和生产工艺流程 , 综合考虑选用**理想的均质机 , 实践
 
中应抓住以下几项主要技术参数:
 
( 1) 流量。流量指生产流量不少于铭牌标明的数据。即使压力达到**大数值时 , 流量也不少于铭牌所示数据 , 才能确保生产线设计要求和正常运行 , 在进料充足条件下, 流量可以通过流量公式计算求得。但理论流量与实际流量是有差别的 , 所以流量系数k的
 
大小, 取决于均质机本身的单向阀结构、材质、密封材料和密封方式以及加工精度等, 即使在供料充足条件下, 由于以上条件不能满足, 引起严重内、外泄漏导致流量系数k过低, 造成先天性的流量不足, 结果造成永
 
久性产量效益损失过大。
 
( 2) 压力。均质机铭牌上常常标有**大工作压力或称**大测试压力, 用Pmax表示。还有标有额定工作压力或称连续生产压力, 用P表示。在生产实践中, 高压

 
均质机常常提倡轻负荷工作 , 取额定工作压力 P= 0.8Pmax。如: **大压力Pmax为25 MPa,额定生产压力应该
P≤20 MPa为宜。所以选型时注意需用生产压力**
 
留有余地为宜; 压力表指示摆幅≤0.5 MPa。在额定工作压力下, 只要达到工艺要求, 保证质量的前提下, 压
 
力取低值,以降低耗能, 延长易损件使用寿命和维修周期, 是十分有益的。
( 3) 均质效果。对于柱塞泵高压均质机, 保证均质
 
效果**零部件是高压均质阀。同样压力下均质阀的结构形式、流道、阀的材质决定了均质效果, 同时也是由制造商设计决定的。均质阀在高压条件下阀座、阀杆、碰撞环的工作端面极易磨蚀 , 加工制造比较困难,
 
成本也较高 , 为此 , 选型时高压阀座、阀芯、碰撞环等零件形状**简单 , 以利加工 , 尤其使用厂家能方便加以修复, 以便再次使用。目前, 高压均质阀件, 普遍采用平面阀就是这个道理, 选型时要注意。
 
对于牛奶一般两个参数确定均质效果 , 一是粒度大小 , 二是达到同一粒度微粒所占的比例 , 根据均质后达到同一粒径的脂肪球比例 , 可以评估均质机效果好坏 , 当脂肪球直径φ2 μm以下达到98%以上 ,
均质效果为优 ; 脂肪球直径φ2 μm以下 , 低于98%, 在
 
2.5 μm以下 , 高于95%时 , 均质效果良好 ; 若脂肪球直径 3 μm 以下 , 低于 90%时 , 均质效果不良 , 即均质性能不好。
 
判断均质效果**直观方法是显微镜法 , 一般采用光学显微镜在1 000倍或其他适当倍率下 , 用目镜的测微尺 , 螺旋测微尺等在视野内对脂肪球进行直接测定。
 
( 4) 噪音。噪音大小与设备结构方式 , 加工精度,
 
安装条件有密切关系, 均质机行业内目前还没有**家标准。
 
( 5) 耗能。均质机的耗能除了与均质机的生产能力有关外, 还与结构制造精度安装有关。
( 6) 易损件。均质机的易损件主要是阀件 , 密封
 
件 , 柱塞等。由于选用材质, 加工工艺不同, 易损件可能不同。选用设备时, 只能通过比较才能择优选用。
 
8 结 论
 
由于高压均质机具有其他分散乳化设备所无法可比拟的特点,被广泛的应用于食品生产及其他**域。随着对设备运转成本降低的要求, 高压均质机会被更加广泛的应用。