淺談均質機的機理

均質，就是將液態物料中的固體顆粒打碎，使固體顆粒實現超細化，并形成均勻的懸浮乳化液的工藝過程。 均質技術已經是一種非常重要的細化分散技術，廣泛應用于乳品、飲料、食品、化妝品和化工行業等領域。在藥劑學中，藥物顆粒越小，有助于提高藥物的溶解速度及溶解度，有利于提高難溶性藥物的生物利用度；也有利于提高藥物在分散介質中的分散性。

均質技術的分類

1、高壓均質技術：物料在高壓狀態下，使物料發生物理、化學、結構性質等一系列變化，最終達到均質的效果。

2、剪切均質技術：采用了動定轉子、雙轉子結構實現物料的超細化。

3、微射流均質技術：使液體物料在高壓狀態下，形成高速射流，與相反方向的另一股射流形成高速碰撞，使其中的固體物料被超細化。

均質機理

均質機的作用力主要為剪切力和壓力。 在均質過程中，產生層流效應，分散相顆粒或液滴被剪切和延伸拉碎；受到湍流效應影響，顆粒或液滴在壓力波動下產生隨機變形；受到空穴效應的影響，較高的壓力作用使小氣泡迅速破裂,釋放能量，從而引起局部液壓沖擊,造成振動。

經過縫隙的液體，由于瞬間失壓以極高的速度噴射出，撞擊到均質部件上，產生了剪切、撞擊和空穴三種效應。

剪切效應

較高速度的液體流經均質腔縫隙時由于極大的速度梯度，會產生劇烈的剪切作用。分散相顆粒或液滴在強剪切力的作用下將發生變形，當剪切力大到一定程度時，分散相中的液滴發生破碎。

撞擊效應

液體流經縫隙時，以極高的流速撞擊到沖擊環上，造成液滴破碎。

空穴效應

液體以較高的速度流經均質腔閥的縫隙時，形成極大的壓力降。當壓力降低到液體的飽和蒸氣壓時，液體開始沸騰并發生極速汽化，形成大量氣泡。液體流出均質閥時，壓力又迅速增大，導致氣泡突然破滅，瞬間形成大量的空穴。空穴將釋放出大量的能量，形成高頻率振動，使液滴發生破碎。

在均質腔內的微射流流場中，壓力和流體流速是決定空穴效應大小的重要參數。空穴效應由空化數來描述。當空化數≦1 時會發生空化效應，并且越小空化效應越強烈。

其中：液體的回復壓力；蒸汽壓力；液體的密度；液體縫隙處的平均速度。

常見均質機

高壓均質機通過壓力裝置對液體物料施加高壓進行擠壓、延伸、撞擊、破碎的過程，主要依靠空穴效應和湍流效應。優點是價格相對較低。適用于柔性、半柔性的顆粒狀物料。

高剪切機靠定轉子之間的相對高速運動產生的高剪切作用,使物料剪切、撕裂和混合。同時，較強的空穴作用對物料顆粒進行分散、細化、均質。優點是處理量大，穩定性好，設備耐用易維修。

微射流均質機利用幾十到幾百微米左右噴嘴形成超音速射流，進行相互對撞和極強烈的剪切，在較高的均質壓力, 產生較好的粒徑分布效果。優點是高壓條件下可以連續化作業。

微射流均質機關鍵指標

物料流經單向閥后，在高壓腔泵里加壓，通過微米級的噴嘴，高速撞擊在乳化腔上，通過強烈的空穴，碰撞，剪切效應，得到足夠小而均一的粒徑分布。其關鍵指標如下：

均質壓力

均質過程中，能否穩定達到物料所需均質壓力，是均質機選型的主要因素。

處理流量

設備的處理流量與設備選型、均質壓力、物料粘度或濃度等因素有關。

溫度控制

對于許多溫度敏感、溫度影響性質的物料而言，設備是否能夠實時監控進出料的溫度（進口溫度、出口溫度），其冷凝管的溫控效果能否滿足需求，是不可忽略的選型指標。

連續作業

在生產型設備的選型上，連續工作能力也是非常重要的選型要素。

均質腔

微射流均質機核心部件，其內部固定的幾何角度構造對成品起到直接的作用。現基本采用“Y”型或“Z”型構造的均質腔。

“Y”型均質腔，物料流體在加速過程中被分為兩股細流，通過微管通道后正面碰撞混合，在獲得較高的結合相對速度時其本身所受的碰撞力較為柔和，有利于混合、乳化作用。

“Z”型均質腔，物料流在高速通過微管通道時受到的高剪切力首先將自身粒徑減小，緊接著其與均質腔內壁產生的高碰撞力進一步對物料進行去團聚、松團作用，有利于降低粒徑分布、去團聚、分散等作用

參考資料 

[1]董樹. 高壓微射流參數對均質性能影響的數值模擬與實驗研究[D]. 齊魯工業大學.

[2]李存紅, 侯艷, 符德學. 高壓均質,高剪切乳化,微射流均質的比較及在食品方面的應用[J]. 焦作大學學報, 2020. 

[3]吳雪, 劉斌, 馮濤. 微射流均質機的超微粉碎機理分析[J]. 食品與機械, 2009(3):4.