精細(xì)化工設(shè)備第6章課件

1、 n了解均質(zhì)乳化的基本概念，乳狀液制備方法及乳化設(shè)備。n掌握掌握乳化機(jī)的組成和工作過程。 n掌握高壓均質(zhì)機(jī)、剪切式均質(zhì)機(jī)、超聲波乳化器和膠體磨的結(jié)構(gòu)，工作原理及其應(yīng)用場合。 第第6 6章章 乳化和均質(zhì)設(shè)備乳化和均質(zhì)設(shè)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(xì)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(xiàng)措施：n加入乳化劑n采用機(jī)械方法 通常用乳狀液中分散相液珠大小隨時間變化的關(guān)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(zhuǎn)相乳化法轉(zhuǎn)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(zhuǎn)相點(diǎn)時，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，最后轉(zhuǎn)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(shè)備6.1 乳狀液制備 6.1.2 乳狀液制備方法及乳化設(shè)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(jīng)攪拌而形成O/W型乳狀液。如O/W型農(nóng)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(yīng)

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(shè)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(fù)合物生成法界面復(fù)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(shè)備制備乳狀液需要將乳狀液分散得很細(xì)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(shè)備。如混合、乳化和均質(zhì)設(shè)備，常用的有攪拌器、膠體磨、均質(zhì)機(jī)等。 6.1 乳狀液制備 6.

4、1.2 乳狀液制備方法及乳化設(shè)備6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備均質(zhì)乳化設(shè)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(jìn)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(shè)備的預(yù)分散之用，或用于低粘度液體的乳化。 6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.1 攪拌混合器膠體磨主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可自100020000rmin。轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙可調(diào)，一般為0.025lmm。操作時，液體自轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙通過，利用它所產(chǎn)生的巨大剪切力可將液體進(jìn)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(zhì)乳化設(shè)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(jìn)料口、卸料口、間隙調(diào)節(jié)裝置、電動機(jī)和傳動裝置及機(jī)座等組成，主要工作部件有： （1 1）動磨盤和定磨盤（轉(zhuǎn)子和定子）動磨盤和定磨盤（轉(zhuǎn)子和定子） 動、定磨盤用不銹鋼制成。定盤的內(nèi)壁面、動盤的外壁面為截錐形，其對應(yīng)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(zhuǎn)子和定子的間隙在液體進(jìn)口處較大、口處較小。6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成轉(zhuǎn)子和定子間的表面可有如下幾種情況： 轉(zhuǎn)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(yùn)動所產(chǎn)生的剪切力而完成。 完全平行的轉(zhuǎn)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(zhì)乳化設(shè)備 6.2.2 膠體磨 6.2.2.1 膠體磨組成 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子和定子的間隙在液體進(jìn)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(zhì)乳化設(shè)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(diào)節(jié)手柄帶動定盤軸向移動，調(diào)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(zhì)乳化設(shè)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(dāng)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(nèi)部產(chǎn)生了極大的速度梯度變化。物料受到強(qiáng)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(xì)化、乳化、均質(zhì)。6.2 均質(zhì)乳化設(shè)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(zhuǎn)速為300015000r

8、/mim 。 適合于粘度較低物料的均質(zhì)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(zhuǎn)速為 300010000r/min。 適合于粘度較高物料的研磨、均質(zhì)和乳化。6.2 均質(zhì)乳化設(shè)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(zhì)工藝，使乳化液中的分散相更進(jìn)一步微細(xì)化，更均勻，得到更穩(wěn)定的產(chǎn)品。 6.2.3 剪切式均質(zhì)機(jī)剪切式均質(zhì)機(jī) 高剪切均質(zhì)機(jī)由電動機(jī)、連接體、均質(zhì)頭等組 成，聯(lián)接體一般采用無逢管焊接而成，均質(zhì)頭是由均質(zhì)殼體、轉(zhuǎn)子、定子、密封等組成，機(jī)械密封采用硬質(zhì)內(nèi)裝型密封。 6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.3 剪切式均質(zhì)機(jī)a

9、定轉(zhuǎn)子裝配示意圖定轉(zhuǎn)子裝配示意圖 b 定、轉(zhuǎn)子示意圖定、轉(zhuǎn)子示意圖 c 剪切式均質(zhì)機(jī)剪切式均質(zhì)機(jī)剪切式均質(zhì)機(jī)工作原理 6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.3 剪切式均質(zhì)機(jī)6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)高壓均質(zhì)機(jī)6.2.4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要由傳動系統(tǒng)、柱塞泵、均質(zhì)閥等部分組成。傳動部分是由電動機(jī)、皮帶輪、變速箱、曲軸、連桿、柱塞等組成。通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)和變速箱將電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成低速往復(fù)直線運(yùn)動6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)（1）柱塞泵）柱塞泵常見為三柱塞往復(fù)泵，泵體上開有三個柱塞孔，由連桿帶動活塞，在泵體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，在單向閥配合下完成吸料、加壓過程，然后經(jīng)集流管進(jìn)入均質(zhì)閥。6.2

10、均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)（2）均質(zhì)閥）均質(zhì)閥 均質(zhì)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(xì)粉碎、乳化、勻漿任務(wù)。第一級均質(zhì)閥內(nèi)液體壓力為2025MPa；第二級均質(zhì)閥壓力為3.5MPa 。閥中接觸料液的材質(zhì)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(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)閥工作原理圖6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)閥示意圖 6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)

11、6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)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(qiáng)大剪切力；同時料液中的分散相與均質(zhì)閥閥芯產(chǎn)生高速撞擊；高速液流在通過均質(zhì)閥時產(chǎn)生旋渦作用，致使微?；蚍稚⑾嗨榱?，從而達(dá)到均質(zhì)的目的。 高壓均質(zhì)機(jī)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(zhì)乳化設(shè)備 6.2.4 高壓均質(zhì)機(jī)6.2.5 離心式均質(zhì)機(jī)離心式均質(zhì)機(jī)6.2.5.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) （1） 組成組成 轉(zhuǎn)鼓、帶齒圓盤及傳動機(jī)構(gòu) （2）工作部件）工作部件n轉(zhuǎn)鼓：由轉(zhuǎn)軸和數(shù)十片蝶片等組成，有很強(qiáng)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(zhì)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(zhì)乳化設(shè)備 6.2.5 離心式均質(zhì)機(jī)6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.5 離心式均質(zhì)機(jī)6.2.5.2工作原理工作原理 轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)（約6000 r/min）, 進(jìn)入設(shè)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(zhì)等貼靠在鼓壁內(nèi)側(cè)；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(dǎo)入均質(zhì)室，由帶齒圓盤以極高的速度與其產(chǎn)生相對運(yùn)動，致使局部產(chǎn)生旋渦，在強(qiáng)大的剪切力作用下使微粒破裂。均質(zhì)

13、后的微粒與重液相混合成為均質(zhì)乳化液。 6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.5 離心式均質(zhì)機(jī)6.2.5.3 特點(diǎn)特點(diǎn) （1）同一設(shè)備一次完成凈化和均質(zhì)操作； （2）均質(zhì)后的分散介質(zhì)粒徑小，且均勻； （3）設(shè)備要求采用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料制造，以便提高轉(zhuǎn)速 增強(qiáng)均質(zhì)效果。6.2 均質(zhì)乳化設(shè)備 6.2.5 離心式均質(zhì)機(jī)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(qū)動超聲換能器產(chǎn)生20kHz頻率的聲波 （2）空蝕現(xiàn)象（或空化效應(yīng)）空蝕現(xiàn)象（或空化效應(yīng)）：超聲波在液體中產(chǎn)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(chǎn)生超強(qiáng)沖擊波，在氣泡周圍產(chǎn)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(yīng)。 6.2 均質(zhì)乳化