精细化工设备第6章课件

1、 n了解均质乳化的基本概念，乳状液制备方法及乳化设备。n掌握掌握乳化机的组成和工作过程。 n掌握高压均质机、剪切式均质机、超声波乳化器和胶体磨的结构，工作原理及其应用场合。 第第6 6章章 乳化和均质设备乳化和均质设备第8次课6.1 乳状液制备乳状液制备6.1.1 乳化的基本概念乳化的基本概念n将两种互不相溶的液体（如油和水）放在一起搅拌，一种液体以微细液珠分散于另一种液体中，形成液液体系，称为乳状液，这种过程称为乳化。n乳状液分为两类： 水包油乳状液(O/W)：如雪花膏、奶液 油包水乳状液（W/O）：如冷霜、清洁霜 6.1 乳状液制备 6.1.1 乳化的基本概念为了提高乳状液的稳定性，可采取

2、以下两项措施：n加入乳化剂n采用机械方法 通常用乳状液中分散相液珠大小随时间变化的关系来衡量乳状液的稳定性。6.1 乳状液制备 6.1.1 乳化的基本概念分散法制备乳状液方法 转相乳化法转相乳化法 : 要制取O/W型乳状液时，先制成W/O型，加入水到转相点时，进行充分搅拌，最后转相变成O/W型乳状液。制W/O型乳状液过程类似。 6.1.2 乳状液制备方法及乳化设备6.1 乳状液制备 6.1.2 乳状液制备方法及乳化设备 自然乳化法自然乳化法: 乳化剂溶于油中，然后加入水中，不经搅拌而形成O/W型乳状液。如O/W型农药乳剂制备。 瞬时成皂法瞬时成皂法: 脂肪酸溶于油，碱溶水，混合搅拌发生皂化反应

3、。此法适用于用皂作乳化剂的乳状液。 6.1 乳状液制备 6.1.2 乳状液制备方法及乳化设备 轮流加液法轮流加液法: 将水和油轮流加入到乳化剂中，每次只加入少量。制备某些食品乳状液，如蛋黄酱制备。 界面复合物生成法界面复合物生成法: 油加入与油相亲的表面活性剂，如Span60；水加入与水相亲的表面活性剂，如Tween80，然后二者混合。6.1 乳状液制备 6.1.2 乳状液制备方法及乳化设备制备乳状液需要将乳状液分散得很细很均匀，由于形成巨大的表面需要能量，所以除了使用乳化剂和某种制备方法外，还需要特殊的设备。如混合、乳化和均质设备，常用的有搅拌器、胶体磨、均质机等。 6.1 乳状液制备 6.

4、1.2 乳状液制备方法及乳化设备6.2 均质乳化设备均质乳化设备6.2.1 搅拌混合器搅拌混合器 混合用搅拌器原则上均可用于乳化，但因一般的混合用搅拌器多使用推进式或涡轮式搅拌器，剪切混合效果差，因此制得的乳状液分散度低、均匀性差。 混合用搅拌器多用于其他乳化设备的预分散之用，或用于低粘度液体的乳化。 6.2 均质乳化设备 6.2.1 搅拌混合器胶体磨主要由定子和转子组成，转子转速可自100020000rmin。转子和定子之间的间隙可调，一般为0.025lmm。操作时，液体自转子和定子之间的间隙通过，利用它所产生的巨大剪切力可将液体进行乳化。6.2.2 胶体磨胶体磨6.2.2.1 胶体磨组成胶

5、体磨组成6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.1 胶体磨组成胶体磨由 动盘、定盘、进料口、卸料口、间隙调节装置、电动机和传动装置及机座等组成，主要工作部件有： （1 1）动磨盘和定磨盘（转子和定子）动磨盘和定磨盘（转子和定子） 动、定磨盘用不锈钢制成。定盘的内壁面、动盘的外壁面为截锥形，其对应的表面有齿，齿纹按物料流动方向由稀到密，并有一定倾向角。转子和定子的间隙在液体进口处较大、口处较小。6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.1 胶体磨组成转子和定子间的表面可有如下几种情况： 转子和定子间的表面均为光面表面均为光面，两表面完全平行，液体的乳化只依靠两表面的相对

6、运动所产生的剪切力而完成。 完全平行的转子和定子表面覆以金刚砂等表面覆以金刚砂等形成粗糙的表面。利用其形成的湍流可以处理黏度较高的乳浊液。6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.1 胶体磨组成 转子和定子表面分别被加工成沟槽形表面分别被加工成沟槽形，转子和定子的间隙在液体进口处较大、出口处较小。液体在间隙中通过时，受到沟槽及间隙改变的作用，流动方向急剧变化。物料受到很大的剪切力、摩擦力、离心力和高频振动等而被乳化。6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.1 胶体磨组成（2 2）动定盘间隙）动定盘间隙 通过调节手柄带动定盘轴向移动，调节动定盘间隙大小。采用限位螺钉控制

7、最小间隙。（3 3）回流装置）回流装置 必要时，可利用回流装置将物料多次循环研磨。 6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.1 胶体磨组成6.2.2.2 工作过程工作过程 当物料通过动盘和定盘间的间隙时，贴附于定盘表面上的速度为零，而贴附于动盘的速度极高，物料内部产生了极大的速度梯度变化。物料受到强烈的剪切、摩擦、湍动、冲击、高频振动，致使物料被研磨、分散、微细化、乳化、均质。6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.2 工作过程6.2.2.3 胶体磨分类胶体磨分类（1）卧式胶体磨）卧式胶体磨 动盘和定盘间隙为0.050.15mm ; 动盘的转速为300015000r

8、/mim 。 适合于粘度较低物料的均质乳化（2）立式胶体磨）立式胶体磨 动、定磨盘间隙为 0.0051.5mm; 动磨盘的转速为 300010000r/min。 适合于粘度较高物料的研磨、均质和乳化。6.2 均质乳化设备 6.2.2 胶体磨 6.2.2.3 胶体磨分类 乳化后的液体通常采用均质工艺，使乳化液中的分散相更进一步微细化，更均匀，得到更稳定的产品。 6.2.3 剪切式均质机剪切式均质机 高剪切均质机由电动机、连接体、均质头等组 成，联接体一般采用无逢管焊接而成，均质头是由均质壳体、转子、定子、密封等组成，机械密封采用硬质内装型密封。 6.2 均质乳化设备 6.2.3 剪切式均质机a

9、定转子装配示意图定转子装配示意图 b 定、转子示意图定、转子示意图 c 剪切式均质机剪切式均质机剪切式均质机工作原理 6.2 均质乳化设备 6.2.3 剪切式均质机6.2.4 高压均质机高压均质机6.2.4.1 结构特点结构特点主要由传动系统、柱塞泵、均质阀等部分组成。传动部分是由电动机、皮带轮、变速箱、曲轴、连杆、柱塞等组成。通过曲轴连杆机构和变速箱将电机高速旋转运动变成低速往复直线运动6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机（1）柱塞泵）柱塞泵常见为三柱塞往复泵，泵体上开有三个柱塞孔，由连杆带动活塞，在泵体内作往复运动，在单向阀配合下完成吸料、加压过程，然后经集流管进入均质阀。6.2

10、均质乳化设备 6.2.4 高压均质机6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机（2）均质阀）均质阀 均质阀用钨、铬、钴等耐磨合金钢制造。接受集流管输送过来高压液料，完成超细粉碎、乳化、匀浆任务。第一级均质阀内液体压力为2025MPa；第二级均质阀压力为3.5MPa 。阀中接触料液的材质必须具备无毒、无污染、耐磨、耐冲击、耐酸、耐碱、耐腐蚀的条件。6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机均质阀工作原理图6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机均质阀示意图 6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机

11、6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机6.2.4.2 工作原理工作原理 物料在高压作用下通过非常狭窄的间隙（一般0.1mm），造成高速液流（ 200300m/s）,使料液受到强大剪切力；同时料液中的分散相与均质阀阀芯产生高速撞击；高速液流在通过均质阀时产生旋涡作用，致使微粒或分散相碎裂，从而达到均质的目的。 高压均质机适合于处理较低粘度的物料，一般处理 0.2PaS的液体。6.2 均质乳化设备 6.2.4 高压均质机6.2.5 离心式均质机离心式均质机6.2.5.1 结构结构 （1） 组成组成 转鼓、带齿圆盘及传动机构 （2）工作部件）工作部件n转鼓：由转轴和数十片蝶片等组成，有很强的分

12、离能力。n带齿圆盘：圆盘边缘上有许多尖齿，齿前端边缘呈流线型，后端边缘削平。根据均质要求选择不同直径和齿数的圆盘，得到不同程度的破碎度。 6.2 均质乳化设备 6.2.5 离心式均质机6.2 均质乳化设备 6.2.5 离心式均质机6.2.5.2工作原理工作原理 转鼓高速旋转（约6000 r/min）, 进入设备的料液在离心力的作用下分成大、中、小三种密度。密度大的固体杂质等贴靠在鼓壁内侧；中等密度的液态物料穿过各孔后，靠近鼓壁沿外层向排出口移动；密度小的微粒穿过各层碟片孔后向中心移动，并被导入均质室，由带齿圆盘以极高的速度与其产生相对运动，致使局部产生旋涡，在强大的剪切力作用下使微粒破裂。均质

13、后的微粒与重液相混合成为均质乳化液。 6.2 均质乳化设备 6.2.5 离心式均质机6.2.5.3 特点特点 （1）同一设备一次完成净化和均质操作； （2）均质后的分散介质粒径小，且均匀； （3）设备要求采用高强度轻质材料制造，以便提高转速 增强均质效果。6.2 均质乳化设备 6.2.5 离心式均质机6.2.6 超声波乳化器超声波乳化器 6.2.6.1 基本概念基本概念 （1） 超声波超声波：超声波发生器输出高频电压信号驱动超声换能器产生20kHz频率的声波 （2）空蚀现象（或空化效应）空蚀现象（或空化效应）：超声波在液体中产生每秒数十万次振动，将液体震碎成大量微小气泡，这些气泡在连续的作用下，会迅速增长，然后突然闭合，产生超强冲击波，在气泡周围产生几千大气压的压力和局部高温，这种物理现象称为超声波空化效应。 6.2 均质乳化