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分散機(jī) 高轉(zhuǎn)速分散機(jī) 高剪切分散機(jī)的比較分析
點(diǎn)擊次數(shù)：517 發(fā)布時(shí)間：2015-2-6
分散機(jī) 高轉(zhuǎn)速分散機(jī) 高剪切分散機(jī)的比較分析
分散機(jī)：分散機(jī)（乳化機(jī)、均質(zhì)機(jī)）在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備攪拌體系和混合中占有重要的作用，特別是在固液混合、液液混合、油水乳化、分散均質(zhì)、剪切研磨方面有著極其重要的應(yīng)用。不同行業(yè)有不同的叫法，例如化妝品通常以液液混合、油水乳化為主要目的，習(xí)慣稱為乳化機(jī)或均質(zhì)機(jī)；涂料行業(yè)經(jīng)常要用于粉末分散、固液混合比較多，習(xí)慣稱為分散機(jī)。醫(yī)藥行業(yè)、精細(xì)化工等則根據(jù)用途不一而叫法不一，但zui終用途都是通過高速攪拌、研磨、剪切達(dá)到均勻混合，形成均一穩(wěn)定體系的目的。
高轉(zhuǎn)速分散機(jī)：速度分為角速度和線速度，剪切速度通常指線速度，線速度=角速度×直徑×π，從這個(gè)公式中不難看出，為什么工業(yè)生產(chǎn)用的分散機(jī)的轉(zhuǎn)速（角速度）一般只有3000rpm 或者1500rpm，而實(shí)驗(yàn)室乳化機(jī)轉(zhuǎn)速有10000rpm 或280000rpm？主要考慮的就是直徑因素，通常分散機(jī)的分散效果與剪切線速度關(guān)系密切，為了使兩者剪切線速度接近，從而達(dá)到分散效果接近的目的。實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)時(shí)用量相對(duì)很少（幾ml至數(shù)百ml之間），要求轉(zhuǎn)定子的物理尺寸必須適應(yīng)對(duì)應(yīng)量，這樣的結(jié)果導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室分散機(jī)的直徑必須小，為了彌補(bǔ)因直徑小對(duì)線速度的損失，必然要提高轉(zhuǎn)子的角速度，由此就形成了實(shí)驗(yàn)室分散設(shè)備的“高轉(zhuǎn)速"，即通常我們說的高轉(zhuǎn)速分散機(jī)（又名勻漿機(jī)）。
高剪切分散機(jī)：現(xiàn)在分散機(jī)的應(yīng)用不單單局限于“分散"，由于其*的高剪切作用，在分散的同時(shí)粉體顆粒在定、轉(zhuǎn)子狹窄的間隙中受到強(qiáng)烈的機(jī)械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，從而使固體顆粒進(jìn)一步細(xì)化并充分混合到液體中形成相對(duì)穩(wěn)定的懸浮液，即高剪切分散機(jī)。
要分析分散機(jī) 高轉(zhuǎn)速分散機(jī) 高剪切分散機(jī)的性能和特點(diǎn)，先需要了解影響物料分散效果的幾個(gè)因素：
1 分散頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）
2 分散頭的剪切速率 （剪切速度越大，效果越好）
3 分散頭的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒，中齒，細(xì)齒，超細(xì)齒，齒越細(xì)效果越好）
4 物料在分散腔體內(nèi)的停留時(shí)間，即分散時(shí)間（同等電機(jī)，流量越小，時(shí)間越長，效果越好）
5 循環(huán)次數(shù)（越多，效果越好，直到設(shè)備的極限）
關(guān)于線速度的計(jì)算公式：
剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對(duì)速率。
剪切速率 (s-1) = v 速率 / g 定-轉(zhuǎn)子間距
由上可知，剪切速率取決于以下因素：
轉(zhuǎn)子的線速率
這種請(qǐng)況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子間距。
高剪切分散機(jī)定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.3 mm
速率V= 3.14 X D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM / 60
分散后混合液為什么會(huì)分層？
大部分的漿料都是屬于懸浮液體系。不穩(wěn)定的懸浮液在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生絮凝，并由于重力作用而很快分層，分散的目的就是要在產(chǎn)品的有效期內(nèi)抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
懸浮液的絮凝理論
絮凝作用即是在靜態(tài)（由于布朗運(yùn)動(dòng)）或動(dòng)態(tài)（在剪切力作用下條件下，通過顆粒碰撞引起顆粒數(shù)目減少的過程。膠體系統(tǒng)中，如不考慮穩(wěn)定劑，顆粒間的相互作用主要有范德華（Vander Waals）引力；伴隨著帶電顆粒的庫侖（Coulombic）力（斥力或引力）。這些力的起因截然不同，Derjaguin 和 Landau 在蘇聯(lián)，Verwey 和 Overbeek 在荷蘭分別獨(dú)立的提出 DLVO 理論，構(gòu)成了親液分散體系中絮凝作用經(jīng)典理論的基礎(chǔ)，闡述了膠體懸浮體系的穩(wěn)定性主要與膠體顆粒間上述兩個(gè)獨(dú)立的相互作用的相對(duì)距離有關(guān)。
懸浮液的分層理論
分層是分散相在外力（重力或離心力）作用下，在連續(xù)相中上浮或下沉的結(jié)果。在忽略布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的靜態(tài)條件下，可用Stokes 定律來描述，即分散相球形顆粒由于重力的沉降速度 V 由下式確定：
式中：
ρs -ρ為分散相與連續(xù)相的密度差，g 為重力加速度，d 為分散相顆粒直徑，μ為連續(xù)相的粘度。如果分散相顆粒的密度比連續(xù)相密度大，顆粒下沉，速度 V 為正值，反之，顆粒上浮，速度為負(fù)值。沉降速度大，漿料就容易分層。如果要保持體系穩(wěn)定，就必須降低沉降速度，對(duì)于特定的漿料可以通過減小分散相固體顆粒直徑 d。因?yàn)橹挥挟?dāng)粒徑減至連續(xù)相液體分子大小時(shí)，顆粒才能穩(wěn)定、均勻地分散在液體中不發(fā)生分離。
通過以上的分析我們可以看出，要提高懸浮液的穩(wěn)定性，分散相顆粒的粒徑應(yīng)盡量細(xì)小。但應(yīng)該指出，根據(jù)前人所做的大量研究發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒粒度的減小，雖然顆粒由重力引起的分離作用變?yōu)榇我囊蛩兀怯捎陬w粒之間的間距減小，顆粒之間的結(jié)合力（范德華力等）起到了重要決定性作用。當(dāng)顆粒直徑小于某一細(xì)小尺寸時(shí)，此時(shí)，顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)就不能忽略了，所以由于細(xì)小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，而使得顆粒之間產(chǎn)生激烈地碰撞。若不加穩(wěn)定劑，這些情況都會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，對(duì)體系的穩(wěn)定是不利的。所以漿料的分散中，顆粒粒徑并非越細(xì)越好，要視漿料的特性而定。分散就是要根據(jù)物料的特性與特點(diǎn)，減小分散相顆粒的粒度，使其分布于一個(gè)較窄的尺寸范圍，并達(dá)到吸力與斥力的相互平衡，從而保證漿料體系的穩(wěn)定。
高剪切分散機(jī)和分散機(jī)剪切速率比較：
電機(jī)轉(zhuǎn)速50HZ/87HZ | 3000/4700 RPM | 9000/13789RPM |
zui大線速度 在轉(zhuǎn)子的相同直徑下 若增大轉(zhuǎn)子的直徑同時(shí)必須設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和增大電機(jī)的功率 | V=3.14X0.55X3000/60=9 M/S V=3.14X0.55X4700/60=14M/S | V= 3.14X0.055X90000/60=26 M/S V=3.14X0.055X14000/60=44 M/S |
作用力 | F=9/0.3X1000-=30000 S-1 F=14/0.3X1000=42000 S-1 | F=23/0.2X1000=115000 S-1 F=40/0.2/X1000=200000 S-1 這是乳化和均質(zhì)的重要因素，相當(dāng)于后者是前者的4-5倍 |
高剪切分散機(jī)和分散機(jī)定轉(zhuǎn)子比較：
工作頭 | 只能是粗，中，細(xì)中一個(gè)，處理得物料范圍較窄。要么只能是另外的型號(hào)FDX3，不符合流體力學(xué)的結(jié)構(gòu)。 | 可以是單級(jí)，二級(jí)，三級(jí)，處理的物料范圍更廣，轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)符合流體力學(xué)的線性結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)流體是切線方向甩開。 |
軸的振動(dòng)偏差 | 0.1mm | 0.01mm 這與設(shè)備的設(shè)計(jì)有關(guān) |
轉(zhuǎn)子/定子間隙 | 0.3-0.6mm | 0.2-0.4mm |
高剪切分散機(jī)和分散機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品效果比較：
分散機(jī)分散的粒度細(xì)度有限，10μm一下非常困難，且粒度范圍分布廣；
高剪切分散機(jī)可實(shí)現(xiàn)粒度在0.1-1μm的材質(zhì)精細(xì)加工，粒度分布范圍窄，如圖
分散機(jī) 高轉(zhuǎn)速分散機(jī) 高剪切分散機(jī)在實(shí)驗(yàn)室、中試生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：
高轉(zhuǎn)速分散機(jī)（10000rpm--30000rpm）應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，分散機(jī)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)；
怎樣有效的將二者有機(jī)結(jié)合起來？是許多工藝工程師經(jīng)常遇到的一個(gè)問題，往往一個(gè)產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)研發(fā)的時(shí)候效果很好，配方也沒有問題，但在中試和正式投產(chǎn)的時(shí)候需要重新對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型，需要不斷調(diào)整工藝參數(shù)，甚至有時(shí)候需要推倒重來，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)程，對(duì)于時(shí)間就是金錢，就意味著利潤的市場，經(jīng)常是得不償失。
怎樣解決這個(gè)問題？高剪切分散機(jī)采用現(xiàn)今流行的立式結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工業(yè)設(shè)備使用同一機(jī)型，放大型號(hào)，保持剪切速率不變，分散效果一致；這樣一來，在實(shí)驗(yàn)室用高剪切分散機(jī)研發(fā)出來的產(chǎn)品，在中試和工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候，不再需要為設(shè)備選型，改變工藝條件來適用設(shè)備而煩惱。
分散機(jī) 高轉(zhuǎn)速分散機(jī) 高剪切分散機(jī)三種不同設(shè)備的特點(diǎn)和應(yīng)用，還有許多方面可以分析，希望更多專業(yè)人士不吝指導(dǎo)，一起分享！