浅谈均质机的机理

均质，就是将液态物料中的固体颗粒打碎，使固体颗粒实现超细化，并形成均匀的悬浮乳化液的工艺过程。均质技术已经是一种非常重要的细化分散技术，广泛应用于乳品、饮料、食品、化妆品和化工行业等领域。在药剂学中，药物颗粒越小，有助于提高药物的溶解速度及溶解度，有利于提高难溶性药物的生物利用度；也有利于提高药物在分散介质中的分散性。

均质技术的分类

1、高压均质技术：物料在高压状态下，使物料发生物理、化学、结构性质等一系列变化，最终达到均质的效果。

2、剪切均质技术：采用了动定转子、双转子结构实现物料的超细化。

3、微射流均质技术：使液体物料在高压状态下，形成高速射流，与相反方向的另一股射流形成高速碰撞，使其中的固体物料被超细化。

均质机理

均质机的作用力主要为剪切力和压力。在均质过程中，产生层流效应，分散相颗粒或液滴被剪切和延伸拉碎；受到湍流效应影响，颗粒或液滴在压力波动下产生随机变形；受到空穴效应的影响，较高的压力作用使小气泡迅速破裂,释放能量，从而引起局部液压冲击,造成振动。

经过缝隙的液体，由于瞬间失压以非常高的速度喷射出，撞击到均质部件上，产生了剪切、撞击和空穴三种效应。

剪切效应

较高速度的液体流经均质腔缝隙时由于极大的速度梯度，会产生剧烈的剪切作用。分散相颗粒或液滴在强剪切力的作用下将发生变形，当剪切力大到一定程度时，分散相中的液滴发生破碎。

撞击效应

液体流经缝隙时，以非常高的流速撞击到冲击环上，造成液滴破碎。

空穴效应

液体以较高的速度流经均质腔阀的缝隙时，形成极大的压力降。当压力降低到液体的饱和蒸气压时，液体开始沸腾并发生极速汽化，形成大量气泡。液体流出均质阀时，压力又迅速增大，导致气泡突然破灭，瞬间形成大量的空穴。空穴将释放出大量的能量，形成高频率振动，使液滴发生破碎。

在均质腔内的微射流流场中，压力和流体流速是决定空穴效应大小的重要参数。空穴效应由空化数$c_{v}$来描述。当空化数$c_{v}$≦1 时会发生空化效应，并且$c_{v}$越小空化效应越强烈。

其中：$P_{E}$液体的回复压力；$P_{V}$蒸汽压力；$ρ_{E}$液体的密度；$V_{E}$液体缝隙处的平均速度。

常见均质机

高压均质机通过压力装置对液体物料施加高压进行挤压、延伸、撞击、破碎的过程，主要依靠空穴效应和湍流效应。优点是价格相对较低。适用于柔性、半柔性的颗粒状物料。

高剪切机靠定转子之间的相对高速运动产生的高剪切作用,使物料剪切、撕裂和混合。同时，较强的空穴作用对物料颗粒进行分散、细化、均质。优点是处理量大，稳定性好，设备耐用易维修。

微射流均质机利用几十到几百微米左右喷嘴形成超音速射流，进行相互对撞和非常强烈的剪切，在较高的均质压力, 产生较好的粒径分布效果。优点是高压条件下可以连续化作业。

微射流均质机关键指标

物料流经单向阀后，在高压腔泵里加压，通过微米级的喷嘴，高速撞击在乳化腔上，通过强烈的空穴，碰撞，剪切效应，得到足够小而均一的粒径分布。其关键指标如下：

均质压力

均质过程中，能否稳定达到物料所需均质压力，是均质机选型的主要因素。

处理流量

设备的处理流量与设备选型、均质压力、物料粘度或浓度等因素有关。

温度控制

对于许多温度敏感、温度影响性质的物料而言，设备是否能够实时监控进出料的温度（进口温度$T_{1}$、出口温度$T_{2}$），其冷凝管的温控效果能否满足需求，是不可忽略的选型指标。

连续作业

在生产型设备的选型上，连续工作能力也是非常重要的选型要素。

均质腔

微射流均质机核心部件，其内部固定的几何角度构造对成品起到直接的作用。现基本采用“Y”型或“Z”型构造的均质腔。

“Y”型均质腔，物料流体在加速过程中被分为两股细流，通过微管通道后正面碰撞混合，在获得较高的结合相对速度时其本身所受的碰撞力较为柔和，有利于混合、乳化作用。

“Z”型均质腔，物料流在高速通过微管通道时受到的高剪切力首先将自身粒径减小，紧接着其与均质腔内壁产生的高碰撞力进一步对物料进行去团聚、松团作用，有利于降低粒径分布、去团聚、分散等作用

参考资料[1]董树. 高压微射流参数对均质性能影响的数值模拟与实验研究[D]. 齐鲁工业大学.[2]李存红, 侯艳, 符德学. 高压均质,高剪切乳化,微射流均质的比较及在食品方面的应用[J]. 焦作大学学报, 2020.[3]吴雪, 刘斌, 冯涛. 微射流均质机的超微粉碎机理分析[J]. 食品与机械, 2009(3):4.