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分散機 高轉速分散機 高剪切分散機的比較分析
點擊次數：549 發布時間：2015-2-6
分散機 高轉速分散機 高剪切分散機的比較分析
分散機：分散機（乳化機、均質機）在現代工業設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、剪切研磨方面有著極其重要的應用。不同行業有不同的叫法，例如化妝品通常以液液混合、油水乳化為主要目的，習慣稱為乳化機或均質機；涂料行業經常要用于粉末分散、固液混合比較多，習慣稱為分散機。醫藥行業、精細化工等則根據用途不一而叫法不一，但zui終用途都是通過高速攪拌、研磨、剪切達到均勻混合，形成均一穩定體系的目的。
高轉速分散機：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，從這個公式中不難看出，為什么工業生產用的分散機的轉速（角速度）一般只有3000rpm 或者1500rpm，而實驗室乳化機轉速有10000rpm 或280000rpm？主要考慮的就是直徑因素，通常分散機的分散效果與剪切線速度關系密切，為了使兩者剪切線速度接近，從而達到分散效果接近的目的。實驗室做試驗時用量相對很少（幾ml至數百ml之間），要求轉定子的物理尺寸必須適應對應量，這樣的結果導致實驗室分散機的直徑必須小，為了彌補因直徑小對線速度的損失，必然要提高轉子的角速度，由此就形成了實驗室分散設備的“高轉速"，即通常我們說的高轉速分散機（又名勻漿機）。
高剪切分散機：現在分散機的應用不單單局限于“分散"，由于其*的高剪切作用，在分散的同時粉體顆粒在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，從而使固體顆粒進一步細化并充分混合到液體中形成相對穩定的懸浮液，即高剪切分散機。
要分析分散機 高轉速分散機 高剪切分散機的性能和特點，先需要了解影響物料分散效果的幾個因素：
1 分散頭的形式（批次式和連續式）（連續式比批次好）
2 分散頭的剪切速率 （剪切速度越大，效果越好）
3 分散頭的齒形結構（分為初齒，中齒，細齒，超細齒，齒越細效果越好）
4 物料在分散腔體內的停留時間，即分散時間（同等電機，流量越小，時間越長，效果越好）
5 循環次數（越多，效果越好，直到設備的極限）
關于線速度的計算公式：
剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。
剪切速率 (s-1) = v 速率 / g 定-轉子間距
由上可知，剪切速率取決于以下因素：
轉子的線速率
這種請況下兩表面間的距離為轉子-定子間距。
高剪切分散機定-轉子的間距范圍為 0.2 ~ 0.3 mm
速率V= 3.14 X D（轉子直徑）X 轉速 RPM / 60
分散后混合液為什么會分層？
大部分的漿料都是屬于懸浮液體系。不穩定的懸浮液在靜止狀態下發生絮凝，并由于重力作用而很快分層，分散的目的就是要在產品的有效期內抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產品的穩定性。
懸浮液的絮凝理論
絮凝作用即是在靜態（由于布朗運動）或動態（在剪切力作用下條件下，通過顆粒碰撞引起顆粒數目減少的過程。膠體系統中，如不考慮穩定劑，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，Verwey 和 Overbeek 在荷蘭分別獨立的提出 DLVO 理論，構成了親液分散體系中絮凝作用經典理論的基礎，闡述了膠體懸浮體系的穩定性主要與膠體顆粒間上述兩個獨立的相互作用的相對距離有關。
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，在連續相中上浮或下沉的結果。在忽略布朗運動效應的靜態條件下，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為連續相的粘度。如果分散相顆粒的密度比連續相密度大，顆粒下沉，速度 V 為正值，反之，顆粒上浮，速度為負值。沉降速度大，漿料就容易分層。如果要保持體系穩定，就必須降低沉降速度，對于特定的漿料可以通過減小分散相固體顆粒直徑 d。因為只有當粒徑減至連續相液體分子大小時，顆粒才能穩定、均勻地分散在液體中不發生分離。
通過以上的分析我們可以看出，要提高懸浮液的穩定性，分散相顆粒的粒徑應盡量細小。但應該指出，根據前人所做的大量研究發現，隨著顆粒粒度的減小，雖然顆粒由重力引起的分離作用變為次要的因素，但是由于顆粒之間的間距減小，顆粒之間的結合力（范德華力等）起到了重要決定性作用。當顆粒直徑小于某一細小尺寸時，此時，顆粒的布朗運動效應就不能忽略了，所以由于細小顆粒的布朗運動，而使得顆粒之間產生激烈地碰撞。若不加穩定劑，這些情況都會導致顆粒團聚，對體系的穩定是不利的。所以漿料的分散中，顆粒粒徑并非越細越好，要視漿料的特性而定。分散就是要根據物料的特性與特點，減小分散相顆粒的粒度，使其分布于一個較窄的尺寸范圍，并達到吸力與斥力的相互平衡，從而保證漿料體系的穩定。
高剪切分散機和分散機剪切速率比較：
電機轉速50HZ/87HZ | 3000/4700 RPM | 9000/13789RPM |
zui大線速度 在轉子的相同直徑下 若增大轉子的直徑同時必須設計的結構調整和增大電機的功率 | 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 這是乳化和均質的重要因素，相當于后者是前者的4-5倍 |
高剪切分散機和分散機定轉子比較：
工作頭 | 只能是粗，中，細中一個，處理得物料范圍較窄。要么只能是另外的型號FDX3，不符合流體力學的結構。 | 可以是單級，二級，三級，處理的物料范圍更廣，轉子定子結構符合流體力學的線性結構。在轉動時流體是切線方向甩開。 |
軸的振動偏差 | 0.1mm | 0.01mm 這與設備的設計有關 |
轉子/定子間隙 | 0.3-0.6mm | 0.2-0.4mm |
高剪切分散機和分散機生產的產品效果比較：
分散機分散的粒度細度有限，10μm一下非常困難，且粒度范圍分布廣；
高剪切分散機可實現粒度在0.1-1μm的材質精細加工，粒度分布范圍窄，如圖
分散機 高轉速分散機 高剪切分散機在實驗室、中試生產、工業生產中的應用：
高轉速分散機（10000rpm--30000rpm）應用于實驗室，分散機應用于工業化生產；
怎樣有效的將二者有機結合起來？是許多工藝工程師經常遇到的一個問題，往往一個產品在實驗研發的時候效果很好，配方也沒有問題，但在中試和正式投產的時候需要重新對設備進行選型，需要不斷調整工藝參數，甚至有時候需要推倒重來，費時費力，影響產品生產進程，對于時間就是金錢，就意味著利潤的市場，經常是得不償失。
怎樣解決這個問題？高剪切分散機采用現今流行的立式結構，實驗設備和工業設備使用同一機型，放大型號，保持剪切速率不變，分散效果一致；這樣一來，在實驗室用高剪切分散機研發出來的產品，在中試和工業生產的時候，不再需要為設備選型，改變工藝條件來適用設備而煩惱。
分散機 高轉速分散機 高剪切分散機三種不同設備的特點和應用，還有許多方面可以分析，希望更多專業人士不吝指導，一起分享！