應用
超高壓勻質機是應用納米技術top-down工藝制備納米材料最有效的生產設備之一,其應用領域非常廣泛。
● 制藥行業中制備脂肪粒、微乳、脂質體、混懸劑和微膠囊等;
● 生物工程產品的細胞破碎、胞內外物質的提取和均質;
● 化妝品、精細化工等行業產品的均質分散;
● 導電漿料、電阻漿料的生產和制備。
同高壓均質機不同,超高壓均質機主要用于制藥,納米材料行業,因其價格昂貴,很少用于食品,飲料行業。
分類
均質機可從增壓動力來源,增壓原理和均質腔原理進行分類。
動力來源
電動型
電動型以電機作為動力,向下又細分為機械型和液壓型。電動型的超高壓均質機被用于實驗、小試、中試和生產上。
手動型
通過手動杠桿機構對物料進行增壓。由于是手動增壓所以產能較低,但其具有拆裝快捷,可隨身攜帶的優勢,同時需要的物料最小量很小,非常適用于進行小量試驗,可以充分滿足實驗室的研發需求。手動型超高壓均質機又稱為超輕型超高壓均質機Handgenizer,由美國的Genizer公司研發。
氣動型
將壓縮氣體的壓力轉化為液壓。設備需要氮氣瓶或壓縮空氣機的支持,氣體的消耗量很大,并且最高均質壓力普遍較低,但是由于沒有單獨的增壓機構,所以體積較小,適合配備有空氣壓縮機的場所使用。氣動型設計簡單,耐用因為需要經常更換高壓氮氣瓶的支持,使用相對麻煩。
增壓原理
超高壓均質機需要超大的推力來推動活塞缸以獲得高壓,旋轉式的電機需要減小轉速,增大扭矩,轉換直線運動來獲得大推力的直線往復運動。 增壓可分為機械轉換型和液驅型即液壓驅動型。
機械型:電機帶動曲軸使柱塞往復運動,直接對物料進行增壓。通過多組柱塞提供連續的壓力,均質壓力較高,產量大,但物料最小量較大,同時電機帶動曲軸需要有多級減速機構,使設備效能一般且體積較大。適合用于食品、化工和壓力不是非常高的情況下使用。
液壓型:液壓式是近年超高壓技術發展的結果,電機帶動油泵,通過液壓系統對物料進行增壓。液壓系統可提供更高的壓力,設備效能較高,體積相對較小,并且物料最小量更小。可同時適用于試驗和生產。液壓型的造價昂貴,但通過液壓增壓能夠換取低速大推力的活塞運動,從而增加了機器壽命,減少了維護成本。
早期的高壓均質機以機械轉換型為主,但機械轉換型的缺點是使用壽命有限,易損件需要經常維護。液壓型制造成本高,但使用壽命長,易損件維護成本降低。
高壓均質原理
第一代 碰撞型-均質閥
A.穴蝕噴嘴型——直接引用了高壓切割和航空航天推進技術中的氣蝕噴嘴結構,但是由于在超高壓的作用下,物料溶液經過孔徑很微小的閥心時會產生幾倍音速的速度,并與閥心內部結構發生激烈的磨擦與碰撞,因此其使用壽命較短,并伴隨有金屬微粒殘落。這種類型已逐漸被淘汰,取而代之的是改進的碰撞閥體型。
B.碰撞閥體型——通過碰撞閥(Impact valve)和碰撞環(Impactring)結構的引入,降低了局部磨損,延長了均質腔的使用壽命。但是由于其根本原理上還是通過溶液中的物料和高硬度金屬(如鎢合金)結構碰撞,所以金屬微粒的磨損殘落問題沒有徹底解決,并且截止到2013年,絕大多數的國產高壓均質機都使用了這種結構。
第二代 對射型-均質腔
C.Y形交互型——根本的區別在于其應用了對射流的原理,直接引用的高能物理的粒子對撞機原理。利用特有的Y形結構,使高壓溶液中高速運動的物料自相碰撞,大大提高了腔體的使用壽命,并解決了金屬微粒殘落的問題。
第一代碰撞型均質腔在生產醫用注射液時,殘落的惰性金屬顆粒有可能發生聚集或形成更大顆粒。從病理學角度看,將導致毛細血管血流減少,進而引發人體內組織的機械性損傷,以及引起急性或慢性炎癥反應。同時因為均質閥的空穴破碎作用產生的破乳大顆粒降代制藥乳劑的穩定性也限制其在制藥行業的應用。對射型均質腔的誕生從原理上解決了惰性金屬殘落的問題。第二代的對射型-均質腔更適于制藥乳劑的制備,但是由于內部結構原因,當物料的濃度和粘度較大時,第二代對射型較第一代更易發生阻塞,因此在高粘度納米材料的應用較少。