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  • 高壓均質機的原理及應用

    0 引 言
     
    高壓均質機是以高壓往復泵為動力傳遞和輸送物料的機構 , 將液態物料或以液體為載體的固體顆粒輸送**工作閥 ( 一級均質閥及二級均質閥 ) 部分。要處理物料在通過工作閥的過程中 , 在高壓下產生的強烈的剪切、撞擊、空穴和湍流蝸旋作用 , 從而使液態物料或以液體為載體的固體顆粒得到超微細化 , “均 質 ” 是指物料在均質閥中發生的細化和均勻混和的加工過程。高壓均質機是液體物料均質細化和高壓輸送的專用設備和**設備 , 均質的效果影響產品的質量。均質機的作用主要有: 提高產品的均勻度和穩定性 ; 增加保質期 ; 減少反應時間從而節省大量催化劑或添加劑 ; 改變產品的稠度改善產品的口味和色澤等等 , 均質機廣泛應用于食品、乳品、飲料、制藥、精細化工和生物技術等**域的生產、科研和技術開發。
     
     
     
     
     
    1 高壓均質機的結構
     
    高壓均質機是一種往復泵, 其基本結構如圖1所
     
    示。常見的是多( 三) 柱塞往復泵, 它主要由傳動系統、柱塞泵、均質閥等部分組成。
    2   高壓均質機的工作過程
     
       
      圖5為均質機的工作過程。圖5中,柱塞的一段伸入
    到泵體的泵腔內, 在傳動機構的帶動下柱塞在泵腔內
    往復運動 , 當柱塞向右移動時泵腔內形成低壓 , 排料
    閥關閉進料閥打開, 物料被吸入。當柱塞向左移動時
    泵腔內形成高壓, 進料閥關閉, 排料閥打開, 物料被排
    出。由于曲軸使連桿相位差為120°,它們并聯在一起,
    使排出的流量基本平衡。柱塞隨曲軸旋轉作往復運
    動, 在主泵體內通過進料閥, 出料閥以及均質閥, 完成
    進料- 壓縮- 泄放- 進料- 壓縮- 泄放周而復始運
     
    行, 泵體結構如圖6所示。對于每一個柱塞泵來說, 進
    料和泄放都是間歇的,  管道的液流必然是脈沖狀態,
    即使是多柱塞合成的液流也成脈動狀態 ,  這個脈沖
    ( 動) 頻率會引起管道的振動, 如果柱塞運行速度130~
    170 r/ min, 柱塞每一個行程周期僅0.36~0.46 s, 進出料
    單向閥開啟時間僅0.18~0.23 s,  表明主泵體在短時間

    3 高壓均質機的特點
       
       
      相對于離心式分散乳化設備 ( 如膠體磨、高剪切
    混合乳化機等) 高壓均質機具有以下特點:
      ①細化作用更為強烈。這是因為工作閥的閥芯和
    閥座之間在初始位是緊密貼合的, 只是在工作時被料
    液強制擠出了一條狹縫; 而離心式乳化設備的轉定子
    之間為滿足高速旋轉并且不產生過多的熱量 , 必然有
    較大的間隙 ( 相對均質閥而言 ) ; 同時 , 由于均質機的
    傳動機構是容積式往復泵 , 所以從理論上說 , 均質壓
    力可以無限地提高, 而壓力越高, 細化效果就越好。
      ②均質機的細化作用主要是利用了物料間的相
    互作用 , 所以物料的發熱量較小 , 因而能保持物料的
     
    性能基本不變。
      ③均質機能定量輸送物料, 因為它依靠往復泵送
    料。  
      ④均質機耗能較大。
      ⑤均質機的易損 , 維護工作量較大 , 特別在壓力
    很高的情況下。
      ’&均質機不適合于物料黏度很高的情況。
    4 高壓均質機的操作方法及注意事項
       
       
    4.1 試機操作
      ’(檢查傳動皮帶的松緊程度, 即在兩帶中間位置
    壓皮帶, 以手指能壓下10 ㎜左右為好。
      )’注意電動機轉動方向須與所標記方向一致。
      *’傳動箱內潤滑油以超過油標中線位置為準。
      +’開機前 , 在保證切斷電源的情況下 , 用手將皮帶輪盤轉幾圈, 應順利無卡咬或碰撞的感覺。
     
    "!檢查調壓手柄是否處于完全旋松狀態 , 冷卻水是否已經開啟, 在這些條件滿足后, 方可開啟電源。
     
    "#電機啟動后,  在無負荷的情況下運轉幾分鐘 ,
     
    聲音應正常, 觀察出料口出料充足并無明顯的脈動情況下方可加壓。加壓的順序是 : 先順時針方向緩慢旋轉二級調壓手柄, 再用同樣方法調節一級調壓手柄 ,
     
    在壓力值分別為額定壓力的20%, 40%, 60%, 80%的幾個點上讓設備運轉半小時以上, 然后在額定壓力下運轉3 h以上。并作好電流、壓力紀錄, 繪制成壓力—電流
     
    曲線。
     
    "$關機。關機前先將調壓手柄旋到放松狀態后 ,
     
    然后關主電機, **后關冷卻水。
     
    "%試機后, 將潤滑油更換。
     
    4.2 日常操作
     
    &"開機準備: 先打開柱塞冷卻水和油冷卻器冷卻水進水閥, 再打開進料閥, 然后檢查調壓手柄( 須在放松無壓力的狀態下) , **后啟動主電機。
     
    ’"待出料口出料正常后 , 旋動調壓手柄 , 先調節二級調壓手柄 , 再調節一級調壓手柄 , 緩慢將壓力調**使用壓力, 整個過程視熟練程度約1~3 min。
     
    ③關機。先將調壓手柄卸壓, 再關主電動機, **后
     
    關冷卻水。
     
    4.3 高壓均質機的操作注意事項
     
    "&調壓時 , 當手感覺到已經受力時 , 須十分緩慢地加壓。
     
    "’均質物料的溫度以65 ℃左右為宜 ,  不宜超過
     
    85℃。
     
    ③物料中的空氣含量應在2%以下。
     
    ④嚴禁帶載啟動。
     
    ⑤工作中嚴禁斷料。
     
    ⑥進口物料的顆料度對軟性物料在70目以上, 對
     
    堅硬顆粒在100目以上。禁止粗硬雜質進入泵體。
     
    ⑦設備運轉過程中, 嚴禁斷冷卻水。
     
    ⑧均質閥組件為硬脆物質, 裝拆時不得敲擊。
     
    "/停機前須用凈水洗去工作腔內殘液。
     
    5 高壓均質機的保養維護
     
    5.1 每日維護
     
    &"檢查油位, 以保證潤滑油量充足。
     
    ’"隨時注意油壓是否正常,  油壓在0.2 MPa以下,
     
    須檢查零件是否溫度過高(如:連桿瓦、十字頭蓋等)、潤滑油泵是否正常 , 油泵安全閥壓力調定螺釘是否松動, 濾油器是否臟堵。
     
    "0隨時注意冷卻水供應是否正常。
     
    "1注意任何密封處的泄漏 , 如有泄漏 , 須更換相
     
    應的密封圈組件。
     
    "!運行中隨時注意是否有異常聲音。"#每日開機前,  **做好傳動箱體的放水工作,
     
    由于柱塞往復帶入和空氣的冷凝作用, 傳動箱內不可避免有水滲入, 及時放水可避免潤滑油過早失效 , 放
     
    水旋鈕在傳動箱的背后。
     
    5.2 每月檢護
     
    在每日檢護項目的基礎上進行每月檢護:
     
    "&檢查所有螺紋是否松動。
     
    "’潤滑油是否失效, 如已失效, 更換新潤滑油( 正
     
    常情況下一**二月更換1次) 。
     
    "0檢查傳動皮帶, 如過松需調緊。
     
    "1檢查均質閥等易損件是否損壞, 如損壞, 應更換。
     
    5.3 半年檢護在月檢護的基礎上進行半年檢護:
     
    "&放掉潤滑油, 清洗油箱、曲軸箱、過濾器;
     
    "’將泵體所有緊固件重新上緊一遍;
     
    "0再將設備當作新到的機器重新調試一遍 , 觀察
     
    各項性能。
     
    6 均質機常見故障及其排除
     
    6.1 機器無法啟動, 其主要原因
     
    "&停電或線路不通。需檢查主電機動力安裝線路
     
    是否有故障。
     
    "’如果管路中裝配了自動安全控制系統 , 則需檢
     
    查系統是否進料或出料故障。
     
    6.2 主電機反轉
     
    即主電機與規定轉向不符, 只需將三相電動機中的地線換一相。
    6.3 傳動箱聲響異常, 其產生的原因及排除方法
     
    &"檢查傳動箱內油位是否正常, 如果油液不足需加油**油標刻度處。
     
    ’"檢查傳動箱內各聯接部位是否有松動 , 如果有
     
    松動, 應逐個擰緊。
     
    6.4 造成不出料或出料不足的原因及排除方法
     
    "&斷料或進料不足, 設備在運行過程中**要保
     
    證進料充足。
     
    "’物料黏度過大 , 如發生這種情況 , 則需要用壓
     
    力進料或稀釋物料。
     
    "0主電機傳動皮帶打滑; 需調緊皮帶。
     
    "1柱塞密封圈泄漏 , 需更換密封圈 , 如屬柱塞磨
     
    損則需更換柱塞。
     
    "!液流端處閥芯閥座磨損, 則需要換閥芯閥座。
     
    "#液流端內6組閥芯閥座中有損壞現象或有雜質粘在密封線上 , 應檢查損壞情況并及時調換 , 調換下
     
    來的零件可根據損壞情況進行研磨回用或報廢。
     
    6.5 壓力表指針擺動大于正負兩格
     
    ①所有 5- 4中的原因均會造成壓力表指針擺動
     
    增大。
     
    ②柱塞與連桿聯接處松動, 需重新固定聯軸器。

      
    ③連桿與十字頭聯接處松動, 需要重新擰緊固定
     
    螺釘。
     
    ④壓力表表座內機油量不足, 將表座內柱塞壓到
     
    底, 然后加滿機油。
     
    ⑤均質閥損壞嚴重, 需更換均質閥。
     
    ⑥連桿或柱塞的聯軸器松動。
     
    ⑦液力端( 泵體) 內六組閥芯、閥座有一組或一組
     
    以上卡死。
     
    ⑧對于帶有密封件閥座, 密封件有可能損壞。
     
    6.6 泵內沒有壓力或壓力上不去的原因及故障排除
     
    方法
     
    (’沒有進料。
     
    ()主電機的傳動皮帶松動, 需調緊皮帶。
     
    (*如果調壓過程中, 主電機的電流值的反應是正常的, 則可能是: (a)壓力表座內機油泄漏完, 應加滿機油。(b)壓力表損壞, 需更換壓力表。
     
    (+均質閥密閉處有雜質或均質閥損壞; 則需檢查清洗均質閥, 如損壞需更換。
     
    (,液力端內閥芯座損壞或閥座密封失效 ; 需更換
     
    閥芯閥座或更換密封圈。
     
    6.7 卸壓后壓力表指針不回零
     
    ’(如果停機后壓力表指針仍不回零, 為壓力表損壞, 需更換壓力表。
     
    )(調壓頂桿密封圈損壞或過緊, 需更換密封圈或
     
    調整配合間隙。
     
    7 均質機的選擇
     
    高壓均質機是乳制品生產線中**的設備之一 ,
     
    生產中用于對物料的均質。因為它是產品產量、質量、成本效益的**, 還影響整個生產線能否正常運行 ,
     
    選用理想均質機的條件, 應具備流量充足, 壓力穩定,
     
    均質機效果好, 易損件耐用, 噪音低、節能、節油、操作維修方便等優點。結合工程項目的規模, 產品種類和生產工藝流程 , 綜合考慮選用**理想的均質機 , 實踐
     
    中應抓住以下幾項主要技術參數:
     
    ( 1) 流量。流量指生產流量不少于銘牌標明的數據。即使壓力達到**大數值時 , 流量也不少于銘牌所示數據 , 才能確保生產線設計要求和正常運行 , 在進料充足條件下, 流量可以通過流量公式計算求得。但理論流量與實際流量是有差別的 , 所以流量系數k的
     
    大小, 取決于均質機本身的單向閥結構、材質、密封材料和密封方式以及加工精度等, 即使在供料充足條件下, 由于以上條件不能滿足, 引起嚴重內、外泄漏導致流量系數k過低, 造成先天性的流量不足, 結果造成永
     
    久性產量效益損失過大。
     
    ( 2) 壓力。均質機銘牌上常常標有**大工作壓力或稱**大測試壓力, 用Pmax表示。還有標有額定工作壓力或稱連續生產壓力, 用P表示。在生產實踐中, 高壓

     
    均質機常常提倡輕負荷工作 , 取額定工作壓力 P= 0.8Pmax。如: **大壓力Pmax為25 MPa,額定生產壓力應該
    P≤20 MPa為宜。所以選型時注意需用生產壓力**
     
    留有余地為宜; 壓力表指示擺幅≤0.5 MPa。在額定工作壓力下, 只要達到工藝要求, 保證質量的前提下, 壓
     
    力取低值,以降低耗能, 延長易損件使用壽命和維修周期, 是十分有益的。
    ( 3) 均質效果。對于柱塞泵高壓均質機, 保證均質
     
    效果**零部件是高壓均質閥。同樣壓力下均質閥的結構形式、流道、閥的材質決定了均質效果, 同時也是由制造商設計決定的。均質閥在高壓條件下閥座、閥桿、碰撞環的工作端面極易磨蝕 , 加工制造比較困難,
     
    成本也較高 , 為此 , 選型時高壓閥座、閥芯、碰撞環等零件形狀**簡單 , 以利加工 , 尤其使用廠家能方便加以修復, 以便再次使用。目前, 高壓均質閥件, 普遍采用平面閥就是這個道理, 選型時要注意。
     
    對于牛奶一般兩個參數確定均質效果 , 一是粒度大小 , 二是達到同一粒度微粒所占的比例 , 根據均質后達到同一粒徑的脂肪球比例 , 可以評估均質機效果好壞 , 當脂肪球直徑φ2 μm以下達到98%以上 ,
    均質效果為優 ; 脂肪球直徑φ2 μm以下 , 低于98%, 在
     
    2.5 μm以下 , 高于95%時 , 均質效果良好 ; 若脂肪球直徑 3 μm 以下 , 低于 90%時 , 均質效果不良 , 即均質性能不好。
     
    判斷均質效果**直觀方法是顯微鏡法 , 一般采用光學顯微鏡在1 000倍或其他適當倍率下 , 用目鏡的測微尺 , 螺旋測微尺等在視野內對脂肪球進行直接測定。
     
    ( 4) 噪音。噪音大小與設備結構方式 , 加工精度,
     
    安裝條件有密切關系, 均質機行業內目前還沒有**家標準。
     
    ( 5) 耗能。均質機的耗能除了與均質機的生產能力有關外, 還與結構制造精度安裝有關。
    ( 6) 易損件。均質機的易損件主要是閥件 , 密封
     
    件 , 柱塞等。由于選用材質, 加工工藝不同, 易損件可能不同。選用設備時, 只能通過比較才能擇優選用。
     
    8 結 論
     
    由于高壓均質機具有其他分散乳化設備所無法可比擬的特點,被廣泛的應用于食品生產及其他**域。隨著對設備運轉成本降低的要求, 高壓均質機會被更加廣泛的應用。
     

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