超微粉碎是近年來迅速發展起來的一項高新技術,一般是指將 3 m m 左右物料顆粒粉碎** 1 0 ~25μm 以下的過程。經超微粉碎后的微粉表面積和孔隙率大大增加,從而影響粉體的物理化學性能,如溶解性、分散性、吸附性和吸收性等性能的提高。因此,超微粉碎技術在食品工業和中草藥加工中正日益廣泛的嘗試應用。
超微粉的機械制造方法大致有固相法、液相法和氣相法。液相法主要是通過膠體磨、高壓均質機、高剪切均質機等設備來實現。食品工業中常用的有高壓均質機,高壓均質機主要是由高壓泵和均質閥兩部分組成,均質壓力一般是 4 0 ~6 0 M P a ,作用原理是通過機械作用或流體力學效應在均質閥中造成高壓、擠壓和失壓等作用,使料液在高壓下擠研,在強沖擊下發生剪切,在失壓下膨脹,總之,在剪切、撞擊和氣穴等作用達到細化和均質的目的,一般能達到 0 . 5μm 左右。
近年來**外研制出一種高速射流均質機(high velcocity jet homogenizer),如美** Microfluidics 公司、加拿大 Avestin 公司、日本タウテケノロヅ公司等,我**某些公司也在積極研制。該設備細化效果可達 0. 1μm 甚**以下,壓力高達 1 0 0 ~2 0 0 M P a ,因此有時也稱納米均質機或超高壓均質機。射流均質機主要是由高壓泵和振蕩頭組成,在振蕩頭中,被增加到 3 0 0 m / s 以上的液體分成兩股或更多股細流,然后在極小空間進行強烈的垂直撞擊,在撞擊的過程中瞬間釋放出其大部分能量,產生巨大的壓力降,從而使得液體顆粒高度破碎。
在強制壓力作用下,流體從撞擊管區 B 點進入射流管區,從流體的運動方向上看,兩股流體撞擊后重新匯流在一起;從流體的運動狀態上看,流體是從撞擊管區射流出去。事實上,工程一般將射流(jet)看成是一種自由射流,是流體從平板管孔口或圓形孔口射出管件之外的外部運動,與之對應的定義是若流體運動的動能通量和動量通量主要來源于通過孔口的壓力降低,稱之為射流,自由射流研究**多的通常是二維射流或圓形射流。若流體動能通量和動量通量**終將靠體積力,稱之為羽(尾)流。在射流均質機的流體運動過程中,將以振蕩頭串聯的彎形收集管取下,將形成工程定義上的射流和羽流。在振蕩頭內部的“射流管區”只能是一種內部運動,暫且稱之為“強制射流”,射流管區管徑非常狹小,在管壁限制和強制壓力下,體積力不足影響形成羽流的條件。強制射流的意義在于使撞擊管區的流體進行高速相撞成為可能。一方面流體相撞后**射流出來,實現進出料的連續;另一方面,盡可能使流體在撞擊管區內以壓縮條件下進行,以獲得**高效率。事實上,射流均質機流體在振蕩頭內部的速度是非常高,有時可高達 3 0 0 m / s ,因此,有充分理由說明流體在撞擊管區的壓縮性。另外,射流會產生一種反作用力,如火箭的升空。當射流速度很大時,這種反作用力是否構成對流體中的顆粒影響也是值得研究的課題。
5 擴流管區和出料管區(outspreading zone and discharg-ing zone)
流體從射流管區沖向擴流管區和出料管區,管徑有兩次突然擴大,流體速度降了下來,為流體流出均質機振蕩頭做準備。盡管流體減速了,但從出料管區射出來的流體速度仍然是較高的,這一點將彎形收集管取下來可以觀察到,由于射流速度通常比較大,流體往往出現彌散度數很高的形式。
強制射流速度是與射流均質機的輸出功率正相關的,輸出功率越大,流體速度往往越高,同時流體在管道內部阻力和壓力損失也隨之增大。以下簡約分析一下流體在擴流管區和出料管區由于擴流導致的壓力損失問題。設射流管區細管控制面 a 1 ,速度 v 1 ,壓力 P 1 ;