1、高壓均質(zhì)機(jī)的技術(shù)原理及特點
 
高壓均質(zhì)機(jī)以高壓往復(fù)泵為動力傳遞及物料輸送機(jī)構(gòu)，將物料輸送**工作閥部分。要處理物料在通過工作閥的過程中，在高壓下產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、撞擊和空穴作用，從而使液態(tài)物質(zhì)或以液體為載體的固體顆粒得到超微細(xì)化。
 
1 . 1 工作閥原理示意圖及顆粒細(xì)化原理概述
 
 
 
 
 
 
圖 1 物料被輸送** 圖 2 物料源源不斷地工作閥進(jìn)口 通過一級均質(zhì)閥
 
和二級乳化閥如圖 1 所示，物料在尚未通過工作閥時，一
 
級均質(zhì)閥和二級乳化閥的閥芯和閥座在力 F 1 和 F 2 的作用下均緊密地貼合在一起。物料在通過工作閥時（如圖 2 ），閥芯和閥座都被物料強(qiáng)制地擠開一條狹縫，同時分別產(chǎn)生壓力 P 1 和 P 2 以平衡力 F 1 和 F 2 。物料在通過一級均質(zhì)閥時，壓力從 P 1 突降** P 2 ，也就隨著這壓力能的突然釋放，在閥芯、閥座和沖擊環(huán)這三者組成的狹小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生類似爆炸效應(yīng)的強(qiáng)烈的空穴作用，同時伴隨著物料通過閥芯和閥座間的狹縫產(chǎn)生的剪切作用以及與沖擊環(huán)撞擊產(chǎn)生的高速撞擊作用，如此強(qiáng)烈地綜合作用，從而使顆粒得到超微細(xì)化。一般來說，P 2 的壓力調(diào)得很低，二級乳化閥的作用主要是使已經(jīng)細(xì)化的顆粒分布得更加均勻一些。
 
1.2 高壓均質(zhì)機(jī)的特點 1.2.1 細(xì)化作用更為強(qiáng)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(qiáng)制擠出了一條狹縫；同時，由于均質(zhì)機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)是容積式往復(fù)泵，所以從理論上說，均質(zhì)壓力可以無限地提高，而壓力越高，細(xì)化效果就越好 。
 
1.2.2均質(zhì)機(jī)的細(xì)化作用主要是利用了物料間的相互作用，所以物料的發(fā)熱量較小，因而能保持物料的性能基本不變。
 
1 . 2 . 3 均質(zhì)機(jī)能定量輸送物料，因為它依靠往復(fù)泵送料。
 
1 . 2. 4 均質(zhì)機(jī)耗能較大。
 
1 . 2 . 5 均質(zhì)機(jī)的易損使較多，維護(hù)工作量較大，特別在壓力很高的情況下。
 
2、高壓均質(zhì)機(jī)的應(yīng)用
 
均質(zhì)機(jī)操作獨特的原理為無數(shù)工藝流程的革新以及各種新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用提供了簡便而卓有成效的途徑，均質(zhì)機(jī)的作用主要有：提高產(chǎn)品的均勻度和穩(wěn)定性；增加保質(zhì)期；減少反應(yīng)時間從而節(jié)省大量催化劑或添加劑；改變產(chǎn)品的稠度，改善產(chǎn)品的口味和色澤等等。均質(zhì)機(jī)超細(xì)粉碎、乳化功能，無論是從理論上，還是實際加工的乳劑和分散體所獲得的細(xì)度、均勻度的質(zhì)量上，都
是高速攪拌、砂磨、球磨、膠體磨、超聲波等均質(zhì)器械不能比擬的。但是，如果在工藝上應(yīng)用不正確、不得當(dāng)，也是無法獲得滿意結(jié)果的，**少不可能獲得**佳的效果。
 
均質(zhì)加工所選用壓力的大小，決定了物料獲得能量的大小。一般講來，粉碎所需要的能量，應(yīng)視物料粘度大小，液體表面張力的大小和**終粉碎細(xì)度的大小不同而不同。壓力不到位不行，壓力過高同樣沒有必要。物料粉碎粒徑越小，所需的能量越大。一般講，均質(zhì)壓力增大，微粒的平均粒徑減小，但微粒粒徑變小的速率隨之減慢。這表明，即便使用了很高的壓力，均質(zhì)機(jī)粉碎細(xì)度的功能并不是無限度的。就目前普通結(jié)構(gòu)的均質(zhì)機(jī)而言，其極限粉碎細(xì)度在 0.1 － 0.2 μ ｍ 。
 
物料初始粒徑的大小，粒徑的均勻度，是影響均質(zhì)質(zhì)量的重要因素之一。工藝上要求物料的初始粒徑不但要盡可能?。ㄒ话悴粦?yīng)大于 20 μ ｍ），而且須經(jīng)低能均質(zhì)器械進(jìn)行粗加工，使其粒徑大小盡可能均勻一致。原始物料粒徑的不均勻，均質(zhì)時很難獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。
 
混合液中油脂的含量，同樣是決定其質(zhì)量的重要因素之一。當(dāng)施加在混合液中的能量密度相同時，油脂含量的增加，意味著單元獲得的平均能量的減小，直接影響著混合液的質(zhì)量。實驗證明，在某一范圍內(nèi)，油脂比例的減少，也是增加均質(zhì)效果的途徑之一，混合液的油脂含量的**大比例應(yīng)該小于 5 0 % 。
 
物料的粘滯度，同樣與均質(zhì)效果和均質(zhì)效率密切相關(guān)的。均質(zhì)壓力一定時，物料粘度的增加，例如從 2 C P 增加到 2 0 0 C P ，物料的粒徑隨之變大，粘度超過 2 0 0 C P ，粒徑變大尤為明顯。因此，物料粘度低于 2 0 0 C P ，均質(zhì)效果較為有效。工藝上，為了達(dá)到降低粘度，簡單有效的方法是對物料加熱。對于特定的物料，例如樹脂的乳化，利用油脂溶于某一種特定的溶劑中，也能方便有效的降低油脂的粘度。
 
均質(zhì)機(jī)加工工藝上還有一個加工次數(shù)的問題。均質(zhì)機(jī)只加工一次，很難使大小不一的顆粒獲得相同的能量，結(jié)果是均勻度不理想。實驗證明：均質(zhì)過程中，大顆粒較容易獲得能量而被粉碎為細(xì)顆粒，而細(xì)顆粒的變小相對比較困難。由于這兩個原因，工藝上需要進(jìn)行多次均質(zhì)。經(jīng)過數(shù)次均質(zhì)，不但使顆粒逐漸變小，而且顆粒大小逐漸趨于一致，均質(zhì)效果大為提高。有效均質(zhì)的**多次數(shù)為九次，超過九次，效果與耗能比將得不償失。
 
目前，廣泛使用的均質(zhì)機(jī)大多具有二級均質(zhì)的功能。一級閥（高壓閥，下同）與二級閥（低壓閥，下同）所選用的壓力大小也涉及到均質(zhì)機(jī)的加工工藝問題。
 
G外對均質(zhì)機(jī)一級、二級閥加工效果的研究積累了豐富的經(jīng)驗，相比較，我G在這方面的研究還處在起步階段。一級閥與二級閥是串聯(lián)使用的，二級閥壓力的大小，關(guān)系到物料經(jīng)過一級閥瞬間壓力降的大小，從而直接關(guān)系到一級閥的加工效果。因此，二級閥壓力的選擇并不是隨意的，實驗證明，二級閥工藝上選擇的壓力應(yīng)控制在系統(tǒng)總壓力的 1 0 % － 1 5 % 之間，壓力選擇過高，反 而 適 得 其 反 。
 
3、高壓均質(zhì)機(jī)的市場動向及在我G的發(fā)展趨勢
 
自幾年前開始，高壓均質(zhì)機(jī)的市場需求不斷增加。從食感方面看，在減少使用乳化劑等外加添加劑以后，為獲得長時間穩(wěn)定的乳化效果，進(jìn)行高壓均質(zhì)處理是十分有效的手段之一。采用高壓均質(zhì)機(jī)處理的物料隨時間延長所發(fā)生的變化比用低壓均質(zhì)機(jī)處理少。而且由于實現(xiàn)了物料的細(xì)微化，提高了細(xì)微化食物在人體內(nèi)的消化吸收率，因此非常適合應(yīng)用于開發(fā)老年人食用的營養(yǎng)食品、病人食品、嬰幼兒食品以及流體食品和功能性食品等高附加值制品的開發(fā)與生產(chǎn)，市場的潛在需求甚高。近年來，色拉調(diào)味汁和人造黃油等生產(chǎn)中也出現(xiàn)利用高壓均質(zhì)機(jī)處理的傾向。
 
我G均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)起步較晚，較G外落后了五、六十年。進(jìn)展慢，6 0 M p a 高壓均質(zhì)機(jī)的生產(chǎn)，較G外落后了近八十個年頭。水平相對比較低，無論是材料選擇，加工精度、使用壽命、規(guī)格品種、應(yīng)用*域及能源消耗，都與G際先進(jìn)水平有著不小的差距，這顯示我G均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。隨著我G人民生活水準(zhǔn)的普遍提升，對乳制品、飲料的需求急劇增加，每小時幾噸的均質(zhì)機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)大生產(chǎn)的需要，每小時產(chǎn)量幾十噸的特大型均質(zhì)機(jī)的需求逐顯迫切。生產(chǎn)質(zhì)量好，性能穩(wěn)定，每小時產(chǎn)量十幾噸，乃**幾十噸的特大型均質(zhì)機(jī)替代進(jìn)口，是我G均質(zhì)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的一項緊迫任務(wù)。
 
由于特大型均質(zhì)機(jī)的能耗少則一、二百千瓦，多則四、五百千瓦，能源消耗矛盾十分突出，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，研制高效節(jié)能型均質(zhì)機(jī)，盡量縮小與G外先進(jìn)水平的差距，對均質(zhì)機(jī)行業(yè)顯得尤為迫切和重要，這是均質(zhì)機(jī)生產(chǎn)廠家需要花大力氣盡快攻克的一個重要課題。
 
生物工程、納米技術(shù)，將是本世紀(jì)有著長足發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。大腸桿菌、酶等細(xì)胞壁的粉碎，納米級微粒的粉碎，幾十兆帕壓力的均質(zhì)機(jī)顯然是無能為力的，這就需要我們研制 1 0 0 - 1 5 0 兆帕的超高壓力的均質(zhì)機(jī)。在G外，這種機(jī)器已經(jīng)提供生產(chǎn)服務(wù)多年，而在我G幾乎還是空白，這是我G均質(zhì)機(jī)發(fā)展的又一個方向。