一、乳化設(shè)備

　　乳化方法包括物理化學(xué)乳化法和機(jī)械法。目前常用的機(jī)械乳化方法包括多種，諸如管動(dòng)，射流，攪拌，均質(zhì)等，不同的乳化方法對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備，適用不同的需求。下面擇要介紹幾種：
　　　表一 乳化方法

1、攪拌
　　指借助于流動(dòng)中的兩種或兩種以上物料在彼此之間相互散布的一種操作，以實(shí)現(xiàn)物料的均勻混合，同時(shí)還可以促進(jìn)氣體溶解、強(qiáng)化熱交換等。
1.1 攪拌混合機(jī)理
　　攪拌混合機(jī)理主要包括對(duì)流混合，擴(kuò)散混合，剪切混合。
　?。?）對(duì)流混合是在攪拌容器中，通過(guò)攪拌器的旋轉(zhuǎn)把機(jī)械能傳給液體物料造成液體的流動(dòng)，屬?gòu)?qiáng)制對(duì)流。包括主體對(duì)流—物料大范圍的循環(huán)流動(dòng)；渦流對(duì)流—漩渦的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。
　?。?）擴(kuò)散混合指互溶組分中存的的混合現(xiàn)象，是液體分子間的均勻分布，對(duì)流混合可促進(jìn)擴(kuò)散混合。
　?。?）攪拌槳將物料組分拉成愈來(lái)愈薄的料層，使某一組分原來(lái)占有區(qū)域的尺寸越來(lái)越小，達(dá)到混合的目的。高粘度物料混合過(guò)程主要靠剪切作用。
1.2 攪拌器的構(gòu)造和類(lèi)型
1.2.1 攪拌器的構(gòu)造
　　攪拌器是通過(guò)攪拌使物料均勻混合的裝置，主要由攪拌裝置、攪拌罐和軸與軸封三大部分組成。
　　　　

1.2.2 攪拌器的類(lèi)型
　　攪拌器主要包括小面積葉片高速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌器，諸如渦輪式、槳式攪拌器等，多適用于低粘度的物料；另外就是大面積低速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌器，諸如框式、螺帶式及行星式攪拌器等。
1.2.2.1 槳式攪拌器
　　槳式攪拌器是最常用的一種，槳葉由條鋼制造，有平槳式和斜槳式兩種。平槳式攪拌器由兩片葉片平直槳葉構(gòu)成，主產(chǎn)生徑向流和切向流；斜槳式攪拌器的兩葉相反折轉(zhuǎn)一定角度，這樣不僅可以產(chǎn)生軸向流，還可以減小阻力。槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于低粘度物料的混合，當(dāng)容器內(nèi)液位較高時(shí)，可在同一軸上同時(shí)安裝幾個(gè)槳葉。
槳葉固定軸上的方式主要有三種：
　?。?）焊接法：槳葉和軸整體焊接在一起，此結(jié)構(gòu)不可拆卸清洗及更換，強(qiáng)度也不大，且容易打滑，主要適用小容器。
　　（2）螺釘連接法：通過(guò)螺釘將槳葉連接在軸上，中間有墊片。當(dāng)軸式圓形的時(shí)候，主要靠槳葉和軸的摩擦力而使槳葉運(yùn)動(dòng)，此結(jié)構(gòu)拆卸方便，但功率大時(shí)易產(chǎn)生滑動(dòng)，故多用小功率設(shè)備中。
　?。?）方軸連接法：這方法主要是客服焊接法容易打滑的缺點(diǎn)，但軸的加工困難。
　?。?）方軸、螺釘連接法：為了克服焊接法的易打滑及方軸連接法的難于制造等缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，被廣泛采用。


1.2.2.2 旋槳式攪拌器
　　旋槳式攪拌器類(lèi)似于無(wú)殼的軸流泵，由2~3片旋轉(zhuǎn)槳組成不同形式（見(jiàn)下圖），槳葉是用螺母固定在軸上，螺母的擰緊方向與槳葉旋轉(zhuǎn)方向相反，這樣才能借阻力作用使螺母在攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)愈來(lái)愈緊。旋轉(zhuǎn)直徑約為容器直徑的0.2~0.3倍，以軸流混合為主，伴有切向流和徑向流，但湍流程度不高。攪拌槳轉(zhuǎn)速高，循環(huán)量大，適用于大容器低粘度物料的混合，該攪拌不適用粘稠物料。
　　　　　　

　　　　　　　　　　　　

1.2.2.3 渦輪式攪拌器
　　渦輪式攪拌器類(lèi)似于無(wú)殼的離心泵，由圓盤(pán)、軸、及多塊葉片組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類(lèi)較多，主要有開(kāi)啟渦輪式和圓盤(pán)渦輪式兩種（見(jiàn)下圖）


　　渦輪式攪拌器轉(zhuǎn)速高，一般轉(zhuǎn)速為100～2000rpm，平直葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的徑向和切線流動(dòng)，通常加擋板以減小中央旋渦，同時(shí)增強(qiáng)因折流而引起的軸向流，工作時(shí)，攪拌液沿軸線由中心孔而進(jìn)入輪內(nèi)，有各小葉片工作因而加熱，然后再以高速度偶輪拋出，湍流程度強(qiáng)，剪切力大，可將微團(tuán)細(xì)化。渦輪式攪拌器適合處理中低粘度物料，混合生產(chǎn)能力較高，按一定的設(shè)計(jì)形式，具有較高的局部剪力效應(yīng)，且易清洗，但價(jià)格較高。
1.2.2.4 框式和錨式攪拌器
　　框式和錨式攪拌器適用于高粘度物料的攪拌，其外形輪廓與容器壁形狀相似，底部形狀為適應(yīng)罐底輪廓，多為橢圓或錐形等，槳葉外緣至容器底部的距離要適當(dāng)，以30～50mm為宜，但由于高濃度物料攪拌時(shí)只能取5mm，這時(shí)要求加工及安裝的精度卻高，否則外片可能碰上器壁而損壞設(shè)備。


　　如上圖所知，框式和錨式攪拌器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，制造方便，而且在攪動(dòng)時(shí)能攪動(dòng)大量的物料，不會(huì)產(chǎn)生死區(qū)。此類(lèi)攪拌器的轉(zhuǎn)速較慢，所產(chǎn)生的液流的徑向速度較大，而軸向速度甚低，為了加強(qiáng)軸向混合，并減小因切線速度所產(chǎn)生的表面旋渦，通常加裝擋板。
1.2.2.5 螺帶式與螺桿式攪拌器
　　螺帶式攪拌器是由一定寬度的帶材或圓柱棒材制作成螺帶形狀。它可以有單條或雙條螺帶結(jié)構(gòu)。一般螺帶的外廓尺寸接近容器內(nèi)壁，使攪拌操作遍及整個(gè)罐體。螺桿式攪拌器四用支撐桿使螺帶固定在攪拌軸上。每個(gè)螺距設(shè)置桿件2～3根。支撐桿一端與螺帶焊接，另一端夾緊在攪拌軸上，也可以采用支撐桿與軸的連接的形式（見(jiàn)下圖）。
　　　

　　螺帶式與螺桿式攪拌器，轉(zhuǎn)速慢，適用于高粘度的物料的攪拌。
1.2.2.6 行星式攪拌器
　　行星式攪拌器旋轉(zhuǎn)槳的軸不僅自轉(zhuǎn)，還能繞容器旋轉(zhuǎn)，攪拌速度高，適用于高粘度液體的攪拌，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作繁瑣。
　　

2、均質(zhì)機(jī)
　　均質(zhì)是一種特殊的操作，通過(guò)均質(zhì)，可使兩種互不相容的的液體進(jìn)行密切混合，是一種液體粉碎為極細(xì)小微?；蛞旱畏稚⒃诹硪灰后w中的過(guò)程，像乳狀液。目前主要有以下幾種均質(zhì)機(jī)：
2.1 高壓均質(zhì)機(jī)
2.1.1 高壓均質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)
　　高壓均質(zhì)機(jī)主要由泵體和均質(zhì)閥或安全閥、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)與機(jī)架幾個(gè)部分組成。
　　　　　　　

　　高壓泵多采用三柱塞式往復(fù)泵，由共用一根軸的三個(gè)作用泵組成，三個(gè)單作用泵的曲柄互相錯(cuò)開(kāi)120度，其吸液泵和排液泵也是三個(gè)泵共用。這樣，在曲軸旋轉(zhuǎn)一周的周期里，各泵的吸液或排液依次相差1/3周期，大大提高排液泵流量的均勻性。三作用泵的流量各為單作用泵的三倍。均質(zhì)閥安裝在高壓泵的排出路上，由閥座、閥桿和沖擊環(huán)組成，國(guó)外多采用鎢鈷鉻合金（用于牛奶均質(zhì)）或硬質(zhì)合金（腐蝕性強(qiáng)的液料）等制成，而國(guó)內(nèi)多采用4Cr13。目前多數(shù)高壓均質(zhì)機(jī)均采用二級(jí)均質(zhì)閥，以獲得更均勻更細(xì)小的乳化粒子。以下即為一級(jí)、二級(jí)均質(zhì)閥的結(jié)構(gòu)圖及雙擊均質(zhì)閥工作示意圖。
　　　

　　　　

　　

　　　

2.2.2 高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理
　　高壓均質(zhì)機(jī)是基于對(duì)物料的擠壓、剪切、渦流、泄壓、空穴作用，從而達(dá)到顆粒減小、分散均勻的目的。
　?。?）剪切學(xué)說(shuō)：當(dāng)高壓物料在閥盤(pán)與閥座間流過(guò)時(shí)，在縫隙中心流速最大，而在縫隙避面處液體流速最小，促使了速度梯度的產(chǎn)生，液滴之間相互擠壓、剪切，從而達(dá)到乳化均質(zhì)。
　　　　

　?。?）撞擊學(xué)說(shuō)：由于三柱塞往復(fù)泵的高壓作用，液滴與均質(zhì)閥發(fā)生高速撞擊，從而導(dǎo)致液滴破裂變小，起到均質(zhì)的作用。
　?。?）空穴學(xué)說(shuō)：高壓作用下，液料高頻振動(dòng)，導(dǎo)致液料交替壓縮與膨脹，引起空穴小泡的產(chǎn)生，這些小泡破裂時(shí)會(huì)在流體中釋放出很強(qiáng)的沖擊波，如果這種沖擊波發(fā)生在大液滴的附近，就會(huì)造成液滴的破裂，乳液得到進(jìn)一步細(xì)化。
2.2 高剪切均質(zhì)機(jī)
　　高剪切均質(zhì)機(jī)是目前用的最廣泛的均質(zhì)機(jī)，由轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子-定子系統(tǒng)構(gòu)成，工作時(shí)高速回轉(zhuǎn)，在葉片作用下流入的液體通過(guò)窄小的縫隙，在很高的剪切力作用下破碎、分散、混合。經(jīng)過(guò)高剪切均質(zhì)機(jī)的物料粒徑可達(dá)到1μm，且穩(wěn)定性好，能耗低，對(duì)材質(zhì)也無(wú)特殊要求。
　　　　　　　　　　　　　　　　　

2.2.1 高剪切均質(zhì)機(jī)的分類(lèi)
　　高剪切均質(zhì)機(jī)可分為軸流式和徑流式。結(jié)構(gòu)如圖所示：
　　　　

　　　　　　　　　　

2.2.2 高剪切均質(zhì)機(jī)的工作原理


2.2.3 高剪切均質(zhì)機(jī)的工作流程
　　　　

2.3 膠體磨
　　膠體磨和高剪切均質(zhì)機(jī)一樣均屬于定子-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由一可高速旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)（轉(zhuǎn)動(dòng)件）與一固定的磨面（固定件）所組成。兩表面間有可調(diào)節(jié)的微小間隙，通常為50～150 m，當(dāng)物料從此間隙通過(guò)時(shí)，由于磨盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)，附于旋轉(zhuǎn)面上的物料速度最大，而附于固定面上的物料速度為零，其間產(chǎn)生較高的速度梯度，從而使物料受到強(qiáng)烈的剪切摩擦和湍動(dòng)騷擾，產(chǎn)生微?；稚⒒饔?。


　　膠體磨有臥式和立式兩種，一般用于中低等粘度的料液。


2.4 超聲波均質(zhì)機(jī)
　　超聲波均質(zhì)可以由于振動(dòng)葉片或磁致收縮而使物料變細(xì)，達(dá)到均質(zhì)的效果。下面我簡(jiǎn)要介紹一下由于振動(dòng)葉片而產(chǎn)生的均質(zhì)作用，下圖為超聲波發(fā)生器的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。
　　　　　　　

　　當(dāng)物料從供液管經(jīng)噴出口高速流入管路時(shí)，調(diào)節(jié)頻率，使激發(fā)頻率與簧片的固有頻率相當(dāng)，從而產(chǎn)生超聲波共振。（其中，激發(fā)頻率與液體的流速成正比，而與噴嘴和簧片間的距離成反比。）使得物料在舌簧片附近產(chǎn)生空穴作用，液滴得以破碎；破碎后的物料可以再一次經(jīng)過(guò)供液管進(jìn)入管路，進(jìn)行再一次的破碎，如此反復(fù)即可。
攪拌促使物料之間的均勻混合，不同粘度的物料應(yīng)選擇使用不同類(lèi)型的攪拌。由于攪拌能量較低，通過(guò)攪拌進(jìn)行乳化只能得到粒徑較大的乳液，而通過(guò)均質(zhì)機(jī)可以乳液液滴的大小達(dá)到0.1 m，甚至更?。ㄒ?jiàn)下圖）
其中“1”為攪拌，“2”為膠體磨，“2”超聲波，“4”高剪切均質(zhì)，“5”高壓均質(zhì)。
　　　　　　　　　　　

　　此外，近來(lái)開(kāi)發(fā)了一種新型乳化技術(shù)—膜乳化技術(shù)。微孔膜的膜乳化技術(shù)采用微孔膜乳化設(shè)備，其乳化方式是在壓力作用下，使分散相穿過(guò)微孔膜的孔道進(jìn)人連續(xù)相而形成乳劑。當(dāng)連續(xù)相在膜表面流動(dòng)時(shí)，分散相在壓力作用下通過(guò)嫩孔膜孔在膜表面形成液滴，此液滴的直徑達(dá)到某一值時(shí)就從膜表面剝離進(jìn)人連續(xù)相，溶解在連續(xù)相里的乳化劑分子將吸附到液滴界面上．