轉(zhuǎn)子-定子混合器的分類
可以從不同的制造商那里獲得各種各樣的轉(zhuǎn)子-定子混合器設(shè)計(jì)，包括Silverson，Ross，Chemineer，IKA Works，Rayneri和Siefer等。根據(jù)操作方式的不同，可將其大致分為間歇式或在線（連續(xù)）混合器。還有其他可用于分類的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)混合器出口的流動(dòng)方向，它們可以分為徑向和軸向排放混合器，并且根據(jù)轉(zhuǎn)子和定子的設(shè)計(jì)/形狀，可以區(qū)分膠體磨，齒形裝置和徑向排放高剪切混合器。圖1示意性地顯示了最常用的轉(zhuǎn)子-定子混合器類型。 膠體磨是在線混合器（圖1a），通常在攪拌容器預(yù)處理過的粗乳液進(jìn)一步處理成非常細(xì)的液/液乳液時(shí)使用，也被用于防止不同類型的納米粉體（包括顏料）的聚集和幫助他們分散。其結(jié)構(gòu)是由具有平滑或帶凹槽表面的定子和圓錐形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，以及帶有各種可調(diào)節(jié)尺寸的非常狹窄間隙。轉(zhuǎn)子和定子的表面類型會(huì)影響液體的流動(dòng)狀態(tài)，光滑的表面會(huì)促進(jìn)層流流動(dòng)，而開槽的表面會(huì)促進(jìn)湍流流動(dòng)?？勺兊拈g隙寬度可確保沿流動(dòng)方向的速度梯度（速度差），這會(huì)產(chǎn)生令非常粘稠的液滴破裂所必需的拉伸應(yīng)力。平均能耗率相當(dāng)高，大約為105-106Wkg-1，但泵送能力卻非常低；因此，膠體磨通常作為在線混合器與外部輸送泵結(jié)合使用。膠體磨具有圓錐形的轉(zhuǎn)子和定子，因此可以通過軸向移動(dòng)定子以關(guān)閉或打開間隙，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子-定子之間的間隙，從而使液滴尺寸由轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子-定子間隙來共同控制。與其他類型的轉(zhuǎn)子-定子混合器相比，有報(bào)道指出的關(guān)閉間隙將導(dǎo)致剪切速率增加的特性正是膠體磨的主要優(yōu)勢之一，但是，減小間隙尺寸確實(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能下降。膠體磨適用于處理分散相體積分?jǐn)?shù)非常高的乳液，例如瀝青乳化，并已被用于蛋黃的乳化器，用于制造分散80％油在水中的蛋黃醬。膠體磨還用于制造油包水型乳劑，例如用于重型內(nèi)燃機(jī)的環(huán)保燃料，可減少細(xì)小固體顆粒和NOX的排放。圖1 轉(zhuǎn)子-定子混合器的類型：(a) 膠體磨，(b)在線徑向排放高剪切混合器，(c)齒形混合器，(d) 間歇式徑向排放混合器 在線徑向排放混合器的特點(diǎn)是吞吐量高，泵送能力好，能耗低。它們非常靈活，經(jīng)常被推薦用于生產(chǎn)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)線中的混合設(shè)備。與其他乳化裝置（例如高壓均化器）相比，這些混合器相對(duì)便宜且操作簡單，并且通常被認(rèn)為在工廠環(huán)境中堅(jiān)固耐用。在這種類型的混合器中，分散相可以直接注入到高剪切/湍流區(qū)域，這樣的混合方式比將分散相注入管道或儲(chǔ)罐中再進(jìn)行高剪切要快得多。這對(duì)于有快速化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)過程或要將低密度固體添加并分散到液相中時(shí)可能非常重要。通常，在線徑向排放混合器以單個(gè)轉(zhuǎn)子-定子單元的形式提供，但對(duì)于要求更高的過程（例如高粘度油的分散），也可以提供多個(gè)轉(zhuǎn)子-定子單元的組合體。通常，多個(gè)轉(zhuǎn)子定子產(chǎn)生更高的剪切力和更強(qiáng)烈的湍流，因此可以縮短處理時(shí)間并更精確地控制液滴尺寸。它們用于制造具有相對(duì)窄的粒徑尺寸分布的非常細(xì)的液滴/固體顆粒的乳液和懸浮液，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的目的是使所有工藝流都通過強(qiáng)度相似的剪切/湍流區(qū)域。它們通常配有一系列可互換的篩網(wǎng)，使其在不同的應(yīng)用中具有多功能性和靈活性，因而可在許多行業(yè)中使用。在石油工業(yè)中，Silverson混合器已用于在pH為2的水連續(xù)相中對(duì)硬瀝青和軟瀝青進(jìn)行中試乳化。在化學(xué)工業(yè)中，在線混合器已用于在農(nóng)藥和除草劑生產(chǎn)中將高濃度的不溶成分分散在連續(xù)的水相中，還用于分散聚甲基丙烯酸酯和苯乙烯基共聚物以改善潤滑油的粘度控制。 衛(wèi)生型徑向排放轉(zhuǎn)子－定子混合器廣泛用于個(gè)人護(hù)理，食品和制藥行業(yè)。在個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品行業(yè)中，它們被用于分散復(fù)合表面活性劑形成的難以分散的中間相，也被用于在唇膏生產(chǎn)中分散蠟和顏料。也會(huì)借助轉(zhuǎn)子-定子混合器制備局部用藥膏和無菌藥膏的熱敏活性成分，咳嗽混合物和藥物糖漿制備過程中常有的高濃度糖和增稠劑的溶解，這些工藝過程也會(huì)借助這些裝置來實(shí)施。在食品和飲料工業(yè)中，它們已被用于在碳酸飲料中分散人造甜味劑和混濁劑，以及分散在果汁和碳酸飲料中用作增稠劑的樹膠，淀粉和海藻酸鹽，以及用于加工蛋黃醬和沙拉醬。 齒形混合器（圖1c）既可作為在線連續(xù)混合器，也可作為間歇式混合器使用，并且由于其開放式結(jié)構(gòu)，它還具有相對(duì)較好的泵送能力。因此，在間歇式生產(chǎn)的應(yīng)用中，即使在相對(duì)較大的混合容器中，它們也經(jīng)常不需要額外的葉輪來輔助（翻滾）導(dǎo)流。大多數(shù)制造商都提供各種不同轉(zhuǎn)子-定子設(shè)計(jì)款式，以適應(yīng)液-液系統(tǒng)中的乳化以及固液系統(tǒng)中的一系列工藝要求，例如摻入（混合），濕磨和液體中固體顆粒的均質(zhì)化。這些混合器也被用于食品工業(yè)，以制造冰淇淋，人造黃油和色拉調(diào)料；在化妝品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中被用于制造面霜和乳液；以及用于特種化學(xué)品制造中蠟和凡士林的微膠囊化處理。它們?cè)谠旒埞I(yè)中也很流行，被用于加工高粘度和非牛頓紙漿以及被用于油漆和涂料的制造過程中。據(jù)報(bào)道，Ultra-Turrax混合器已被用于制造液滴尺寸小于1 μm的乳液型脂質(zhì)載體，并已在乳液聚合中生產(chǎn)300nm左右的液滴。如此小滴的乳液通常是使用低能效的超聲設(shè)備制造的，這些結(jié)果表明，在許多過程中，尤其是在液滴大小不能超過5 μm的藥物乳液中，超聲乳化設(shè)備可以用更便宜，更高效的轉(zhuǎn)子-定子混合器代替。Maa和Hsu使用流通式齒形混合器將牛血清白蛋白水溶液中的油相乳化，從而在雙乳化微囊化工藝中制備初級(jí)乳化液。Masmoudi等表明，轉(zhuǎn)子-定子這種類型的混合器可用于制備五種基本的藥物和化妝品水包油乳液，他們分別代表藥物和化妝品乳膏的類型，而Yuan等人使用轉(zhuǎn)子-定子均質(zhì)器來制備將香精封裝在聚合單體中的微膠囊模型。在石油加工中，使用齒形混合器將含非離子表面活性劑的水相乳化到標(biāo)準(zhǔn)的低硫柴油中，以形成與歐洲商業(yè)柴油配方相同的柴油包的水乳液，其特點(diǎn)是可大大減少汽車尾氣中黑煙和NOX的排放。 間歇式徑向排放混合器（例如Silverson和Ross混合器）（圖5.1d）具有相對(duì)簡單的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子配有四個(gè)葉片，這些葉片將流體泵過固定的定子，定子上開有不同形狀/尺寸的孔或槽。它們通常配有一組易于互換的定子，使同一臺(tái)機(jī)器可以適用于一系列操作，例如乳化，均質(zhì)，混合，減小粒度和防止聚集。從一個(gè)篩網(wǎng)切換到另一個(gè)篩網(wǎng)既快速又簡單。圖5.2顯示了Silverson的間歇式混合器的不同定子/篩網(wǎng)。建議使用通用破碎定子（圖5.2a）處理固體破碎/溶解，凝膠和增稠劑的制備以及漿液處理，而開槽破碎定子（圖5.2b）設(shè)計(jì)用于分解纖維材料（例如動(dòng)物和動(dòng)物組織），彈性材料比如橡膠和聚合物。建議使用方孔篩網(wǎng)（圖5.2c）來快速減小可溶和不溶性固體粉末的粒徑，也適合于制備乳液和精細(xì)的膠體懸浮液，而標(biāo)準(zhǔn)乳化篩網(wǎng)（圖5.2d）用于液體–液體乳化。圖2（a–d）Silverson的間歇式徑向排放混合器中使用的定子 徑向排放，高剪切混合器廣泛用于食品，化工，化妝品和制藥等行業(yè)。在食品加工中，它們可用于制造糖果以及寵物食品和調(diào)味料。在高級(jí)食品加工中，通過使用Silverson的混合器將菜籽油中j-角叉菜膠水溶液和親水性保健食品和脂肪替代品水溶液熱乳化成為微凝膠珠；也可以用這類混合器中制備的水包油型乳化穩(wěn)定蛋白質(zhì)被用于各種食品之中。Silverson的間歇式轉(zhuǎn)子-定子混合器也被用于在含有不同類型表面活性劑的水相中，防止染料納米顆粒和二氧化硅納米顆粒聚集并均勻分散。在類似的應(yīng)用中，Silverson的轉(zhuǎn)子-定子混合器被用于化妝品和制藥行業(yè)，以制備濃縮液-液和液-固乳液，例如面霜，乳液，睫毛膏和除臭劑，這是最常見的應(yīng)用。
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