В таких отраслях, как пищевая, фармацевтическая, косметическая и тонкая химическая промышленность, нам часто приходится стабильно смешивать две изначально нерастворимые жидкости (такие как масло и вода), чтобы сформировать децентрализованную систему, известную как « эмульсия». Основным оборудованием для реализации этого процесса является эмульсионный резервуар. В этой статье будет проведен строгий анализ эмульсионных резервуаров с точки зрения научных принципов и инженерного проектирования.

I. Определения и основные функции

Эмульсионный резервуар, полностью известный как эмульсионный реактор, представляет собой набор смеси, дисперсии, гомогенизации, эмульсии, нагрева, охлаждения и других функций в одном из прецизионных химических контейнеров. Его основная функция заключается в равномерном и стабильном рассеивании одной жидкости в виде крошечных капель (обычно достигающих микронного уровня) в другую нерастворимую жидкость путем применения высокоинтенсивного механического сдвига, который образует стабильную эмульсию.

Успешный процесс эмульсии, а не просто смешивание, должен преодолеть огромное натяжение интерфейса между жидкостями и убедиться, что вновь образованные крошечные капли не собираются и не расслаиваются.

Принцип работы: Сила сдвига - это ядро

Принцип работы эмульсионных резервуаров основан на основной физической концепции: силе сдвига.

1. Предварительная обработка и первичное смешивание: Во - первых, сырье из масляной и водной фаз предварительно смешивается в резервуаре с помощью обычного смесителя (например, якорного, весла), образуя систему грубой дисперсии. На данный момент размер капли больше, система очень нестабильна.

Лактеризация при высоком сдвиге: это самый важный шаг. Лактерные головки с высоким сдвигом, расположенные на дне или боковой стороне резервуара, начинают вращаться с высокой скоростью. Обычно эмульсионная головка состоит из ротора и статора:

Роторы: высокоскоростные вращающиеся лопатки (со скоростью вращения до 0 - 3000 rpm или выше и линейной скоростью до 20 - 40 м / с).

Статор: неподвижная втулка с точными щелями или отверстиями.

Во время работы грубо смешанный материал сильно всасывается в эмульсионную головку ротором с высокой скоростью вращения и под действием огромной центробежной силы выбрасывается в щель статора. Материал, вынужденный проходить через эти щели микронного уровня, подвергается сочетанию интенсивного механического сдвига, высокочастотного гидравлического трения, удара сжатия и турбулентности.

3. дробление и гомогенизация капель: в этом высокоинтенсивном поле сдвига огромные капли мгновенно разрываются и разбиваются на более мелкие микронные капли. Вновь образованные крошечные капли значительно увеличивают площадь контакта между двумя фазами, что позволяет последующему добавлению эмульгатора быстро адсорбироваться в интерфейсе капли, образуя прочный слой пограничной маски, которая эффективно снижает натяжение интерфейса и препятствует повторному слиянию капель.

Циркуляция и конечная стабилизация: материал, обработанный эмульсионной головкой, выбрасывается с высокой скоростью, повторно смешивается с другими материалами в резервуаре и в сотрудничестве с мешалкой образует цикл, который гарантирует, что каждая часть материала в резервуаре может проходить через зону высокого сдвига несколько раз и в конечном итоге получить стабильную эмульсию с узким распределением капель по размеру и одинаковой высотой.

III. Основные структуры и компоненты

Полный эмульсионный сосуд представляет собой сложную систему, состоящую в основном из следующих компонентов:

1. Цистерны:

Материал: Нержавеющая сталь SUS304 или SUS316L обычно используется для обеспечения коррозионной стойкости, легкости очистки, в соответствии с требованиями GMP (спецификация управления качеством фармацевтического производства).

Конструкция: Зажимная втулка спроектирована для включения пара / горячей воды (нагревания) или охлаждающей воды (охлаждения) с точным контролем технологической температуры. Внутренняя поверхность обычно подвергается зеркальной полировке для уменьшения остатков материала.

2. Система перемешивания:

Основное перемешивание: как правило, медленные смесители (например, якорные, рамочные), используемые для макроскопического смешивания, скребок, чтобы предотвратить коксование материала на стенке и помочь сформировать цикл.

Лактеризованные головки с высоким сдвигом: основные рабочие компоненты, отвечающие за обеспечение основной силы сдвига. В соответствии с технологическими потребностями можно выбрать различные формы головки статора (например, круглые отверстия, длинные отверстия, отверстия и т. Д.) для получения различных эффектов сдвига.

3. Система передачи: состоит из двигателя, редуктора и т. Д. Для питания перемешивания и эмульсии. Обычно используется управление преобразованием частоты, которое может бесступенчато регулировать скорость вращения.

4. Другие вспомогательные системы:

Вакуумная система: используется для удаления пузырьков из материала во время эмульсии, предотвращения окисления продукта и повышения плотности и яркости конечного продукта.

Система нагрева / охлаждения: достигается с помощью втулки или змеевика.

Система управления: PLC или человеко - машинный интерфейс, используемый для настройки и записи температуры, скорости вращения, времени, вакуума и других технологических параметров для достижения автоматизированного производства.

Импорт - экспорт и зеркала зрения: используются для подачи, подачи, очистки и наблюдения за внутренней обстановкой.

IV. Ключевые параметры производительности и соображения выбора

При выборе или оценке эмульсионного сосуда необходимо сосредоточиться на следующих параметрах:

Скорость сдвига и сила сдвига: способность непосредственно определять дробление капли, тесно связанная со скоростью линии ротора, фиксированным зазором ротора.

2. Скорость роторной линии: ключевой индикатор для измерения интенсивности работы эмульсионной головки, чем выше скорость линии, тем сильнее обычно сила сдвига.

Ввод мощности: мощность двигателя определяет способность оборудования обрабатывать высоковязкие материалы и общую эффективность.

Конструкция ротора: различные комбинации конструкций подходят для материалов с различной вязкостью и различными требованиями к конечному диаметру частиц.

5. Форма уплотнения: надежность и гигиенический уровень механического уплотнения имеют решающее значение.

Функции CIP / SIP: Наличие онлайн - стирки и онлайн - стерилизации является обязательным требованием для фармацевтической и пищевой промышленности.

V. Основные области применения

1.Пищевая промышленность: молочные продукты (йогурт, вкусовое молоко), напитки, мороженое, соусы (майонез, салатный соус), сливки, приправы и так далее.

2.Косметическая промышленность: кремы, лосьоны, эссенции, шампуни, гели для душа, зубные пасты и так далее.

3.Фармацевтическая промышленность: эмульсии, мази, эмульсии, суппозиторы, липиды, клеточные питательные жидкости и так далее.

4. Тонкая химическая промышленность: пестицидные эмульсии, краски, чернила, смазочные материалы, дисперсия наноматериалов и т.д.

VI. РЕЗЮМЕ

Эмульсионный резервуар - это далеко не простой гибридный контейнер, это высокопрочное однородное устройство сдвига, разработанное на основе принципов точной гидродинамики. Он генерирует локальную плотность энергии путем вращения статорной структуры, которая эффективно преобразует механическую энергию в энергию интерфейса, тем самым преодолевая межмолекулярные силы и достигая уточнения и стабилизации вещества. Преимущества и недостатки его производительности напрямую определяют стабильность, текстуру, внешний вид и срок годности конечного продукта. Поэтому глубокое понимание принципов работы и структуры имеет решающее значение для разработки процессов, выбора оборудования и контроля качества продукции в соответствующих отраслях промышленности.