分散机 高转速分散机 高剪切分散机的比较分析

分散机高转速分散机高剪切分散机的比较分析
分散机：分散机（乳化机、均质机）在现代工业设备搅拌体系和混合中占有重要的作用，特别是在固液混合、液液混合、油水乳化、分散均质、剪切研磨方面有着极其重要的应用。

不同行业有不同的叫法，例如化妆品通常以液液混合、油水乳化为主要目的，习惯称为乳化机或均质机；涂料行业经常要用于粉末分散、固液混合比较多，习惯称为分散机。

医药行业、精细化工等则根据用途不一而叫法不一，但最终用途都是通过高速搅拌、研磨、剪切达到均匀混合，形成均一稳定体系的目的。

高转速分散机：速度分为角速度和线速度，剪切速度通常指线速度，线速度=角速度×直径×π，从这个公式中不难看出，为什么工业生产用的分散机的转速（角速度）一般只有3000rpm 或者1500rpm，而实验室乳化机转速有10000rpm 或280000rpm？主要考虑的就是直径因素，通常分散机的分散效果与剪切线速度关系密切，为了使两者剪切线速度接近，从而达到分散效果接近的目的。

实验室做试验时用量相对很少（几ml至数百ml之间），要求转定子的物理尺寸必须适应对应量，这样的结果导致实验室分散机的直径必须小，为了弥补因直径小对线速度的损失，必然要提高转子的角速度，由此就形成了实验室分散设备的“高转速”，即通常我们说的高转速分散机（又名匀浆机）。

高剪切分散机：现在分散机的应用不单单局限于“分散”，由于其独特的高剪切作用，在分散的同时粉体颗粒在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，从而使固体颗粒进一步细化并充分混合到液体中形成相对稳定的悬浮液，即高剪切分散机。

要分析分散机高转速分散机高剪切分散机的性能和特点，先需要了解影响物料分散效果的几个因素：
1 分散头的形式（批次式和连续式）（连续式比批次好）
2 分散头的剪切速率（剪切速度越大，效果越好）
3 分散头的齿形结构（分为初齿，中齿，细齿，超细齿，齿越细效果越好）
4 物料在分散腔体内的停留时间，即分散时间（同等电机，流量越小，时间越长，效果越好）
5 循环次数（越多，效果越好，直到设备的极限）
关于线速度的计算公式：
剪切速率的定义是两表面之间液体层的相对速率。

剪切速率(s-1) = v 速率/ g 定-转子间距
由上可知，剪切速率取决于以下因素：
转子的线速率
这种请况下两表面间的距离为转子-定子间距。

高剪切分散机定-转子的间距范围为0.2 ~ 0.3 mm
速率V= 3.14 X D（转子直径）X 转速RPM / 60
分散后混合液为什么会分层？
大部分的浆料都是属于悬浮液体系。

不稳定的悬浮液在静止状态下发生絮凝，并由于重力作用而很快分层，分散的目的就是要在产品的有效期内抗絮凝、防止分层，维持悬浮颗粒的均匀分布，提高产品的稳定性。

悬浮液的絮凝理论
絮凝作用即是在静态（由于布朗运动）或动态（在剪切力作用下条件下，通过颗粒碰撞引起颗粒数目减少的过程。

胶体系统中，如不考虑稳定剂，颗粒间的相互作用主要有范德华（Vander Waals）引力；伴随着带电颗粒的库仑（Coulombic）力（斥力或引力）。

这些力的起因截然不同，Derjaguin 和Landau 在苏联，Verwey 和Overbeek 在荷兰分别独立的提出DLVO 理论，构成了亲液分散体系中絮凝作用经典理论的基础，阐述了胶体悬浮体系的稳定性主要与胶体颗粒间上述两个独立的相互作用的相对距离有关。

悬浮液的分层理论
分层是分散相在外力（重力或离心力）作用下，在连续相中上浮或下沉的结果。

在忽略布朗运动效应的静态条件下，可用Stokes 定律来描述，即分散相球形颗粒由于重力的沉降速度V 由下式确定：
式中：
ρs -ρ为分散相与连续相的密度差，g 为重力加速度，d 为分散相颗粒直径，μ为连续相的粘度。

如果分散
相颗粒的密度比连续相密度大，颗粒下沉，速度V 为正值，反之，颗粒上浮，速度为负值。

沉降速度大，浆料就容易分层。

如果要保持体系稳定，就必须降低沉降速度，对于特定的浆料可以通过减小分散相固体颗粒直径d。

因为只有当粒径减至连续相液体分子大小时，颗粒才能稳定、均匀地分散在液体中不发生分离。

通过以上的分析我们可以看出，要提高悬浮液的稳定性，分散相颗粒的粒径应尽量细小。

但应该指出，根据前人所做的大量研究发现，随着颗粒粒度的减小，虽然颗粒由重力引起的分离作用变为次要的因素，但是由于颗粒之间的间距减小，颗粒之间的结合力（范德华力等）起到了重要决定性作用。

当颗粒直径小于某一细小尺寸时，此时，颗粒的布朗运动效应就不能忽略了，所以由于细小颗粒的布朗运动，而使得颗粒之间产生激烈地碰撞。

若不加稳定剂，这些情况都会导致颗粒团聚，对体系的稳定是不利的。

所以浆料的分散中，颗粒粒径并非越细越好，要视浆料的特性而定。

分散就是要根据物料的特性与特点，减小分散相颗粒的粒度，使其分布于一个较窄的尺寸范围，并达到吸力与斥力的相互平衡，从而保证浆料体系的稳定。

高剪切分散机和分散机剪切速率比较：
电机转速50HZ/87HZ 3000/4700 RPM 9000/13789RPM
最大线速度
在转子的相同直径下
若增大转子的直径同时必须设计的结构调整和增大电机的功率V=3.14X0.55X3000/60=9 M/S
V=3.14X0.55X4700/60=14M/S
V= 3.14X0.055X90000/60=26 M/S
V=3.14X0.055X14000/60=44 M/S
作用力F=9/0.3X1000-=30000 S-1
F=14/0.3X1000=42000 S-1 F=23/0.2X1000=115000S-1
F=40/0.2/X1000=200000S-1
这是乳化和均质的重要因素，相当于后者是前者的4-5倍
高剪切分散机和分散机定转子比较：
工作头只能是粗，中，细中一个，处理得
物料范围较窄。

要么只能是另外的
型号FDX3，不符合流体力学的结
构。

可以是单级，二级，三级，处理的物料范围更广，转子定子结构符合流体力学的线性结构。

在转动时流体是切线方向甩开。

轴的振动偏差0.1mm 0.01mm
这与设备的设计有关转子/定子间隙0.3-0.6mm 0.2-0.4mm
高剪切分散机和分散机生产的产品效果比较：
分散机分散的粒度细度有限，10μm一下非常困难，且粒度范围分布广；
高剪切分散机可实现粒度在0.1-1μm的材质精细加工，粒度分布范围窄，如图
分散机高转速分散机高剪切分散机在实验室、中试生产、工业生产中的应用：
高转速分散机（10000rpm--30000rpm）应用于实验室，分散机应用于工业化生产；
怎样有效的将二者有机结合起来？是许多工艺工程师经常遇到的一个问题，往往一个产品在实验研发的时候效果很好，配方也没有问题，但在中试和正式投产的时候需要重新对设备进行选型，需要不断调整工艺参数，甚至有时候需要推倒重来，费时费力，影响产品生产进程，对于时间就是金钱，领先就意味着利润的市场，经常是得不偿失。

怎样解决这个问题？高剪切分散机采用现今国际流行的立式结构，实验设备和工业设备使用同一机型，放大型号，保持剪切速率不变，分散效果一致；这样一来，在实验室用高剪切分散机研发出来的产品，在中试和工业生产的时候，不再需要为设备选型，改变工艺条件来适用设备而烦恼。

分散机高转速分散机高剪切分散机三种不同设备的特点和应用，还有许多方面可以分析，希望更多专业人士不吝指导，一起分享！。