分散機 高轉速分散機 高剪切分散機的比較分析

分散機：分散機（乳化機、均質機）在現(xiàn)代工業(yè)設備攪拌體系和混合中占有重要的作用，特別是在固液混合、液液混合、油水乳化、分散均質、剪切研磨方面有著極其重要的應用。不同行業(yè)有不同的叫法，例如化妝品通常以液液混合、油水乳化為主要目的，習慣稱為乳化機或均質機；涂料行業(yè)經常要用于粉末分散、固液混合比較多，習慣稱為分散機。醫(yī)藥行業(yè)、精細化工等則根據用途不一而叫法不一，但zui終用途都是通過高速攪拌、研磨、剪切達到均勻混合，形成均一穩(wěn)定體系的目的。      

高轉速分散機：速度分為角速度和線速度，剪切速度通常指線速度，線速度=角速度×直徑×π，從這個公式中不難看出，為什么工業(yè)生產用的分散機的轉速（角速度）一般只有3000rpm 或者1500rpm，而實驗室乳化機轉速有10000rpm 或280000rpm？主要考慮的就是直徑因素，通常分散機的分散效果與剪切線速度關系密切，為了使兩者剪切線速度接近，從而達到分散效果接近的目的。實驗室做試驗時用量相對很少（幾ml至數百ml之間），要求轉定子的物理尺寸必須適應對應量，這樣的結果導致實驗室分散機的直徑必須小，為了彌補因直徑小對線速度的損失，必然要提高轉子的角速度，由此就形成了實驗室分散設備的“高轉速”，即通常我們說的高轉速分散機（又名勻漿機）。

高剪切分散機：現(xiàn)在分散機的應用不單單局限于“分散”，由于其*的高剪切作用，在分散的同時粉體顆粒在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，從而使固體顆粒進一步細化并充分混合到液體中形成相對穩(wěn)定的懸浮液，即高剪切分散機。

要分析分散機 高轉速分散機 高剪切分散機的性能和特點，先需要了解影響物料分散效果的幾個因素：

1 分散頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）

2 分散頭的剪切速率 （剪切速度越大，效果越好）

3 分散頭的齒形結構（分為初齒，中齒，細齒，超細齒，齒越細效果越好）

4 物料在分散腔體內的停留時間，即分散時間（同等電機，流量越小，時間越長，效果越好）

5 循環(huán)次數（越多，效果越好，直到設備的極限）

關于線速度的計算公式：

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。 

 剪切速率 (s-1) =   v 速率 / g 定-轉子間距 

由上可知，剪切速率取決于以下因素： 

轉子的線速率

這種請況下兩表面間的距離為轉子-定子間距。 
高剪切分散機定-轉子的間距范圍為 0.2 ~ 0.3 mm 

速率V= 3.14 X D（轉子直徑）X 轉速 RPM / 60

分散后混合液為什么會分層？

大部分的漿料都是屬于懸浮液體系。不穩(wěn)定的懸浮液在靜止狀態(tài)下發(fā)生絮凝，并由于重力作用而很快分層，分散的目的就是要在產品的有效期內抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產品的穩(wěn)定性。

懸浮液的絮凝理論

絮凝作用即是在靜態(tài)（由于布朗運動）或動態(tài)（在剪切力作用下條件下，通過顆粒碰撞引起顆粒數目減少的過程。膠體系統(tǒng)中，如不考慮穩(wěn)定劑，顆粒間的相互作用主要有范德華（Vander Waals）引力；伴隨著帶電顆粒的庫侖（Coulombic）力（斥力或引力）。這些力的起因截然不同，Derjaguin 和 Landau 在蘇聯(lián)，Verwey 和 Overbeek 在荷蘭分別獨立的提出 DLVO 理論，構成了親液分散體系中絮凝作用經典理論的基礎，闡述了膠體懸浮體系的穩(wěn)定性主要與膠體顆粒間上述兩個獨立的相互作用的相對距離有關。

懸浮液的分層理論

分層是分散相在外力（重力或離心力）作用下，在連續(xù)相中上浮或下沉的結果。在忽略布朗運動效應的靜態(tài)條件下，可用Stokes 定律來描述，即分散相球形顆粒由于重力的沉降速度 V 由下式確定：

式中：

ρs -ρ為分散相與連續(xù)相的密度差，g 為重力加速度，d 為分散相顆粒直徑，μ為連續(xù)相的粘度。如果分散相顆粒的密度比連續(xù)相密度大，顆粒下沉，速度 V 為正值，反之，顆粒上浮，速度為負值。沉降速度大，漿料就容易分層。如果要保持體系穩(wěn)定，就必須降低沉降速度，對于特定的漿料可以通過減小分散相固體顆粒直徑 d。因為只有當粒徑減至連續(xù)相液體分子大小時，顆粒才能穩(wěn)定、均勻地分散在液體中不發(fā)生分離。

通過以上的分析我們可以看出，要提高懸浮液的穩(wěn)定性，分散相顆粒的粒徑應盡量細小。但應該指出，根據前人所做的大量研究發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒粒度的減小，雖然顆粒由重力引起的分離作用變?yōu)榇我囊蛩?，但是由于顆粒之間的間距減小，顆粒之間的結合力（范德華力等）起到了重要決定性作用。當顆粒直徑小于某一細小尺寸時，此時，顆粒的布朗運動效應就不能忽略了，所以由于細小顆粒的布朗運動，而使得顆粒之間產生激烈地碰撞。若不加穩(wěn)定劑，這些情況都會導致顆粒團聚，對體系的穩(wěn)定是不利的。所以漿料的分散中，顆粒粒徑并非越細越好，要視漿料的特性而定。分散就是要根據物料的特性與特點，減小分散相顆粒的粒度，使其分布于一個較窄的尺寸范圍，并達到吸力與斥力的相互平衡，從而保證漿料體系的穩(wěn)定。

高剪切分散機和分散機剪切速率比較：

高剪切分散機和分散機定轉子比較：

高剪切分散機和分散機生產的產品效果比較：

分散機分散的粒度細度有限，10μm一下非常困難，且粒度范圍分布廣；

高剪切分散機可實現(xiàn)粒度在0.1-1μm的材質精細加工，粒度分布范圍窄，如圖

分散機 高轉速分散機 高剪切分散機在實驗室、中試生產、工業(yè)生產中的應用：

高轉速分散機（10000rpm--30000rpm）應用于實驗室，分散機應用于工業(yè)化生產；

怎樣有效的將二者有機結合起來？是許多工藝工程師經常遇到的一個問題，往往一個產品在實驗研發(fā)的時候效果很好，配方也沒有問題，但在中試和正式投產的時候需要重新對設備進行選型，需要不斷調整工藝參數，甚至有時候需要推倒重來，費時費力，影響產品生產進程，對于時間就是金錢，就意味著利潤的市場，經常是得不償失。

怎樣解決這個問題？高剪切分散機采用現(xiàn)今流行的立式結構，實驗設備和工業(yè)設備使用同一機型，放大型號，保持剪切速率不變，分散效果一致；這樣一來，在實驗室用高剪切分散機研發(fā)出來的產品，在中試和工業(yè)生產的時候，不再需要為設備選型，改變工藝條件來適用設備而煩惱。

分散機 高轉速分散機 高剪切分散機三種不同設備的特點和應用，還有許多方面可以分析，希望更多專業(yè)人士不吝指導，一起分享！