轉子-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子-定子混合器設計，包括Silverson，Ross，Chemineer，IKA Works，Rayneri和Siefer等。根據操作方式的不同，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準。根據混合器出口的流動方向，它們可以分為徑向和軸向排放混合器，并且根據轉子和定子的設計/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），通常在攪拌容器預處理過的粗乳液進一步處理成非常細的液/液乳液時使用，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。其結構是由具有平滑或帶凹槽表面的定子和圓錐形轉子構成，以及帶有各種可調節(jié)尺寸的非常狹窄間隙。轉子和定子的表面類型會影響液體的流動狀態(tài)，光滑的表面會促進層流流動，而開槽的表面會促進湍流流動?？勺兊拈g隙寬度可確保沿流動方向的速度梯度（速度差），這會產生令非常粘稠的液滴破裂所必需的拉伸應力。平均能耗率相當高，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合使用。膠體磨具有圓錐形的轉子和定子，因此可以通過軸向移動定子以關閉或打開間隙，從而調節(jié)轉子-定子之間的間隙，從而使液滴尺寸由轉子速度和轉子-定子間隙來共同控制。與其他類型的轉子-定子混合器相比，有報道指出的關閉間隙將導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，減小間隙尺寸確實會導致產能下降。膠體磨適用于處理分散相體積分數非常高的乳液，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，例如用于重型內燃機的環(huán)保燃料，可減少細小固體顆粒和NOX的排放。圖1 轉子-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是吞吐量高，泵送能力好，能耗低。它們非常靈活，經常被推薦用于生產不同產品的生產線中的混合設備。與其他乳化裝置（例如高壓均化器）相比，這些混合器相對便宜且操作簡單，并且通常被認為在工廠環(huán)境中堅固耐用。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罐中再進行高剪切要快得多。這對于有快速化學反應的系統過程或要將低密度固體添加并分散到液相中時可能非常重要。通常，在線徑向排放混合器以單個轉子-定子單元的形式提供，但對于要求更高的過程（例如高粘度油的分散），也可以提供多個轉子-定子單元的組合體。通常，多個轉子定子產生更高的剪切力和更強烈的湍流，因此可以縮短處理時間并更精確地控制液滴尺寸。它們用于制造具有相對窄的粒徑尺寸分布的非常細的液滴/固體顆粒的乳液和懸浮液，因為設計的目的是使所有工藝流都通過強度相似的剪切/湍流區(qū)域。它們通常配有一系列可互換的篩網，使其在不同的應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)相中對硬瀝青和軟瀝青進行中試乳化。在化學工業(yè)中，在線混合器已用于在農藥和除草劑生產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)生型徑向排放轉子－定子混合器廣泛用于個人護理，食品和制藥行業(yè)。在個人護理產品行業(yè)中，它們被用于分散復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中分散蠟和顏料。也會借助轉子-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，這些工藝過程也會借助這些裝置來實施。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構，它還具有相對較好的泵送能力。因此，在間歇式生產的應用中，即使在相對較大的混合容器中，它們也經常不需要額外的葉輪來輔助（翻滾）導流。大多數制造商都提供各種不同轉子-定子設計款式，以適應液-液系統中的乳化以及固液系統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，人造黃油和色拉調料；在化妝品和個人護理產品中被用于制造面霜和乳液；以及用于特種化學品制造中蠟和凡士林的微膠囊化處理。它們在造紙工業(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。據報道，Ultra-Turrax混合器已被用于制造液滴尺寸小于1 μm的乳液型脂質載體，并已在乳液聚合中生產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備制造的，這些結果表明，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，超聲乳化設備可以用更便宜，更高效的轉子-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乳化液。Masmoudi等表明，轉子-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等人使用轉子-定子均質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準的低硫柴油中，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）具有相對簡單的設計，轉子配有四個葉片，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，使同一臺機器可以適用于一系列操作，例如乳化，均質，混合，減小粒度和防止聚集。從一個篩網切換到另一個篩網既快速又簡單。圖5.2顯示了Silverson的間歇式混合器的不同定子/篩網。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）設計用于分解纖維材料（例如動物和動物組織），彈性材料比如橡膠和聚合物。建議使用方孔篩網（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的膠體懸浮液，而標準乳化篩網（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味料。在高級食品加工中，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)定蛋白質被用于各種食品之中。Silverson的間歇式轉子-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。在類似的應用中，Silverson的轉子-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，這是最常見的應用。
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