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高压均质机对比简介

作者:苏州微流纳米生物 日期:2019-10-16 点击:2346
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高压均质机(或称高压流体纳米均质机、高压微射流均质机)是一种使物质细化均匀的装置。常见高压均质机主要由3部分组成:传动系统、柱塞泵、均质腔(均质阀)。通过传动系统提供动力源,高压往复泵与单向阀配合完成动力传递、物质运输,将液态物质或利用液体为载体的固体颗粒运输到均质腔(均质阀)。在均质腔(均质阀)里,液态物质或利用液体为载体的固体颗粒在高压(一般不低于20000psi,可高达60000psi)作用下产生强烈的碰撞、剪切和空穴效应,使物料在均质腔(均质阀)中发生细化和均匀混合等理化性质变化。

 

高压均质机分类:

按照动力来源可将均质机分为电动型、手动型、气动型等类型。

(1)电动型是用电机提供动力,通过曲轴使柱塞做往复运动,从而完成吸料加压工序。

(2)手动型是利用杠杆机构的原理对物料手动加压,该过程是非机械操作,受人为因素影响工作效率较低。但其具有方便拆装,可控性能高等优点,并且可以控制非常小的物料加工量,所以适合剂量较小的实验,减小实验误差。

(3)气动型是先产生一个高压气体,然后再将高压气体对液压油施压。一般选择液氮或者压缩空气作为气体介质,由于气体消耗量比较大,并且很难达到较高的均质压力,又缺乏独立的增压装置,所以气动型均质机体积较小。

美国DeBEE 2000电动型高压均质机.png

  图1(1). 美国DeBEE 2000电动型高压均质机

美国Genizer HG-1.0手动型高压均质机.jpg

图1(2). 美国Genizer HG-1.0手动型高压均质机

按照均质腔的结构可将均质机分为穴蚀喷嘴型、碰撞阀体型、Y 形交互型等类型。

(1)穴蚀喷嘴型结合了射流切割和航空航天领域中的气蚀喷嘴结构,均质阀工作压力非常高,物料经过直径细小的阀心时会产生非常高的动能,在均质腔内部产生激烈的碰撞与磨擦。

(2)碰撞阀体型结合了碰撞阀和碰撞环结构,减轻了局部磨损,使均质腔的使用寿命延长。因为碰撞阀体型均质腔仍然是利用物料与高硬度合金材料(如钨钢)碰撞,所以还需要解决由于高速碰撞而产生合金材料微小颗粒脱落的问题。

(3)Y 形交互型应用了对射流的原理,运用Y 形结构,使物料在高压作用下高速碰撞,这种结构在很大程度上降低了腔体的磨损,同时减少了合金材料颗粒脱落的发生几率。但是Y 形交互型均质腔对物料的粘度要求很高,处理粘度大的物料容易在均质腔内发生堵塞。

均质阀与Y型均质腔均质原理图.png

图2.均质阀与Y型均质腔均质原理图

高压均质机的应用举例

高压均质机主要应用于精细化工、乳剂制备、食品加工、药物生产、生物材料等领域。主要作用是缩短反应时间、提高混合液的均匀度和稳定性、消毒等。使用具体场景如:细胞破碎;纳米混悬液(纳米纤维素混悬液、药物缓释混悬液、注射剂等)制备;脂质体(脂微球、微乳);脂肪乳、乳品饮料;化妆品制备;MLCC(片式多层陶瓷电容器)、石墨烯等微电子、燃料电池等新材料制备;航空航天材料制备;染料加工等,该领域国内外市场规模超100亿¥。


常见进口高压均质机厂商与机型举例

均质阀型:意大利Gea Niro、德国APV、加拿大Avestin等

均质腔型:美国BEE、美国Genizer、美国微射流

均质阀型较适合部分食品、饮料等非高附加值产品加工;均质腔型具有更高的均质效能和稳定性,适用于叫珍贵样品实验或要求较高的制药和小纳米颗粒行业。

美国Genizer高压均质机-苏州微流纳米

图3. 美国Genizer高压均质机-苏州微流纳米

高压均质机行业展望(展望引自百度百科、搜狗百科)

随着我国制造技术的不断发展,已经有很多国产均质机应用在食品、化工等诸多行业。但是,自1986年中国生产第一批药用脂肪乳以来,医药行业使用的超高压匀质机几乎全部来源于进口。其中,最主要的原因就是国产高压均质机的核心部件高压均质腔无法达到行业所需的技术要求。

2010年美国食品与药物管理局(FDA)发布公告,在全美召回11批丁酸氯维地平注射用乳剂。召回原因为产品中可能含有惰性金属颗粒物质。如果这些颗粒发生聚集形成更大的颗粒,理论上将导致毛细血管血流减少,进而引发某些组织的机械性损伤,以及引起急性或慢性炎症反应。某些组织血供减少还可能引起脑、肾、肝脏、心脏、肺等器官缺血或功能不全。因此,在医药行业,不推荐使用第一代碰撞型均质设备。业界常见的碰撞型均质设备有APV, Niro, Avestin等早期产品和绝大多数国产机型,这些机型已不适合进行注射用乳剂的大规模生产。今后,国产高压均质机需要不断提高核心部件高压均质腔的制造技工艺,才可以在医药、半导体、微电子等高精尖领域得到更加广泛的应用。