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高压均质机阅读:750

高压均质机也称“高压流体纳米匀质机”,它可以使悬浊液状态的物料在超高压(最高可达60000psi)作用下,高速流过具有特殊内部结构的容腔(高压均质腔),使物料发生物理、化学、结构性质等一系列变化,最终达到均质的效果。

选择方法

  均质原理选择
  高压均质腔是高压均质机的核心部件,是决定均质效果的主要因素。不同内部结构的高压均质腔,其使用范围和均质效果都不尽相同。具体比较和选择可参见以下表格。

表1均质腔的性能比较

均质腔参数

参数介绍

第一代

第二代

图A和图B

图C

(碰撞型)

(对射型)

efficiency

总效能-均质的整体效果

? 效能一般

+ 效能较高

Multi-Channel

多通道-有利于工艺放大

? 不利放大

+ 可以放大

No Angle

无转角-利于高粘度降低阻塞

+ 不易阻塞

? 易阻塞

Multi-Stage

多级别-用于增强效能

+ 可两级均质

? 只有一级

Adjustable

可调节-用于优化效能

+ 可调节

? 固定式

表2 均质腔的选择指南

类型

优点

缺点

Y形交互型 (图C)

适用于低粘度医药乳剂的生产

不适用于高粘度溶液或悬浊液

碰撞阀体型(图B)

对浓度要求在A、C之间

不建议应用于生产医药乳剂

穴蚀喷嘴型(图A)

适用于高粘度溶液和悬浊液

不可应用于生产医药乳剂


  一般而言,使用第一代均质腔的设备价格较低,但均质性能不如第二代。使用第二代均质腔的设备,对乳剂的均质效果优良,但处理高浓度、高粘度物料时,较第一代产品更易阻塞,且价格相对较高。所以最终的选择应当根据产品需求和整体性价比来进行确定。
  最高均质压力
  一般情况下,均质压力越高越好。首先,均质压力越高,均质后的物料粒径将越小越均匀。这就使设备的效率更高,可以通过更少的循环次数达到期望的效果;其次,均质压力越高,可以处理的物料种类越多。例如,某些液体乳剂只需要在20000psi就可以均质到100nm以下,而某些含有较高密度固体颗粒的混悬液,则至少要26,000psi以上的压力下才能处理到纳米级。
  但同时需要注意的是均质压力越高,发热量则越大,高温会影响物料的均质效果。所以,一般在没有降温措施的情况下,30000psi是超高压匀质的最高压力。
  均质效果检测
  均质后的物料,在达到所需粒径的同时,其粒径的分布应具有集中性,不应出现粒径大小从几十个纳米到几微米分布相当的情况,其中均质后物料大颗粒的含量尤其需要注意。例如美国药典中就对医药乳剂中的大颗粒分布做出了明确的规定。
  对物料均质后的效果,最好选择适宜的粒度仪进行检测。如医药行业乳剂的检测,美国药典中明确规定了要采用light obscurationor light extinction employs single-particleoptical sizing PSS(Particle Sizing Systems)测量系统的Extinction法来测定乳剂中大粒径物料的分布。所以不同行业的用户应根据各自行业的标准,选择相应的粒径测定仪进行检测。

分类

  从增压动力来源上:
  电动型
  电动型以电机作为动力,向下又细分为机械型和液压型。
  机械型:电机带动曲轴使柱塞往复运动,直接对物料进行增压。通过多组柱塞提供连续的压力,均质压力较高,产量大,但物料最小量较大,同时电机带动曲轴需要有多级减速机构,使设备效能一般且体积较大。适合用于大型生产。
  液压型:电机带动油泵,通过液压系统对物料进行增压。液压系统可提供更高的压力,设备效能较高,体积相对较小,并且物料最小量更小。可同时适用于试验和生产。
  手动型
  通过手动杠杆机构对物料进行增压。由于是手动增压所以产能较低,但其具有拆装快捷,可随身携带的优势,同时需要的物料最小量很小,非常适用于进行小量试验,可以充分满足实验室的研发需求。
  气动型将压缩气体的压力转化为液压。设备需要氮气瓶或压缩空气机的支持,气体的消耗量很大,并且最高均质压力普遍较低,但是由于没有单独的增压机构,所以体积较小,适合配备有空气压缩机的场所使用。
  从均质腔结构原理上:
  第一代 碰撞型
  A.穴蚀喷嘴型——直接引用了高压切割和航空航天推进技术中的气蚀喷嘴结构,但是由于在超高压的作用下,物料溶液经过孔径很微小的阀心时会产生几倍音速的速度,并与阀心内部结构发生激烈的磨擦与碰撞,因此其使用寿命较短,并伴随有金属微粒残落。
  B.碰撞阀体型——通过碰撞阀(Impact valve)和碰撞环(Impactring)结构的引入,降低了局部磨损,延长了均质腔的使用寿命。但是由于其根本原理上还是通过溶液中的物料和高硬度金属(如钨合金)结构碰撞,所以金属微粒的磨损残落问题没有彻底解决,并且截止到2013年,绝大多数的国产高压均质机都使用了这种结构。
  第二代 对射型
  C.Y形交互型——根本的区别在于其应用了对射流的原理。利用特有的Y形结构,使高压溶液中高速运动的物料自相碰撞,大大提高了腔体的使用寿命,并解决了金属微粒残落的问题。
  第一代碰撞型均质腔在生产医用注射液时,残落的惰性金属颗粒有可能发生聚集或形成更大颗粒。从病理学角度看,将导致毛细血管血流减少,进而引发人体内组织的机械性损伤,以及引起急性或慢性炎症反应。对射型均质腔的诞生从原理上解决了惰性金属残落的问题。但是由于内部结构原因,当物料的浓度和粘度较大时,第二代对射型较第一代更易发生阻塞。

应用

  高压匀质机是应用纳米技术工艺制备纳米材料最有效的生产设备之一,其应用领域非常广泛,全球具有近百亿人民币的市场需求量。
  ● 制药行业中制备脂肪粒、微乳、脂质体、混悬剂和微胶囊等;
  ● 生物工程产品的细胞破碎、胞内外物质的提取和均质;
  ● 食品和饮料工业产品的均质和乳化,提高产品稳定性;
  ● 化妆品、精细化工等行业产品的均质分散;
  ● 导电浆料、电阻浆料的生产和制备。

原理

  高压均质机主要由高压均质腔和增压机构构成。高压均质腔的内部具有特别设计的几何形状,在增压机构的作用下,高压溶液快速的通过均质腔,物料会同时受到高速剪切、高频震荡、空穴现象和对流撞击等机械力作用和相应的热效应,由此引发的机械力及化学效应可诱导物料大分子的物理、化学及结构性质发生变化,最终达到均质的效果。
  因此,高压均质腔是设备的核心部件,其内部的特有的几何结构是决定均质效果的主要因素。而增压机构为流体物料高速通过均质腔提供了所需的压力,压力的高低和稳定性也会在一定程度上影响产品的质量。

简介

  “高压流体纳米匀质机”主要用于生物、医药、食品、化工等行业,进行细胞破碎、饮品均质、精细化工,制备脂质体、脂肪乳、纳米混悬剂、微乳、脂微球、乳剂、乳品、大输液、染料、太阳能板涂层以及导电涂层等产品,该领域国际市场规模超过100亿元。其中,医药乳剂的生产必须采用超高压均质机(压力至少在20000psi以上),国内医药行业使用的高压均质机几乎完全依赖于进口

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