新型超高压微型撞击流发生器制备微乳液的研究

化

工

机

械

2 0 1 3矩

新型超高压微型撞击流发生器制备微乳液的研究李光霁(上海应用技术学院机械工程学院 )

摘

要

提出一种集撞击流、超高压和微通道三者优势的新方法，超高压提供动力，颗粒在微通道中保

持能量集中，受剪切力的作用得到初步粉碎细化，从微通道喷出的两股高速流体相互撞击，颗粒被进一步粉碎、分散。根据新方法设计了超高压微通道撞击流发生器，从模拟、理论和实验 3个方面对结果进行了研究，成功制备了微纳米颗粒。 关键词微型通道超高压撞击流微纳米颗粒

中国分类号

T Q 0 5 1 . 6

文献标识码 A

文章编号

0 2 5 4 . 6 0 9 4 ( 2 0 1 3 ) 0 5 06 0 0 05

由于微纳米颗粒比表面积增大，改善了物质

过程中，摩擦产生的剪切力、挤压力和颗粒间的碰撞力使流体颗粒被细化。大量研究结果表明，撞击流技术大大强化了质量传递，相间传质系数比

宏观性能，使其更容易和其他物质相溶、吸收，产生了非常好的应用特性…,所以在酒类、化妆品、 食品以及生物医药等领域发挥着重要作用。 目前在颗粒细化研究中使用最多的方法是物理粉

传统装置提高十几倍甚至几十倍

。从撞击流

的基本原理可以看出，撞击效果与撞击时流体具有的动能成正比，动力源由超高压装置提供。为使颗粒达到纳米级别，撞击流技术必须要和超高

碎法，即借用各种外力 (如机械力、热能、声能、化学能以及电磁能等各种能量 )使固体块状物料粉碎成超细粉体，并随之研究出不同类型的新型粉碎设备，如各种研磨机、高压均质机、高剪切粉碎机及撞击流粉碎机等。由于食品和生物医药行业的产品要求严格，不能混入杂质，对物

压结合起来，在此基础上，将微型设备引入到超高压技术和撞击流粉碎技术之中，利用三者的优点， 设计出一种高效、耐磨的超高压微型撞击流发生器，完全在机械力的作用下细化颗粒，得到纯净的微纳米级别产品。

料粉碎细化方法的选择也提出了更高的要求。现有的机械粉碎方法存在着

较大的不足：各种研磨机(如球磨机、搅拌磨、振动磨 )都使用了研磨介质，使得产品不纯；气流粉碎机的能量利用率较低；高压均质机、高剪切粉碎机仅仅依靠剪切、摩擦及空穴效应等机理难以使颗粒达到亚微米级别。

1 超高压微型撞击流技术的原理

超高压微型撞击流技术是一种集成创新技术，它对颗粒破碎、分散作用的机理如下：

a .微型设备不仅强化了质量传递过程，也增加了流体与壁面的摩擦力和剪切力，在流经微管还未撞击之前就有相当一部分流体被粉碎、细化。微通道可以更大限度地保存高压能量，使能量高度集中不扩散，减小能量损失。b .在撞击的过程中，颗粒之间由碰撞、摩擦产生的冲击压力和剪切力使颗粒进一步被破碎和

撞击流技术 ( I m p i n g i n g S t r e a ms )是一种比较

新颖的技术方法，基本原理是流体通过特殊的喷嘴加速，形成高速射流，与从反方向射来的另一股流体以两倍的流体速度强烈撞击，在相互撞击的

国家自然科学基金资助项目( 5 1 2 0 5 2 5 7 )和上海应用技术学院引进人才科研启动基金资助项目( Y J 2 0 1 1— 1 9 )。 李光霁，女， 1 9 7 5年 4月生，讲师。上海市， 2 0 0 2 3 7。

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