什么是高剪切均质混合器

介绍

在本文中，您将了解高剪切混合器。本综合指南为您提供以下内容：

• 什么是高剪切混合器？

• 高剪切混合器工作原理

• 达到平衡混合

• 与高压均质机的比较

• 高剪切混合器的应用

第 1 章：什么是高剪切混合器？

高剪切混合器，也称为高剪切反应器 (HSR)、转子-定子混合器和高剪切均化器，用于乳化、均化、分散、研磨和/或溶解具有相同或不同相组分的不混溶混合物。这些机器具有转子尖端速度高、剪切速率高、局部能量耗散率高、功耗比普通混合器高的特点。

混合组分的剪切力由混合器的旋转部件和静止部件的相对运动产生。固定部件是罐或腔室的壁，在某些设计中是挡板和叶片。

高剪切均质机混合器通常用于混合不同组分或成分的制造业，例如食品制造、药品、化妆品、塑料等。高剪切混合器的原理也可以在用于帮助反应过程的化学和石化工厂中看到。

第二章：工作原理

流体是可以自由流动且不受任何表面效应束缚或限制的任何液态或气态物质。对流体行为的研究称为流体力学。流体，如固体，可以承受力、应力或压力。流动的流体会受到剪切应力，这是高剪切混合器的驱动原理。

流体中的剪切应力主要是由流体分子之间由于粘度引起的摩擦引起的。流体和移动体之间的摩擦也会产生剪切应力。

请注意，在表面，运动体和直接接触的流体分子具有相同的速度。这被称为无滑移条件。分子间力作用于流体分子和身体表面（称为边界层）之间，产生吸引力。还可以注意到，一旦达到稳定状态，速度曲线就是线性的。移动不再有加速度，因此不再有力使流体变形或剪切。运动通过流体的每一层传递，然后被其粘度抵消。当流体在这些层上均匀流动而没有任何中断时，就会发生层流。添加不同的物体以引起作用在不同方向的剪切力会破坏这种流动。这种类型的流动，称为湍流，是混乱的，导致跨流体层的质量传递。跨流体层的不均匀流动也会导致质量传递。这可有效分解悬浮在混合物中的液滴，从而导致组分的乳化、分散和均质化。高剪切混合器通常有两个主要部分：转子和定子。该组件称为混合头或发生器。转子对流体进行切向加速，但由于流体的惯性，它并没有完全与转子一起流动。流体流向剪切间隙或转子尖端和定子之间的区域。在剪切间隙内，存在高速差和湍流流体流动，产生高剪切速率。

转子和定子轮廓、它们相对于彼此的配置以及其他特征（例如孔和槽）都有助于根据应用产生所需的流体流动。

以下是高剪切混合器执行的一些过程。

• 乳液均质化

  这要求液滴尺寸均匀，完全分布以形成具有一个连续相的混合物。液滴形式的液体处于分散相，而液滴悬浮的液体是连续相。在乳液中，分散相和连续相之间发生自然分离。这在油和水等不混溶的液体中尤为明显。油是非极性的，因此它们不会被水分子吸引。此外，油通常比水轻，使它们能够漂浮在表面上。由于这些特性，油往往会与水自然分离。高剪切混合器的目的是在自然分离发生之前连续分解这些液滴。

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• 另一种类型的乳液是一种可混溶的液-液混合物，但具有不同的粘度。将低粘度液滴添加到高粘度溶剂中需要更多的混合时间和受控的组分添加速率。

• 悬浮均质化

  悬浮混合物具有大到足以沉降的固体颗粒，它们不能完全溶解在混合物中。目的与乳液均化相同，将大的固体颗粒分解成较小的颗粒，同时将其均匀分散到介质中。

  这一过程中的一个问题是难以润湿固体颗粒。这些固体颗粒倾向于在溶剂表面形成。这是由于液体的表面张力和颗粒的疏水性。这将在在线高剪切混合器主题中进一步讨论

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粒度减小

在该应用中，固体或半固体材料在溶液或细悬浮液中被研磨成更细的颗粒。尺寸减小取决于产品的硬度。

造粒

这涉及将固体产品与粘合剂或造粒液体混合。当粉末和粘合剂混合时，混合物连续成型，产生高密度颗粒。

大多数制造商宣传他们的设备能够完成所有这些功能。这是部分正确的；任何混合器都可以做到这些，但效率很低。高剪切混合器经过精心设计，考虑了分散颗粒的相、流体粘度、所需的粒径等。