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超高壓微射流納米均質機-壓力更強效果升級款

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什么是動態超高壓微射流?

    為什么動態超高壓微射流均質機比傳統高壓均質機均質效果更好?


       動態超高壓微射流技術(dynamic high pressure microfluidization,DHPM),是一種先進的高壓加工技術, 它以超高壓理論、流體力學理論、撞擊流理論為基礎, 集輸送、混合、超微粉碎、加壓、膨化等多種單元操作于一體, 能對流體混合物料進行強烈剪切、高速撞擊、壓力瞬時釋放、高頻振蕩、膨爆和氣穴等一系列的綜合作用, 從而起到很好的超微化、微乳化和均一化效果。動態超高壓技術代表著一種重要的創新因為它能被用于改變乳狀液或生物高聚物, 并且能應用在工業生產上。


動態超高壓微射流技術應用原理


      動態超高壓微射流是一種特殊形式的超高壓均質技術,動態超高壓微射流均質機是在動態超高壓微射流技術基礎上發展起來的,以實現物料的乳化、均質為主要目的一種技術裝備。動態超高壓微射流均質機主要是由液壓泵和撞擊腔所組成。它利用液壓泵所產生的高壓,使撞擊腔內的流體被分散成兩股或更多股細流,并在極小空間內進行強烈的高速撞擊。在撞擊的過程中瞬間轉化其大部分能量,產生巨大的壓力降,從而使得液體顆粒高度破碎。它是集輸送、混合、超微粉碎、加壓、加溫、膨化等多種單元操作于一體的一門全新技術。主要適用于流體混合物料液一液相或液一固相的剪切、破碎、均質和膨化。在這種均質過程中, 劇烈的處理條件如液體高速撞擊、高剪切、空穴爆炸、高速振蕩等作用可能會導致大分子結構的變化, 從而引起物料的物理性質的變化。


1.微射流均質腔均質原理


物料通過柱塞泵吸入,在柱塞和單向閥共同作用下進入微射流均質腔,物料經過特殊孔徑的微射流腔體,產生超高壓破碎效應。在介質選定的情況下,轉速越大,流速越大,均質壓力高   

2.微射流均質腔的原理


由于高壓均質腔的內部具有特別設計的幾何形狀,因此在增壓機構的作用下,高壓溶液快速的通過均質腔,物料會同時受到高速剪切,高速撞擊,空穴現象以及對流撞擊等機械力作用和相應的熱效應,由此引發的機械力學效應可誘導物料大分子的物理、化學及結構性質發生變化,最終達到均質的效果。

 

3.微射流型號參數




實驗室專用型(適合:生物,醫藥,食品,化工,納米懸浮液。。。等行業)

   技術性能


設計壓力0-3500bar(350Mpa/50750psi)
工作壓力03000bar(300MPa/43500psi)
工作流量2.6L/h
最小處理量:5ml
最大進料粒徑≤300um
最大進料黏度≤2000cp
最高工作溫度≤ 90℃

均質樣品溫度可控制 ≤ 410℃

均質閥組件為100%人造金剛石材質,耐壓,耐磨
泵體為分體式設計,易拆卸,易清洗
整機為GMP設計,可在線進行SIP/CIP操作
具有超高壓設計,壓力可達3500bar/50750psi
高壓微射流均質閥設計,氧化鋯高耐磨材質閥組件
數字式壓力顯示,精確到1 bar

在線排空,內部可達到零殘留,不消耗物料

物料可在高壓下暫停,走空,斷料后自動關機。
動力端配置大功率電機,保證高壓下穩定工作
特殊進料閥設計,無需排氣,可直接進料
物料殘留量為零,特別適合原輔料昂貴的產品研發
整機擁有專利知識產權保護
通過歐盟CE機械安全認證

★ PLC自動化智能控制系統,配有數據USB接口,可實時監控曲線圖。

     特點:

  1、關機不用刻意旋動手柄泄壓,本設備內部自動泄壓。

  2、整機使用液壓系統作動力,高壓穩定。

  3、整機采用高壓金屬密封為主,無泄漏,工作時間長。

  4、高壓下可暫停,走空,加入物料后無需排氣,可正常工作。

  4、物料走空后可自動關機,安全保證。

  5、可實時監控,拷貝曲線圖。

  6、均質過程易產生高熱量的部件全程處于低溫冷媒控制中(4-10度之間)。

  7、可24小時高壓開機工作。

  8、PLC自動預設調壓,無需手動加壓。

微射流是在超高壓(310MPa)的壓力作用下,經過孔徑很微小的閥心,產生幾倍音速流體,從而達到分散,均質,乳化,納米顆粒等等。

 

工作原理: 物料流經單向閥后,在高壓腔泵里加壓。通過微米級的噴嘴,以亞音速撞擊在乳化腔上,同時通過強烈的空穴,剪切效應,得到足夠小而均一的粒徑分布。   產品優勢: 電液傳動,在保證安全性的同時,獨特的腔體構造,使均質壓力最高可達3100bar,有效解決顆粒的納米級分散; 并可循環均質。 噴嘴核心材料為金剛石,同時采用金屬錐面密封,在承受超高壓力的同時,保證密封性,延長使用壽命。   主要應用: 脂肪乳、脂質體、納米混懸液的制備; 細胞內物質的提?。毎扑椋?; 食品、化妝品的均質乳化; 新能源產品(石墨烯電池導電漿料、太陽能漿料)   

 

     概述


    微射流特指不需要額外的流源,射流的形成直接來源于周圍流體。該項技術最早于20世紀70年代提出,但直到90年代才得到充分研究。微射流的形成主要有兩種形式,一種是由僅在一個側面上開有微小孔的封閉腔體形成射流作動器,工作時開孔相對的側面產生振動,外界流體便會經由開孔不斷進入、排出腔體,形成微射流;另一種為直接將振動膜片放入環境流體之中,膜片振動時只要其振幅足夠大,也會沿膜片法線方向形成射流。兩種形式中,振動的產生又可分為電磁機械式、靜電式和壓電式。 


     微射流作動器原理


    GlezerA等人研制成功的微射流作動器及其形成的微射流流場示意圖。


    整個作動器的結構尺寸很小,它采用微電子制造技術,在硅基或其他材料上整體加工而成。作動器腔體深度僅為幾十微米,射流出入口處長度為幾百微米,開孔平面為0.5mm寬×75mm長的窄縫。腔體的金屬振動薄膜由圓狀壓電陶瓷片驅動。作動器開始工作時,在其上加上周期性變化的電壓信號,壓電陶瓷片就驅動腔體金屬薄膜產生振動。以作動器在空氣中工作為例,當薄膜沿x反向振動時,腔體內氣體壓強降低,外界氣體經開孔進入腔體;當薄膜沿x正向振動時,腔體內氣體受到壓縮,又會經由開孔排出腔體。在此過程中,開孔處氣流受到強烈的剪切作用,因而在出口銳緣處發生分離(流動由貼體進入腔體轉向為流向環境),進而卷起形成兩列旋渦;而旋渦一經形成,就會向下游遷移。在遷移過程中,旋渦對的能量不斷耗散,其相干結構逐漸消失,最終演化為散亂的湍流流動,直至與環境氣體融為一體。周期性的薄膜振動不斷產生旋渦對,并重復演化過程,從而形成微射流。微射流在x-y平面上的速度分布如圖1上方的曲線所示。在旋渦對經過的途中,會伴隨產生一流動壓強降低的區域(卷吸場)。 


    微射流作動器及其形成的微射流流場的特點


    a.微射流作動器結構微小,質量也很小,因而具有很廣的用途。但其加工要涉及微電子制造技術,常規機械制造無法完成。

    b.與常規的連續射流相比,微射流是有間隔的流動。它的凈質量流率為零,動量不為零。其實質是旋渦對的生成、遷移和耗散。只是由于這一系列過程進行的頻率很高,宏觀表現類似于常規射流而已。

    c.微射流流動中伴隨有卷吸場產生,這也是其不同于常規射流的特征所在。

    d.微射流的能量水平(旋渦對強度)不僅取決于金屬薄膜振動所消耗的電能功率,而且還與驅動信號的頻率及作動器腔體的結構設計等有關,因此有可能消耗極少量的電能功率來獲得很強的微射流強度。


    微射流之間的相互作用


    形成零凈質量流率微射流時,在作動器出口附近會產生強烈的卷吸場,這一點可從兩相鄰的微射流相互作用看出圖2。其中兩射流雷諾數均為Re=300,正弦電壓信號的驅動頻率為600Hz,相鄰兩射流驅動信號的相位差為θ。圖2a中,θ=70°,兩射流同相,相互作用的結果是兩股射流合成為沿x方向加寬的一股。圖2b中θ=70°。這樣,當一個射流作動器處于排氣過程時,另一個尚處于吸氣過程;排氣過程受吸氣過程影響,結果是相位落后的射流發生偏離,流向相位超前的一側。圖2c中θ=130°,兩射流的相互作用更為明顯,相位落后的射流幾乎貼著作動器表面流向相位超前的一方。


    微射流技術的應用


    氣動力控制


    微射流技術在氣動力控制上的應用結果之一是可提高模型的升阻比。MichaelAmitay等人對2D圓柱體的氣動力性能調節進行了全面實驗研究。實驗在風洞中進行。風洞截面尺寸為0.91m×0.91m;氣流雷諾數Re=3×1041.3×105;流動最大速度為32m/s。實驗模型表面放置零凈質量流率的微射流作動器。實驗中微射流產生的低壓回流區形成一“虛擬面”,使附近的流線偏離未受擾動的邊界層,從而使作動器前后模型表面的壓強系數顯著降低。若在周向放置多個微射流作動器,則使得模型的升力系數提高,阻力系數降低。


    氣流在薄翼上的分離與再附


    應用微射流技術還可改善翼型的失速性能。還是AmitayM等人利用微射流技術對氣流在薄翼鈍頭體上的分離與再附進行了實驗研究。薄翼上安放有兩個微射流作動器,其出口寬度為0.5mm,兩者相距2.5mm。實驗結果顯示,不使用微射流作動器,當薄翼攻角超過5°時,流動就會分離。而使用微射流作動器對氣流進行控制后,在17.5°攻角范圍內,氣流完全是附面的,部分地方達到25°附面臨界角。由于氣流附面區域擴大,使得薄翼的升力提高、壓差阻力下降,而且通過控制氣流分離點位置,薄翼的失速性能變得更好。


        SeifertA等人還在飛行馬赫數下,采用微射流技術,對推遲氣流在機翼上的分離點位置進行了實驗研究。實驗中微射流作動器工作頻率為800Hz。結果顯示,在低馬赫數下(可認為氣流不可壓縮),機翼最大升力系數可提高15%,失速后升力最大可提高50%,阻力降低50%,而且機翼尾跡區氣流變得較為平穩。在高馬赫數條件下(必須考慮氣流的可壓縮性),機翼性能的變化非常復雜。由于微射流的存在,機翼邊界層內氣流加速,分離點位置退移,這是有利的一面,但對于高速可壓縮流微射流的控制效果不理想。對于跨音速流動,雖然微射流對提高機翼升力不明顯,但可顯著緩和其顫震現象。 


    增強混合


    大量微尺度的微射流旋渦元與射流相互作用還可增強主流的混合。DavisSA等人利用微射流技術對增強噴液射流(主流)的混合過程進行了實驗研究。實驗中噴液孔直徑為25.4mm,出口速度為11.4m/s,雷諾數為ReD=19000。噴液孔周圍放置9個微射流作動器,微射流流動方向可調整為平行或垂直噴液孔軸線。微射流作動器開口寬度0.5mm×9mm,工作頻率為1.2kHz,微射流出口速度為11m/s。實驗結果顯示,正是因為微射流作動器的作用,在同樣下游位置處,主流剪切邊界層沿徑向擴展加速;與此同時,沿軸線的流動速度減慢,并且主流近場處的徑向波動速度增加了將近10倍;主流較遠的下游位置處,徑向波動速度減小至低于主流未受控的程度。幾方面原因都使得主流的混合程度加強。


    控制換熱


    微射流技術還可應用于冷卻之目的并取得顯著效果。MarkGillespie研究了使用微射流技術對微電子集成電路進行對流冷卻的問題。結果顯示,周期性變化的吸入/排出微射流流場顯著增強了元器件的冷卻效果。在元器件表面溫度為100℃時,自然對流散熱功率僅為2W,而使用微射流作動器后,最大功率可達17W。與常規的采用連續射流的散熱方式相比,兩者消耗同樣的能量水平,微射流作動器可增強散熱功率200%。鑒于微電子工業領域在元器件生產向小型、微型化發展的同時,其表面的發熱熱流率變得越來越劇烈,因而微射流技術在此方面的應用具有廣闊的前景。


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