高剪切分散机的应用及影响因素

高剪切分散机就是高效、快速、均匀地将一个相或多个相(液体、固体、气体)进入到另一互不相溶的连续相(通常液体)的过程。而在通常情况下各个相是互不相溶的。当外部能量输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，形成悬浮液（固/液），乳液（液体/液体）和泡沫（气体/液体）。从而使不相溶的固相、液相、气相在相应成熟工艺和适量添加剂的共同作用下，瞬间均匀精细的分散分散，经过高频的循环往复，最终得到稳定的高品质产品。

高剪切分散机由1-3个工作腔组成，在马达的高速驱动下，物料在转子与定子之间的狭窄间隙中高速运动，形成紊流，物料受到更强液力剪切、离心挤压、高速切割、撞击和研磨等综合作用，从而达到分散、分散、破碎的效果。被加工物料本身和物理性质和工作腔的数量以及控制物料在工作腔中停留的时间决定了粒径分布范围及均化、细化的效果和产量的大小。

分散分层是分散相在外力（重力或离心力）作用下，在连续相中上浮或下沉的结果。在忽略布朗运动效应的静态条件下，可用Stokes 定律来描述，即分散相球形颗粒由于重力的沉降速度 V 由下式确定：

式中

ρ_s -ρ为分散相与连续相的密度差，g 为重力加速度，d 为分散相颗粒直径，μ为连续相的粘度。如果分散相颗粒的密度比连续相密度大，颗粒下沉，速度 V 为正值，反之，颗粒上浮，速度为负值。沉降速度大，浆料就容易分层。如果要保持体系稳定，就必须降低沉降速度，对于特定的浆料可以通过减小分散相固体颗粒直径 d。因为只有当粒径减至连续相液体分子大小时，颗粒才能稳定、均匀地分散在液体中不发生分离。

通过以上的分析我们可以看出，要提高悬浮液的稳定性，分散相颗粒的粒径应尽量细小。但应该指出，根据前人所做的大量研究发现，随着颗粒粒度的减小，虽然颗粒由重力引起的分离作用变为次要的因素，但是由于颗粒之间的间距减小，颗粒之间的结合力（范德华力等）起到了重要决定性作用。另外，当颗粒直径小于某一细小尺寸时，此时，颗粒的布朗运动效应就不能忽略了，所以由于细小颗粒的布朗运动，而使得颗粒之间产生激烈地碰撞。若不加稳定剂，这些情况都会导致颗粒团聚，对体系的稳定是不利的。所以浆料的分散中，颗粒粒径并非越细越好，要视浆料的特性而定。分散就是要根据物料的特性与特点，减小分散相颗粒的粒度，使其分布于一个较窄的尺寸范围，并达到吸力与斥力的相互平衡，从而保证浆料体系的稳定。

影响高剪切分散结果的因素有以下几点

1 分散头的形式（批次式和连续式）（连续式比批次好）

2 分散头的剪切速率  （越大，效果越好）

3 分散头的齿形结构（分为初齿，中齿，细齿，超细齿，约细齿效果越好）

4  物料在分散墙体的停留时间，分散分散时间（可以看作同等的电机，流量越小，效果越好）

5 循环次数（越多，效果越好，到设备的期限，就不能再好）

线速度的计算

剪切速率的定义是两表面之间液体层的相对速率。

– 剪切速率 (s-1) =      v  速率 (m/s)   
               g 定-转子 间距 (m)

由上可知，剪切速率取决于以下因素：

– 转子的线速率

– 在这种请况下两表面间的距离为转子-定子 间距。
IKN 定-转子的间距范围为 0.2 ~ 0.4 mm  

 速率V=  3.14 X  D（转子直径）X 转速 RPM  /   60

   从上面看来,转速和分散头的精密程度决定分散效果

   超高速分散均质分散机的高的转速和剪切率对于获得超细微悬浮液是最重要的。根据一些行业特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基础上又开发出ERX2000超高速剪切分散机机。其剪切速率可以超过200.00 rpm，转子的速度可以达到66m/s。在该速度范围内，由剪切力所造成的湍流结合专门研制的电机可以。剪切力更强，乳液的粒经分布更窄。由于能量密度极高,无需其他辅助分散设备,可以达到普通的高压均质机的400BAR压力下的颗粒大小.

EDL2000系列管线式高剪切混合分散机，可产生粒径较大的但粒径分布范围较窄的乳液和悬浮液。它具有较高的剪切率,保证了混合液的稳定性。不同的工作头(定子+转子)适合不同的工艺和流体学要求。

2，ER2000系列管线式高剪切分散分散机

三级连续高剪切分散分散机，主要应用于处理大量乳液和生成超细悬乳液。由于同时用三个工作头(转子和定子)进行处理，可获得很窄的粒径分布,获得更小的液滴和颗粒（0.2-2微米），因而生成的混合液的稳定性更好。分散头容易更换,适合于各种不同的应用。

3，ERS2000系列高剪切分散机

高的转速和剪切率对于获得超细微悬浮液是最重要的。根据一些行业特殊要求，依肯公司在ER2000系列的基础上又开发出ERS2000超高速剪切均质分散机。其剪切速率可以超过100.00 rpm，转子的速度可以达到40m/s。在该速度范围内，由剪切力所造成的湍流结合专门研制的电机可以。剪切力更强，乳液的粒经分布更窄。由于能量密度极高,无需其他辅助分散设备。

5 ERX2000系列高剪切分散机

高的转速和剪切率对于获得超细微悬浮液是最重要的。根据一些行业特殊要求，依肯公司在ER2000系列的基础上又开发出ERS2000超高速剪切均质分散机。其剪切速率可以超过100.00 rpm，转子的速度可以达到40m/s。在该速度范围内，由剪切力所造成的湍流结合专门研制的电机可以使。剪切力更强，乳液的粒经分布更窄。由于能量密度极高,无需其他辅助分散设备。

4， LP2000/4中试型

 LP2000/4和PP2000/4中试型分散分散机专为实验研发，模拟工业管线式生产流程而设计，给工业化提供可靠的数据论证。LP2000/4和PP2000/4中试型分散分散机与大型工业管线式量产机型配置基本相同，各种工作头的种类及相应线速度亦相同，中试过程中的工艺参数在工业化后之后不用重新调整，从而将机器型号升级到工业化的过程中的风险降到最低。

该款机器在设计上的突出优点在于：

   1.  可更换式加工模块，实现分散、均质、乳化、悬浮、湿磨、 粉液混合混合等多种功能。

   2.  专为实验室模拟工业管线式生产而设计，从中试到生产，无需重新调整工艺参数 。

   3.  密封油机械密封，可以实现连续24小时不间断云装。

   4.  可配置变频控制柜，调节转速及流量 。

   5  拆卸方便，容易清洗。

6 设备设计合理，方便实用。 

7 

LP2000/4为高剪切分散分散机的技术参数：功率2.2KW,转速0-14000rpm,线速度 0-40m/s,电压380V,机器产量为 0– 1000 升/小时（水），重量35KG,尺寸 (长宽高）(450X250X350)MM，LP使用轴封（PTFE 环），在正常的情况下，一般轴封可以使用3000-4000次。LP不能24小时连续使用，一般最多可以使用连续半个小时，这要依据料液的温度和转速而定。LP也可以通过变换模块，可以实现多功能多用途。是中试生产的最佳选择。                         

   PP2000/4为高剪切分散分散机的技术参数：功率2.2KW,转速0-14000rpm,线速度 0-40m/s，电压380V,机器产量为 0– 1000 升/小时（水），重量45KG, 尺寸 (长宽高）((450X250X350)MMPP使用双机械密封，可24小时不停机连续生产，并通冷媒对密封部分进行冷却。通过变换模块，可以实现多功能多用途。机械密封和机械设计符合3A健康标准，是中试和小批量生产的最佳选择。  

分散头（一套转子和定子）

为了确保设备符合各种应用的需要，依肯公司为所有的设备都配备了一系列的可选择的定子和转子（分散头）。不同的分散头设计都很好满足了不同耗能水平的需要。此外，分散头的设计也很好地满足不同粘度的物质以及颗粒粒径的需要。在线式的定子和转子（分散头）和批次式机器的工作头设计的不同主要是因为在对输送性的要求方面，而在线式机器对输送的要求则比较低。
特别要引起注意的是：在粗精度、中等精度、细精度和其他一些工作头类型之间的区别不光是指定转子齿的排列，还有一个很重要的区别是不同工作头的几何学特征不一样。狭槽数、狭槽宽度以及其他几何学特征都能改变定子和转子工作头的不同功能。
根据以往的惯例，依据以前的经验指定工作头来满足一个具体的应用。在大多数情况下，机器的构造是和具体应用相匹配的，因而它对制造出最终产品是很重要。当不确定一种工作头的构造是否满足预期的应用时。我们建议最好在实验室里进行一次实验或者测试。依肯公司鼓励顾客能够使用我们的设备，并且我们有一整套的测试实验系统以便帮助顾客为您选型。

批次（分散头） 不同的组合及不同的应用

管线式分散头

定转子（分散分散头）技术

                                            
  2P转子（粗精度）                                     2G 定子（粗精度）

粗精度的工作头可以满足中剪切的混合、均质工艺过程。它是由粗精度定子与泵叶式转子（2P）相组成：一个粗精度的定子在使用时通常是和一个特定的转子配套的，转子可以提供很高的产量，这就是所谓的“P”。和其他形式的工作头相比，这种定转子组合成的分散头将产量提高了4倍，它所产生的剪切力在中等水平，并且能产生泵的那种抽吸效应。这种工作头可以在泵的位置替代泵使用，或者可以辅助泵来增加流量，同时也可以用于辅助多级机器输送高粘度流体。
                                              
2G转子（粗精度）                                        2G 定子（粗精度）
粗精度（2G）分散头：主要用于挤压、切碎、消溶和粗精度破碎。尤其适合于粗颗粒悬浮之前的预粉碎以及树脂的切碎和挤压操作。

                                           
4M转子（中精度）                                       4M 定子（中精度）
中等精度（4M）分散头：主要用于挤压、颜料分散、加快溶解和良好的破碎。这种分散头在分散和悬浮生产中应用的比较普遍，特别是颜料工艺领域，一般用在低粘度范围的生产中较多。

                                     
6F转子（细精度）                                        6F定子（高精度）
高精度（6F）均质头：主要用于挤压、催化、加快溶解以及要求比较高精度的粉碎。特别适合于微分散和悬浮，经常应用在洗液、面霜等领域，主要针对低粘度范围的物料，也可以和一个喂料泵相连。

8SF 转子（特高精度）                            8SF 定子（特高精度）  

特高精度（8SF）均质头：主要用于挤压、催化、加快溶解以及要求特高精度的粉碎。特别适合于微分散和精细悬浮，可以使粒径范围小到纳米级。剪切力更强，乳液的粒经分布更窄。特别应用于:疫苗，细胞破碎，胶体溶液，金属氧化物悬浮液，墨水，印刷涂料，色素混合等等。主要针对低粘度范围的物料，也可以和一个喂料泵相连。