超高壓微射流納米均質機(ji)

型號：BY-398MPA

設(she)備簡介：

溫州(zhou)濱一機械(xie)科(ke)技(ji)有(you)限公司是專業(ye)生(sheng)產超高壓殺菌(jun)設備，主要應用于食品(pin)(pin)、飲料、醫藥、生(sheng)物(wu)技(ji)術、化妝品(pin)(pin)、石墨(mo)烯等(deng)材料領域。該設備在國內許(xu)多杰出企業、大學(xue)以及研究院已(yi)得到廣泛應(ying)用。

溫州濱一機械科技有限(xian)公司克服原來材料(liao)上的瓶(ping)頸，制(zhi)造(zao)了目前國(guo)內比較高的壓力微射流設備，最高壓力達到500mpa，給做研究高科技工(gong)作者施展更好的(de)空(kong)間。

超高壓微射流納米均質機，BY-398MPA，就是通過(guo)增壓(ya)泵把液體輸送到容器里增壓(ya)到設(she)定的壓(ya)力，瞬(shun)間泄放經(jing)過(guo)金剛(gang)石均質(zhi)腔物料以極(ji)高的流(liu)速（1200-1800米/秒）噴出，碰撞在反(fan)方(fang)向的物(wu)料(liao)，產生(sheng)三(san)種(zhong)效(xiao)(xiao)果①空穴效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)②撞擊效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)③剪切效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)。經(jing)過這三(san)種(zhong)效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)處理后，物(wu)料(liao)粒徑可均(jun)勻細化(hua)到100nm以下，細胞破碎率大于95%。

技(ji)術參數：

實(shi)驗(yan)中試型（可選取金剛石均質腔(qiang)，0.05-0.1mm）

工作壓(ya)力：0-500mpa（72500PSI）

工作(zuo)流量16-36L/N

最小處(chu)理量(liang) 100ml

最(zui)大進料物顆(ke)粒 300um

最大(da)進料粘(zhan)度(du)≤2000cps

均(jun)質溫度可控制6-90℃

電源(yuan)使(shi)用380V/50HZ 7.5KW

該設備接觸物(wu)料的材質(zhi)都是經FDA &GMP認(ren)可，以316L和17-4特殊含金(jin)鋼、超高(gao)分(fen)子聚乙烯和PEEK等(deng)，支(zhi)持CIP。

液(ye)壓動力傳輸(shu)，結(jie)構經久耐(nai)用，系統異常急停按鈕。

PLC自動控制(zhi)系(xi)統(tong)。

特(te)點：

整機使(shi)用液壓系統，高壓穩(wen)定。

本設備采用高壓金屬(shu)密封(feng)為主，無泄漏，工作時間長。高壓下暫停，走空，加入(ru)物料無需排氣，即可正常工作。物料走空后可自動關機(ji)，安全保證(zheng)。

實驗室專用(yong)型（適合：生(sheng)物，醫藥(yao)，食品，化(hua)工，納米懸浮液。。。等行業）
技術性能

★ 設計壓(ya)力0-5000bar(500Mpa/77500psi)
★ 工作(zuo)壓(ya)力(li)0～4500bar(450MPa/65250psi)
★ 工作流量60L/h
★ 最小處理量：50ml
★ 最大進料粒徑≤300um
★ 最(zui)大(da)進料黏度(du)≤2000cp
★ 最高工作溫(wen)度≤ 90℃

★ 均質樣(yang)品溫度可控(kong)制 ≤ 4～10℃

★ 均質閥組件為100%人(ren)造金剛石材質，耐壓，耐磨
★ 泵體為分體式設計，易拆卸(xie)，易清(qing)洗
★ 整機為GMP設計，可(ke)在線進行(xing)SIP/CIP操作
★ 具有(you)超高壓(ya)設(she)計，壓(ya)力可達4500bar/65250psi
★ 高壓微射流均質閥設(she)計，氧化鋯高耐磨材(cai)質閥組件(jian)
★ 數字式壓力顯示，精(jing)確到(dao)1 bar

★ 在(zai)線排空，內部可達到零殘(can)留，不消耗物料

★ 物料可在高(gao)壓(ya)下暫停，走空，斷料后自動關機。
★ 動力端配置大(da)功率電機，保證高壓下(xia)穩定(ding)工作(zuo)
★ 特殊進料(liao)閥(fa)設(she)計，無需排氣(qi)，可(ke)直接進料(liao)
★ 物(wu)料(liao)(liao)殘留量(liang)為零(ling)，特別適合(he)原輔料(liao)(liao)昂貴(gui)的產品研發

★ PLC自(zi)動(dong)化智能控(kong)制系(xi)統，配有數(shu)據(ju)USB接(jie)口,可實(shi)時監控曲線圖。

特(te)點：

1、關機不用(yong)刻意旋動手(shou)柄(bing)泄壓(ya)，本設備內部自動泄壓(ya)。

   2、整機使用液壓(ya)系統(tong)作(zuo)動力，高(gao)壓(ya)穩定。

   3、整機采(cai)用高壓金屬密封為(wei)主，無(wu)泄漏，工作時間(jian)長。

   4、高壓下(xia)可暫停，走空(kong)，加入物料后無需(xu)排氣，可正(zheng)常工作。

   4、物料走空后可自動關(guan)機，安全保證(zheng)。

   5、可實時監(jian)控，拷貝曲線圖。

   6、均質過程(cheng)易產(chan)生高熱(re)量(liang)的部件全程(cheng)處于低溫冷媒控(kong)制中（4-10度之間）。

   7、可24小時高壓(ya)開機工作。

   8、PLC自動預設(she)調壓，無需手動加壓。

微射流(liu)是在超高壓(310MPa)的(de)壓力作用下(xia)，經過孔徑很微(wei)小的(de)閥心，產生幾倍(bei)音(yin)速的流體，從而達(da)到分散，均質，乳化，納米顆粒等等。

工作原(yuan)理：物料流經(jing)單向閥后，在高壓腔泵里加壓。通(tong)過微(wei)米級的(de)噴(pen)嘴，以亞音速撞擊在乳化腔上，同(tong)時通(tong)過強烈的(de)空穴，剪切(qie)效應，得到足(zu)夠小而均一的(de)粒徑(jing)分布(bu)。   產品(pin)優勢： 電液傳動，在保證安(an)全性(xing)的同時(shi)，獨特的腔體構造，使均質壓力(li)最高可達3100bar，有效解決顆粒(li)的納(na)米級分散； 并可循環(huan)均質。 噴嘴核心材料為金(jin)(jin)剛石，同時采(cai)用金(jin)(jin)屬錐面密封(feng)，在承(cheng)受超高(gao)壓力的同時，保證密封(feng)性，延(yan)長(chang)使(shi)用壽(shou)命(ming)。    主要應用： 脂肪乳、脂質(zhi)體、納米混懸液的(de)制備； 細胞內(nei)物質(zhi)的(de)提取（細胞破(po)碎）； 食品、化(hua)妝品的(de)均質(zhi)乳化(hua)； 新能源產品（石墨(mo)烯電池導(dao)電漿料、太陽能漿料）   

概述(shu)

微(wei)射流(liu)(liu)特指(zhi)不(bu)需要額外的流(liu)(liu)源(yuan)，射流(liu)(liu)的形成(cheng)直接來源(yuan)于(yu)周圍(wei)流(liu)(liu)體。該(gai)項技術最早于(yu)20世紀70年代(dai)提出(chu)，但直到90年代才得(de)到充分研究。微(wei)(wei)射(she)流(liu)的形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)主要有(you)兩(liang)種(zhong)形(xing)(xing)式(shi)，一(yi)種(zhong)是(shi)由僅(jin)在一(yi)個側(ce)面(mian)上開(kai)有(you)微(wei)(wei)小(xiao)孔(kong)的封閉(bi)腔(qiang)體(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)射(she)流(liu)作動(dong)(dong)器，工作時(shi)開(kai)孔(kong)相對的側(ce)面(mian)產生振動(dong)(dong)，外界(jie)流(liu)體(ti)便會經由開(kai)孔(kong)不(bu)斷進入、排出(chu)腔(qiang)體(ti)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)微(wei)(wei)射(she)流(liu)；另一(yi)種(zhong)為直接將振動(dong)(dong)膜片(pian)放入環境流(liu)體(ti)之中，膜片(pian)振動(dong)(dong)時(shi)只(zhi)要其(qi)振幅(fu)足(zu)夠大(da)，也會沿膜片(pian)法線方向形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)射(she)流(liu)。兩(liang)種(zhong)形(xing)(xing)式(shi)中，振動(dong)(dong)的產生又可分為電(dian)磁機(ji)械式(shi)、靜電(dian)式(shi)和壓電(dian)式(shi)。 [1]

微(wei)射流作(zuo)動器原理

GlezerA等人研制成功(gong)的微(wei)射流作(zuo)動器及其形成的微(wei)射流流場示意圖。

整(zheng)個作(zuo)動(dong)器(qi)的結(jie)構(gou)尺寸很小(xiao)，它(ta)采用微(wei)(wei)(wei)電子制造技(ji)術，在硅基或其(qi)他材料(liao)上整(zheng)體(ti)加工而(er)成(cheng)。作(zuo)動(dong)器(qi)腔體(ti)深(shen)度(du)僅為(wei)幾十微(wei)(wei)(wei)米，射流出入口(kou)處長度(du)為(wei)幾百微(wei)(wei)(wei)米，開孔平(ping)面為(wei)0.5mm寬×75mm長的(de)(de)窄(zhai)縫。腔體的(de)(de)金屬(shu)振動薄(bo)膜由圓狀壓電陶(tao)瓷片驅動。作動器開(kai)始工作時，在其(qi)上加上周(zhou)期性變化的(de)(de)電壓信號，壓電陶(tao)瓷片就驅動腔體金屬(shu)薄(bo)膜產生(sheng)振動。以作動器在空氣中工作為例，當薄(bo)膜沿x反(fan)向振動時，腔體(ti)內氣(qi)體(ti)壓強(qiang)降低，外界氣(qi)體(ti)經開孔(kong)進入腔體(ti)；當薄膜沿x正向(xiang)振動時，腔體內氣體受到(dao)壓縮，又(you)會經(jing)由開孔排出腔體。在(zai)此(ci)過(guo)程中，開孔處(chu)氣流受到(dao)強烈(lie)的(de)剪切(qie)作用，因而在(zai)出口(kou)銳緣處(chu)發生(sheng)分離(流動由貼(tie)體(ti)(ti)進入(ru)腔體(ti)(ti)轉向(xiang)為(wei)流向(xiang)環境)，進而卷(juan)起形成兩列旋渦；而旋渦一經形成，就會向(xiang)下游遷移。在(zai)遷移過程中(zhong)，旋渦對的(de)能量不(bu)斷耗(hao)散，其相干結構(gou)逐漸消失(shi)，最終演(yan)(yan)化(hua)為散亂的(de)湍流(liu)流(liu)動(dong)，直(zhi)至與(yu)環境氣體融為一體。周期性的(de)薄膜振動(dong)不(bu)斷產生旋渦對，并重復演(yan)(yan)化(hua)過程，從而形成微(wei)射(she)流(liu)。微(wei)射(she)流(liu)在(zai)x-y平面上的速度分(fen)布如(ru)圖1上方的(de)曲線所示。在旋渦(wo)對經過的(de)途(tu)中(zhong)，會(hui)伴隨(sui)產生一流動壓強降(jiang)低的(de)區域(卷(juan)吸場)。 [2]

微射流(liu)作動器及其形成的微射流(liu)流(liu)場的特點

a.微(wei)射流作動器結構(gou)微(wei)小，質(zhi)量(liang)也很小，因而具有很廣的用途。但(dan)其加工(gong)要(yao)涉及微(wei)電子制造(zao)技(ji)術，常(chang)規機械制造(zao)無法完成。

b.與常(chang)規(gui)(gui)的連(lian)續(xu)射(she)(she)流(liu)相比，微(wei)射(she)(she)流(liu)是(shi)有間隔的流(liu)動。它的凈質(zhi)量(liang)流(liu)率(lv)為零，動量(liang)不為零。其(qi)實質(zhi)是(shi)旋渦對的生成、遷移和耗散。只是(shi)由(you)于這一系(xi)列(lie)過程進行的頻(pin)率(lv)很高，宏觀表現(xian)類似于常(chang)規(gui)(gui)射(she)(she)流(liu)而已。

c.微(wei)射(she)流(liu)流(liu)動中伴隨有卷吸場產生，這也是(shi)其不同于常規射(she)流(liu)的特征(zheng)所在。

d.微射流的能量水平(旋渦對強度(du))不僅取(qu)決于金屬薄膜振動(dong)所消耗(hao)(hao)的(de)(de)電能功率，而且(qie)還與(yu)驅(qu)動(dong)信號(hao)的(de)(de)頻率及作動(dong)器腔(qiang)體(ti)的(de)(de)結(jie)構設計等有關，因此(ci)有可能消耗(hao)(hao)極(ji)少(shao)量的(de)(de)電能功率來獲得很強的(de)(de)微射流(liu)強度。

微射流之間的(de)相互作用

形成零凈質(zhi)量(liang)流率微(wei)射(she)流時，在作動器出口附(fu)近會(hui)產生強(qiang)烈的(de)卷吸場，這一點可(ke)從兩(liang)相鄰的(de)微(wei)射(she)流相互作用(yong)看出圖(tu)2。其中兩(liang)射流雷諾數均(jun)為(wei)Re=300，正(zheng)弦電(dian)壓(ya)信號的(de)驅動頻率為600Hz，相(xiang)鄰兩射流驅動信號的相(xiang)位差為θ。圖2a中，θ=70°，兩(liang)射(she)流(liu)同相(xiang)(xiang)，相(xiang)(xiang)互作用的結果是兩(liang)股射(she)流(liu)合成為沿x方向加(jia)寬的一股。圖2b中θ=70°。這樣(yang)，當(dang)一(yi)個射(she)流作動器處于(yu)排氣過程時，另一(yi)個尚處于(yu)吸氣過程；排氣過程受吸氣過程影響，結(jie)果是相位(wei)落后(hou)的(de)射(she)流發(fa)生偏離，流向相位(wei)超前(qian)的(de)一(yi)側(ce)。圖(tu)2c中θ=130°，兩射流的(de)相互作(zuo)用更(geng)為明顯，相位(wei)落(luo)后的(de)射流幾乎貼著作(zuo)動器(qi)表面(mian)流向相位(wei)超前的(de)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(zhi)上的應用結果之一是(shi)可提高(gao)模型(xing)的升阻比。MichaelAmitay等人對2D圓柱體(ti)的氣動力性能調節進行(xing)(xing)了全面實(shi)驗(yan)(yan)研究(jiu)。實(shi)驗(yan)(yan)在風洞中進行(xing)(xing)。風洞截(jie)面尺寸為(wei)0.91m×0.91m；氣流雷諾數Re=3×104～1.3×105；流動最(zui)大速度為32m/s。實(shi)驗模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)表面(mian)放(fang)置零凈質量流(liu)(liu)(liu)(liu)率(lv)的(de)微(wei)射(she)流(liu)(liu)(liu)(liu)作(zuo)動器(qi)。實(shi)驗中微(wei)射(she)流(liu)(liu)(liu)(liu)產生的(de)低壓回流(liu)(liu)(liu)(liu)區形成一(yi)“虛擬面(mian)”，使附近的(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)線偏離未受擾動的(de)邊界層(ceng)，從而使作(zuo)動器(qi)前后(hou)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)表面(mian)的(de)壓強系(xi)數顯(xian)著降低。若在周向放(fang)置多個微(wei)射(she)流(liu)(liu)(liu)(liu)作(zuo)動器(qi)，則使得模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)的(de)升力(li)系(xi)數提高，阻力(li)系(xi)數降低。

氣流在(zai)薄翼上的(de)分離與再附

應用(yong)微射流(liu)技術還可改(gai)善翼型的失速性能。還是AmitayM等人利用微射流(liu)技(ji)術對氣流(liu)在薄(bo)翼(yi)鈍頭(tou)體上(shang)(shang)的分離與再附(fu)進行了(le)實驗研究。薄(bo)翼(yi)上(shang)(shang)安放有兩個微射流(liu)作(zuo)動器，其出口寬度為0.5mm，兩(liang)者(zhe)相(xiang)距2.5mm。實驗結(jie)果(guo)顯(xian)示，不使用微(wei)射流作動(dong)器，當薄翼攻(gong)角超(chao)過5°時，流(liu)動(dong)就會分離(li)。而使(shi)用微射流(liu)作動(dong)器對氣流(liu)進行(xing)控制后(hou)，在17.5°攻角(jiao)范(fan)圍(wei)內，氣流完全是附面的，部分地方(fang)達到25°附(fu)面(mian)臨界角。由于氣(qi)流附(fu)面(mian)區域擴大，使得(de)薄(bo)翼(yi)(yi)的升(sheng)力(li)(li)提(ti)高(gao)、壓差阻力(li)(li)下(xia)降，而且通過(guo)控制氣(qi)流分離點位置，薄(bo)翼(yi)(yi)的失速性(xing)能變得(de)更好。SeifertA等人還(huan)在(zai)飛行馬赫(he)數下(xia)，采用微射流(liu)技術，對推遲氣流(liu)在(zai)機(ji)翼上的分離點位置進(jin)行了實(shi)驗研究。實(shi)驗中微射流(liu)作動(dong)器工作頻率為800Hz。結(jie)果顯示，在低馬赫(he)數下(可認為氣流(liu)不可壓縮)，機翼最大升力系數可提(ti)高15%，失速后升力最大可提高50%，阻力降(jiang)低50%，而且機翼尾跡區氣流變得較為(wei)平穩。在(zai)高馬赫數(shu)條件下(xia)(必須(xu)考慮氣流的(de)可壓縮(suo)性(xing))，機翼(yi)性能的(de)變化(hua)非常(chang)復雜。由于(yu)(yu)微射(she)流(liu)(liu)(liu)的(de)存在，機翼(yi)邊界層內氣流(liu)(liu)(liu)加速(su)，分離點位(wei)置退移，這是(shi)有利的(de)一面，但(dan)對于(yu)(yu)高速(su)可(ke)壓縮流(liu)(liu)(liu)微射(she)流(liu)(liu)(liu)的(de)控制效果不(bu)理想(xiang)。對于(yu)(yu)跨音速(su)流(liu)(liu)(liu)動，雖然微射(she)流(liu)(liu)(liu)對提(ti)高機翼(yi)升力不(bu)明顯(xian)，但(dan)可(ke)顯(xian)著緩和其(qi)顫震現象。 [4]

增強(qiang)混合

大量微(wei)(wei)尺度的(de)微(wei)(wei)射(she)流(liu)旋渦元與射(she)流(liu)相互作(zuo)用還可增強(qiang)主流(liu)的(de)混(hun)合。DavisSA等人(ren)利用微射流(liu)技術對增強噴液(ye)射流(liu)(主流)的混(hun)合過程進行了(le)實(shi)驗(yan)研究。實(shi)驗(yan)中噴液孔直(zhi)徑為25.4mm，出口(kou)速(su)度為11.4m/s，雷諾數為ReD=19000。噴液孔周圍(wei)放置9個微(wei)射流作(zuo)動器(qi)，微(wei)射流流動方向(xiang)可(ke)調整為平行或垂直噴液孔軸線(xian)。微(wei)射流作(zuo)動器(qi)開口寬度0.5mm×9mm，工(gong)作頻(pin)率為1.2kHz，微(wei)(wei)射(she)流出口速度為(wei)11m/s。實驗(yan)結果顯示，正(zheng)是因(yin)為微(wei)(wei)射流(liu)作動器的作用，在同樣下游位置(zhi)處(chu)(chu)，主流(liu)剪切(qie)邊界層沿徑向擴展加速；與此同時，沿軸(zhou)線的流(liu)動速度減慢，并且主流(liu)近(jin)場處(chu)(chu)的徑向波動速度增加了將近(jin)10倍；主流(liu)(liu)較遠的下游位置處，徑(jing)向波動速度(du)減小至低于主流(liu)(liu)未(wei)受控(kong)的程度(du)。幾方面原因都使得主流(liu)(liu)的混(hun)合程度(du)加強。

控制換熱