柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)是一種深加工設(shè)備, 這種功能主要靠高壓均質(zhì)閥完成, 它的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示:由閥座、閥芯及碰撞環(huán)組成。
在圖 1 中可見到高壓液料進(jìn)入閥座內(nèi)腔時(shí), 當(dāng)它的壓力超過預(yù)先設(shè)定的高壓彈簧作用下形成的壓力, 閥芯向右移動(dòng),開啟閥芯和閥座, 之間形成一個(gè)很小的縫隙, 約 ≤0.4mm , 高壓液流以極高的線速度( 通常達(dá)到 200～300m/s ) , 通過這個(gè)縫隙時(shí), 液料產(chǎn)生極大壓力降, 瞬間失壓, 膨脹、爆炸( 這個(gè)復(fù)雜過程稱空穴效應(yīng)) , 由此產(chǎn)生高頻振動(dòng)和湍流,形成強(qiáng)烈剪切效應(yīng)和高速撞擊在碰撞環(huán)形成的碰撞效應(yīng)等, 其中空穴效應(yīng)起了主導(dǎo)作用,將存在液體中顆粒或油滴粉碎成很小的尺寸, 直徑 φ0.01～2μm , 平均 φ≤1μm , 而且獲得較理想的乳化液或勻漿液。這個(gè)過程, 實(shí)際上集中了超聲波均質(zhì)機(jī)( 空穴效應(yīng)) 、高速剪切機(jī)( 剪切效應(yīng)) 、射流均質(zhì)機(jī)( 碰撞效應(yīng)) 等功能原理于一體, 由此可見, 它的功效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他設(shè)備。它的產(chǎn)品保持原有活性、穩(wěn)定性、混合性, 均質(zhì)以后乳制品具有更好營養(yǎng)值、易吸收性、保質(zhì)期、口味和色彩。所以一百余年來一直是國內(nèi)外公認(rèn)的一種高效、節(jié)能、可靠的超細(xì)粉碎、乳化勻漿設(shè)備。
一般均質(zhì)機(jī)都具有二級均質(zhì)閥。后面一級均質(zhì)閥即第二級均質(zhì)閥( 或稱低壓閥) , 它的功能主要給第一級高壓一個(gè)合適的背壓, 集中第一級能量, 使空穴效應(yīng)發(fā)生在縫隙的最佳區(qū)域; 同時(shí)第一級均質(zhì)后,可能因范得瓦爾斯引力作用下, 微粒發(fā)生聚合, 再次給予破碎, 料液得到進(jìn)一步的乳化和勻漿。
空穴效應(yīng)發(fā)生區(qū)域取決于背壓大小, 閥的結(jié)構(gòu)及液料的粘度大小。背壓太小, 空穴效應(yīng)發(fā)生區(qū)域移向縫隙出口處, 可能造成空穴失控, 閥座的外緣容易崩塌損壞; 背壓增高, 空穴效應(yīng)發(fā)生區(qū)域會(huì)移向縫隙進(jìn)口處; 背壓過高, 還會(huì)引起空穴效應(yīng)較少, 影響均質(zhì)效果,且閥座孔內(nèi)壁容易崩塌損壞。所以空穴效應(yīng)必須也受控的。空穴效應(yīng)發(fā)生時(shí), 會(huì)產(chǎn)生局部高溫和高壓, 引起空穴氣融, 逐漸使均質(zhì)機(jī)閥座和閥桿的工作端面變得粗糙, 根據(jù)這種粗糙情況, 可以判斷空穴效應(yīng)是受控還是失控。受控良好的, 應(yīng)在受蝕而變得粗糙端面上出現(xiàn)一個(gè)封閉圓環(huán) ( 如圖 2a ) 。
如觀察到工作面上局部粗糙性是放射狀, 這意味空穴失控 ( 如圖 2b ) , 這時(shí)能量不能被全部利用。所以, 第一級均質(zhì)閥后面再串聯(lián)第二級均質(zhì)閥, 改變第二級均質(zhì)閥縫隙大小可以改變第一級均質(zhì)閥的背壓大小; 同時(shí), 防止分散了顆粒重新聚合。
最佳背壓要通過實(shí)驗(yàn)得到, 實(shí)踐中牛奶均質(zhì)時(shí)最佳背壓不能大于均質(zhì)壓力的 20% , 實(shí)際上由于牛奶生產(chǎn)管路相當(dāng)復(fù)雜, 已形成相當(dāng)?shù)牡谋硥骸＿@樣, 就無法獲得所需的較低背壓,甚至無法調(diào)低背壓, 所以,有些均質(zhì)機(jī)只有一級均質(zhì)閥, 它利用水力特性, 形成一定背壓。
由于第二級均質(zhì)閥主要還是集中第一級能量,所以在結(jié)構(gòu)上, 不裝碰撞環(huán)。如在生產(chǎn)實(shí)踐中,一般牛奶低壓取 2MPa 左右 ( 20Bar ) , 高壓取 16～18MPa( 160～180Bar ) , 酸奶低壓取 2～4MPa 左右( 20～40Bar ) ,高壓取 20～25MPa ( 200～250Bar ) , 原則上是為達(dá)到均質(zhì)效果, 壓力取低值為宜。均質(zhì)溫度對均質(zhì)效果影響是很大的, 溫度高, 飽和蒸汽壓也高,均質(zhì)時(shí)空穴效應(yīng)容易形成, 為了提高均質(zhì)效果, 在保證液體物料不變性的前提下, 適當(dāng)提高均質(zhì)溫度是有益的, 實(shí)際生產(chǎn)中牛奶均質(zhì)溫度一般為50～70℃ ,50℃ 是牛奶有效均質(zhì)的最低溫度。超過 70℃ 在設(shè)備中產(chǎn)生氣窩, 工作不正常, 壓力指針擺動(dòng)大。溫度高一些可以促進(jìn)脂肪球粉碎和分散效果更好, 但不利于熱穩(wěn)定性。以上需要各地生產(chǎn)廠家在工藝師指導(dǎo)下經(jīng)過實(shí)踐以取得最佳均質(zhì)壓力數(shù)據(jù)。
