نماد سایت نور صنعت تجهیز

هموژنایزر – نگاهی عمیق به هموژنایزرها

این مقاله نگاهی عمیق به هموژنایزر دارد.

میتوانید این مقاله از نور صنعت فردوس را برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد موضوعاتی مانند موارد زیر مطالعه کنید:

هموژنایزر چیست؟

هموژنایزر نوعی از تجهیزات آزمایشگاهی جهت مخلوط کردن است که برای ایجاد یک مخلوط یکنواخت و یکدست استفاده می شود. هموژنایزر با شکستن اجزا و توزیع یکنواخت آنها در سراسر محلول کار می کند.

اجزاء یا غیر قابل اختلاط هستند، اندازه های متفاوتی دارند یا در فازهای متفاوتی از یکدیگر قرار دارند. جدا از ایجاد یک مخلوط همگن، یک هموژنایزر عملکردهای اضافی مشابه سایر تجهیزات مخلوط سازی را انجام می دهد. برخی از این عملکردها امولسیون کردن، تعلیق، آسیاب کردن، پخش کردن و حل کردن هستند.

هموژنایزرها به طور گسترده در تولید مواد غذایی و نوشیدنی، داروسازی، فرآوری شیمیایی، تولید محصولات کشاورزی و آزمایشگاه و آزمایش استفاده می‌شوند.

هموژنایزرها معمولاً همراه با میکسرهای برشی بالا، میکسرهای دسته ای و میکسرهای پارویی استفاده می شوند. آنها معمولاً در پایین دست نصب می شوند تا مخلوط های ظریف تری ایجاد کنند. برخی از انواع هموژنایزرها به دلیل خطر مصرف انرژی بالا، کاهش سرعت جریان، تولید گرما و افزایش سایش مواد قادر به پذیرش محصولات با اجزای بسیار درشت نیستند. از میکسرهای بالادست هموژنایزر برای حالت دادن به سیال پیش مخلوط استفاده می شود.

 

تاریخچه هموژنایزرها

توسعه هموژنایزرها در اوایل دهه 1900 آغاز شد، زمانی که آگوست گاولین قطعه ای از تجهیزات را برای همگن کردن شیر اختراع کرد. این تجهیزات از یک پمپ جابجایی مثبت سه پیستونی با لوله های مویین نصب شده در تخلیه تشکیل شده بود. لوله های مویرگی به عنوان یک دستگاه دریچه گاز عمل می کردند که فشار سیال را به سرعت تبدیل می کرد. پایین دست لوله های مویرگی دریچه مقعری بود که قطرات شیر ​​به آن برخورد می کرد.

 

پیشرفت‌های بعدی دستگاه منجر به جایگزینی لوله‌های مویرگی با یک لوله کوچک می‌شود. جنبه مهم در اینجا شکاف کوچکی بود که توسط لوله ای که در آن فرآیند همگن سازی اتفاق افتاد نشان داده شد. هندسه های شکاف مختلف توسعه یافته اند و کاربردهای تجهیزات را بیشتر بهبود بخشیده اند.

 

نظریه ها و اصول همگن ساز

هموژنایزرها برای مخلوط کردن امولسیون ها و سوسپانسیون ها استفاده می شوند. امولسیون مخلوطی از دو یا چند مایع است که معمولاً به دلیل جدا شدن فاز مایع به مایع غیر قابل اختلاط هستند. این جداسازی فاز مایع به مایع توسط چندین مکانیسم فیزیکی مانند کشش سطحی، قطبیت یا دافعه و ویسکوزیته انجام می شود. امولسیون های هموژن گاهی اوقات به عنوان کلوئید شناخته می شوند، که اصطلاحی است که برای پوشش یک طبقه بندی مخلوط گسترده تر استفاده می شود.

سوسپانسیون مخلوطی است متشکل از ذرات جامد که ته نشین می شوند و نمی توانند به طور کامل در مخلوط حل شوند. جداسازی ذرات جامد به دلیل اندازه بزرگ آنها انجام می شود. اندازه آنها صدها تا هزاران برابر بزرگتر از ذرات پراکنده در یک محلول همگن است.

با دانستن انواع مخلوط های ناهمگن فرآوری شده توسط هموژنایزر، نحوه عملکرد یک هموژنایزر آشکار می شود. یک هموژنایزر با شکستن یا تقسیم اجزای پراکنده به ذرات کوچکتر و سپس توزیع یکنواخت آنها در سراسر مخلوط کار می کند. عمل ایجاد شده توسط هموژنایزر به طور مداوم تشکیل ذرات بزرگ را به دلیل اختلاط ناپذیری و بارش مختل می کند.

فرآیند همگن سازی در شیر هموژنایزر که جزء اصلی تجهیزات است، اتفاق می افتد. قبلاً ذکر شد که اولین شیر هموژنایزر مجموعه ای با یک لوله مویین و یک دریچه مقعر بود. لوله مویرگی فشار سیال را کاهش داد و آن را به انرژی جنبشی تبدیل کرد. دریچه مقعر به عنوان یک سطح ضربه برای جت سیال عمل می کرد. طرح های مدرن لوله مویرگی را با یک نشیمنگاه جایگزین کردند که با دریچه در فاصله مناسبی جفت می شود تا شکاف کوچکی برای جریان گاز ایجاد کند. در این شکاف، سیال شرایط جریان مناسب را برای همگن شدن از طریق اصول فیزیکی مختلف تجربه می کند.

 

عمل همگن کننده با اثر ترکیبی سه اصل فیزیکی اصلی ایجاد می شود:

برش زدن : 

برش در سیالات در درجه اول به دلیل اصطکاک بین مولکول های سیال به دلیل ویسکوزیته ایجاد می شود. در شرایط بدون لغزش، سرعت مولکول های سیال مجاور یکسان است. با این حال، هنگامی که اختلالی مانند شتاب ناشی از روتور-استاتور یا انحراف ناشی از یک حلقه ضربه وجود دارد، به دلیل اصطکاک داخلی سیال، سرعت‌های متفاوتی ایجاد می‌شود. در لایه مرزی یا لایه بین سطح هموژنایزر و سیال، سرعت سیال صفر است. دور از لایه مرزی، سرعت سیال به اندازه زمانی است که سیال در شرایط بدون لغزش قرار داشت. برش توسط یک ذره یا قطره بزرگ زمانی که بین لایه های سیال با سرعت های مختلف گیر می کند تجربه می شود. نیروهای برشی ذرات و قطرات بزرگ را به اندازه های کوچکتر تجزیه می کنند.

 

کاویتاسیون : 

کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که یک سیال افت فشار زیادی را تجربه کند. به طور معمول، بالادست یک شیر هموژنایزر پمپی است که سیال را با فشار بالاتر وارد می کند. فشار سیال با عبور از شیر هموژنایزر به انرژی جنبشی تبدیل می شود. زمانی که افت فشار به اندازه کافی زیاد باشد، فشار بخار سیال از فشار مطلق داخل هموژنایزر بیشتر می شود. این امکان تشکیل لحظه ای حفره ها را از پاکت های کوچک بخار فراهم می کند. با فروپاشی یا انفجار این حفره ها، امواج ضربه ای آزاد می شوند و ذرات و قطرات موجود در مخلوط را می شکنند.

آشفتگی : 

آخرین اصل فیزیکی درگیر در همگن سازی آشفتگی است. تلاطم زمانی رخ می دهد که سیال به سرعت بالایی برسد. سرعت بالا باعث ایجاد حرکات نامنظم در سیال می شود. این حرکات نامنظم شکلی از اتلاف انرژی هستند که در آن انرژی جنبشی سیال به شکل جریان های گردابی و مقداری گرما به انرژی داخلی تبدیل می شود. گرداب های تولید شده به شکستن ذرات به اندازه های ریزتر کمک می کند.

 

میزان کمک هر اثر فیزیکی به فرآیند همگن سازی به طراحی دریچه هموژنایزر و خواص سیال مانند دما، فشار، ترکیب و ویسکوزیته بستگی دارد. با این حال، بیشتر مطالعات و آزمایش‌ها نشان می‌دهند که اثر آشفتگی مکانیسم اولیه ایجاد همگن‌سازی است.

تولید اثرات برشی، کاویتاسیون و آشفتگی محدود به دریچه هموژنایزر نیست. انواع دیگر متفاوت از هموژنایزر اصلی عمل می کنند اما اثر یکسانی دارند.

 

انواع هموژنایزرها

سه دسته اصلی از هموژنایزرها وجود دارند که در زیر به معرفی آنها خواهیم پرداخت.

 

هموژنایزر فشار بالا

هموژنایزر فشار بالا (HPH) اولین نوع هموژنایزر صنعتی است که توسعه یافته است. تطبیق پذیری و کارایی همگن کننده آن را به یکی از رایج ترین تجهیزات هموژنایزر در مجموعه های صنعتی و تولیدی تبدیل کرده است.

یک هموژنایزر فشار بالا از دو بخش اصلی تشکیل شده است: یک پمپ فشار بالا و یک شیر همگن سازی. پمپ فشار بالا معمولاً یک نوع رفت و برگشتی با جابجایی مثبت است زیرا این نوع ها ذاتاً برای سیالات چسبناک مناسب هستند و در حالی که تغییرات در جریان و فشار را تجربه می کنند کارآمد می مانند. معمولاً از سه یا چند پیستون تشکیل شده است. انتخاب یک پمپ رفت و برگشتی با پیستون های بیشتر باعث تثبیت انتقال سیال به شیر هموژنایزر و کاهش لرزش تجهیزات می شود.

 

هموژنایزر مکانیکی

هموژنایزرهای مکانیکی از کار مکانیکی به عنوان منبع اصلی انرژی برای شکستن اجزای پیش مخلوط استفاده می کنند. عملکرد آنها مشابه یک میکسر با برش بالا است. سیال یا خوراک پیش مخلوط شده را می توان در فشار اتمسفر، فشار کم یا متوسط، بسیار کمتر از فشار یک هموژنایزر فشار بالا وارد کرد. به جای استفاده از شیر، از قطعات دوار مانند مخروط، تیغه و پارو استفاده می شود. روتورها با استاتور مناسب جفت می شوند تا شرایط مطلوب برای همگن سازی ایجاد شود. فرآیند همگن سازی متکی بر پارگی مکانیکی ناشی از قطعات متحرک است. با این وجود، اصول فیزیکی که قبلاً ذکر شد که در از هم گسیختگی ذرات دخیل هستند، هنوز برای هموژنایزرهای مکانیکی اعمال می‌شوند.

 

هموژنایزر اولتراسونیک

هموژنایزرهای اولتراسونیک که به عنوان سونیکاتور یا مختل کننده صوتی نیز شناخته می شوند، از یک اصل فیزیکی به نام کاویتاسیون اولتراسونیک بهره می برند. از این رو، علت اصلی اختلال در اجزاء، اثر کاویتاسیون است. کاویتاسیون با ایجاد دوره های نادر و فشرده متناوب در فرکانس های اولتراسونیک القا می شود. فرکانس های اولتراسونیک امواج صوتی هستند که با فرکانس 20 کیلوهرتز یا بالاتر می لرزند.

دوره کمیاب حفره بخار را ایجاد می کند، در حالی که دوره فشرده سازی باعث انفجار آن می شود. این دوره ها در یک سیکل موج اولتراسونیک اتفاق می افتد. حفره های ایجاد شده در مقیاس میکروسکوپی هستند و در حین کار قابل مشاهده نیستند، اما این مناطق پرانرژی و محلی هستند که می توانند به دما و فشار بسیار بالایی برسند.

 

 

Homogenizer

5/5 - (1 امتیاز)
خروج از نسخه موبایل