超高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)★應(yīng)用于石墨烯等材料、化妝品

超高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)

型號(hào)：BY-398MPA

設(shè)備簡(jiǎn)介：

溫州濱一機(jī)械科技有限公司是專業(yè)生產(chǎn)超高壓殺菌設(shè)備，主要應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、生物技術(shù)、化妝品、石墨烯等材料領(lǐng)域。該設(shè)備在國(guó)內(nèi)許多杰出企業(yè)、大學(xué)以及研究院已得到廣泛應(yīng)用。

溫州濱一機(jī)械科技有限公司克服原來(lái)材料上的瓶頸，制造了目前國(guó)內(nèi)比較高的壓力微射流設(shè)備，壓力達(dá)到500mpa，給做研究高科技工作者施展更好的空間。

超高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)，BY-398MPA，就是通過(guò)增壓泵把液體輸送到容器里增壓到設(shè)定的壓力，瞬間泄放經(jīng)過(guò)金剛石均質(zhì)腔物料以的流速（1200-1800米/秒）噴出，碰撞在反方向的物料，產(chǎn)生三種效果①空穴效應(yīng)②撞擊效應(yīng)③剪切效應(yīng)。經(jīng)過(guò)這三種效應(yīng)處理后，物料粒徑可均勻細(xì)化到100nm以下，細(xì)胞破碎率大于95%。

技術(shù)參數(shù)：

實(shí)驗(yàn)中試型（可選取金剛石均質(zhì)腔，0.05-0.1mm）

工作壓力：0-500mpa（72500PSI）

工作流量16-36L/N

最小處理量 100ml

進(jìn)料物顆粒 300um

進(jìn)料粘度≤2000cps

均質(zhì)溫度可控制6-90℃

電源使用380V/50HZ 7.5KW

該設(shè)備接觸物料的材質(zhì)都是經(jīng)FDA &GMP認(rèn)可，以316L和17-4特殊含金鋼、超高分子聚乙烯和PEEK等，支持CIP。

液壓動(dòng)力傳輸，結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用，系統(tǒng)異常急停按鈕。

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。

特點(diǎn)：

整機(jī)使用液壓系統(tǒng)，高壓穩(wěn)定。

本設(shè)備采用高壓金屬密封為主，無(wú)泄漏，工作時(shí)間長(zhǎng)。高壓下暫停，走空，加入物料無(wú)需排氣，即可正常工作。物料走空后可自動(dòng)關(guān)機(jī)，安全保證。

實(shí)驗(yàn)室專用型（適合：生物，醫(yī)藥，食品，化工，納米懸浮液。。。等行業(yè)）
技術(shù)性能

★ 設(shè)計(jì)壓力0-5000bar(500Mpa/77500psi)
★ 工作壓力0～4500bar(450MPa/65250psi)
★ 工作流量60L/h
★ 最小處理量：50ml
★ 進(jìn)料粒徑≤300um
★ 進(jìn)料黏度≤2000cp
★ 工作溫度≤ 90℃

★ 均質(zhì)樣品溫度可控制 ≤ 4～10℃

★ 均質(zhì)閥組件為99%人造金剛石材質(zhì)，耐壓，耐磨
★ 泵體為分體式設(shè)計(jì)，易拆卸，易清洗
★ 整機(jī)為GMP設(shè)計(jì)，可在線進(jìn)行SIP/CIP操作
★ 具有超高壓設(shè)計(jì)，壓力可達(dá)4500bar/65250psi
★ 高壓微射流均質(zhì)閥設(shè)計(jì)，氧化鋯高耐磨材質(zhì)閥組件
★ 數(shù)字式壓力顯示，精確到1 bar

★ 在線排空，內(nèi)部可達(dá)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(dòng)關(guān)機(jī)。
★ 動(dòng)力端配置大功率電機(jī)，保證高壓下穩(wěn)定工作
★ 特殊進(jìn)料閥設(shè)計(jì)，無(wú)需排氣，可直接進(jìn)料
★ 物料殘留量為零，特別適合原輔料昂貴的產(chǎn)品研發(fā)

★ PLC自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)，配有數(shù)據(jù)USB接口,可實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線圖。

特點(diǎn)：

1、關(guān)機(jī)不用刻意旋動(dòng)手柄泄壓，本設(shè)備內(nèi)部自動(dòng)泄壓。

   2、整機(jī)使用液壓系統(tǒng)作動(dòng)力，高壓穩(wěn)定。

   3、整機(jī)采用高壓金屬密封為主，無(wú)泄漏，工作時(shí)間長(zhǎng)。

   4、高壓下可暫停，走空，加入物料后無(wú)需排氣，可正常工作。

   4、物料走空后可自動(dòng)關(guān)機(jī)，安全保證。

   5、可實(shí)時(shí)監(jiān)控，拷貝曲線圖。

   6、均質(zhì)過(guò)程易產(chǎn)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(shí)高壓開(kāi)機(jī)工作。

   8、PLC自動(dòng)預(yù)設(shè)調(diào)壓，無(wú)需手動(dòng)加壓。

微射流是在超高壓(310MPa)的壓力作用下，經(jīng)過(guò)孔徑很微小的閥心，產(chǎn)生幾倍音速的流體，從而達(dá)到分散，均質(zhì)，乳化，納米顆粒等等。

工作原理：物料流經(jīng)單向閥后，在高壓腔泵里加壓。通過(guò)微米級(jí)的噴嘴，以亞音速撞擊在乳化腔上，同時(shí)通過(guò)強(qiáng)烈的空穴，剪切效應(yīng)，得到足夠小而均一的粒徑分布。   產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)： 電液傳動(dòng)，在保證安全性的同時(shí)，的腔體構(gòu)造，使均質(zhì)壓力可達(dá)3100bar，有效解決顆粒的納米級(jí)分散； 并可循環(huán)均質(zhì)。 噴嘴核心材料為金剛石，同時(shí)采用金屬錐面密封，在承受超高壓力的同時(shí)，保證密封性，延長(zhǎng)使用壽命。    主要應(yīng)用： 脂肪乳、脂質(zhì)體、納米混懸液的制備； 細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的提取（細(xì)胞破碎）； 食品、化妝品的均質(zhì)乳化； 新能源產(chǎn)品（石墨烯電池導(dǎo)電漿料、太陽(yáng)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(lái)源于周圍流體。該項(xiàng)技術(shù)于20世紀(jì)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(gè)側(cè)面上開(kāi)有微小孔的封閉腔體形成射流作動(dòng)器，工作時(shí)開(kāi)孔相對(duì)的側(cè)面產(chǎn)生振動(dòng)，外界流體便會(huì)經(jīng)由開(kāi)孔不斷進(jìn)入、排出腔體，形成微射流；另一種為直接將振動(dòng)膜片放入環(huán)境流體之中，膜片振動(dòng)時(shí)只要其振幅足夠大，也會(huì)沿膜片法線方向形成射流。兩種形式中，振動(dòng)的產(chǎn)生又可分為電磁機(jī)械式、靜電式和壓電式。 [1]

微射流作動(dòng)器原理

GlezerA等人研制成功的微射流作動(dòng)器及其形成的微射流流場(chǎng)示意圖。

整個(gè)作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)尺寸很小，它采用微電子制造技術(shù)，在硅基或其他材料上整體加工而成。作動(dòng)器腔體深度僅為幾十微米，射流出入口處長(zhǎng)度為幾百微米，開(kāi)孔平面為0.5mm寬×75mm長(zhǎng)的窄縫。腔體的金屬振動(dòng)薄膜由圓狀壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)。作動(dòng)器開(kāi)始工作時(shí)，在其上加上周期性變化的電壓信號(hào)，壓電陶瓷片就驅(qū)動(dòng)腔體金屬薄膜產(chǎn)生振動(dòng)。以作動(dòng)器在空氣中工作為例，當(dāng)薄膜沿x反向振動(dòng)時(shí)，腔體內(nèi)氣體壓強(qiáng)降低，外界氣體經(jīng)開(kāi)孔進(jìn)入腔體；當(dāng)薄膜沿x正向振動(dòng)時(shí)，腔體內(nèi)氣體受到壓縮，又會(huì)經(jīng)由開(kāi)孔排出腔體。在此過(guò)程中，開(kāi)孔處氣流受到強(qiáng)烈的剪切作用，因而在出口銳緣處發(fā)生分離(流動(dòng)由貼體進(jìn)入腔體轉(zhuǎn)向?yàn)榱飨颦h(huán)境)，進(jìn)而卷起形成兩列旋渦；而旋渦一經(jīng)形成，就會(huì)向下游遷移。在遷移過(guò)程中，旋渦對(duì)的能量不斷耗散，其相干結(jié)構(gòu)逐漸消失，最終演化為散亂的湍流流動(dòng)，直至與環(huán)境氣體融為一體。周期性的薄膜振動(dòng)不斷產(chǎn)生旋渦對(duì)，并重復(fù)演化過(guò)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(duì)經(jīng)過(guò)的途中，會(huì)伴隨產(chǎn)生動(dòng)壓強(qiáng)降低的區(qū)域(卷吸場(chǎng))。 [2]

微射流作動(dòng)器及其形成的微射流流場(chǎng)的特點(diǎn)

a.微射流作動(dòng)器結(jié)構(gòu)微小，質(zhì)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(shù)，常規(guī)機(jī)械制造無(wú)法完成。

b.與常規(guī)的連續(xù)射流相比，微射流是有間隔的流動(dòng)。它的凈質(zhì)量流率為零，動(dòng)量不為零。其實(shí)質(zhì)是旋渦對(duì)的生成、遷移和耗散。只是由于這一系列過(guò)程進(jìn)行的頻率很高，宏觀表現(xiàn)類似于常規(guī)射流而已。

c.微射流流動(dòng)中伴隨有卷吸場(chǎng)產(chǎn)生，這也是其不同于常規(guī)射流的特征所在。

d.微射流的能量水平(旋渦對(duì)強(qiáng)度)不僅取決于金屬薄膜振動(dòng)所消耗的電能功率，而且還與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率及作動(dòng)器腔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等有關(guān)，因此有可能消耗極少量的電能功率來(lái)獲得很強(qiáng)的微射流強(qiáng)度。

微射流之間的相互作用

形成零凈質(zhì)量流率微射流時(shí)，在作動(dòng)器出口附近會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的卷吸場(chǎng)，這一點(diǎn)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(shù)均為Re=300，正弦電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)頻率為600Hz，相鄰兩射流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位差為θ。圖2a中，θ=70°，兩射流同相，相互作用的結(jié)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(dāng)一個(gè)射流作動(dòng)器處于排氣過(guò)程時(shí)，另一個(gè)尚處于吸氣過(guò)程；排氣過(guò)程受吸氣過(guò)程影響，結(jié)果是相位落后的射流發(fā)生偏離，流向相位超前的一側(cè)。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(dòng)器表面流向相位超前的一方。

微射流技術(shù)的應(yīng)用

氣動(dòng)力控制

微射流技術(shù)在氣動(dòng)力控制上的應(yīng)用結(jié)果之一是可提高模型的升阻比。MichaelAmitay等人對(duì)2D圓柱體的氣動(dòng)力性能調(diào)節(jié)進(jìn)行了全面實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)在風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞截面尺寸為0.91m×0.91m；氣流雷諾數(shù)Re=3×104～1.3×105；流動(dòng)速度為32m/s。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻娣胖昧銉糍|(zhì)量流率的微射流作動(dòng)器。實(shí)驗(yàn)中微射流產(chǎn)生的低壓回流區(qū)形成一“虛擬面"，使附近的流線偏離未受擾動(dòng)的邊界層，從而使作動(dòng)器前后模型表面的壓強(qiáng)系數(shù)顯著降低。若在周向放置多個(gè)微射流作動(dòng)器，則使得模型的升力系數(shù)提高，阻力系數(shù)降低。

氣流在薄翼上的分離與再附

應(yīng)用微射流技術(shù)還可改善翼型的失速性能。還是AmitayM等人利用微射流技術(shù)對(duì)氣流在薄翼鈍頭體上的分離與再附進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。薄翼上安放有兩個(gè)微射流作動(dòng)器，其出口寬度為0.5mm，兩者相距2.5mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不使用微射流作動(dòng)器，當(dāng)薄翼攻角超過(guò)5°時(shí)，流動(dòng)就會(huì)分離。而使用微射流作動(dòng)器對(duì)氣流進(jìn)行控制后，在17.5°攻角范圍內(nèi)，氣流*是附面的，部分地方達(dá)到25°附面臨界角。由于氣流附面區(qū)域擴(kuò)大，使得薄翼的升力提高、壓差阻力下降，而且通過(guò)控制氣流分離點(diǎn)位置，薄翼的失速性能變得更好。SeifertA等人還在飛行馬赫數(shù)下，采用微射流技術(shù)，對(duì)推遲氣流在機(jī)翼上的分離點(diǎn)位置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中微射流作動(dòng)器工作頻率為800Hz。結(jié)果顯示，在低馬赫數(shù)下(可認(rèn)為氣流不可壓縮)，機(jī)翼升力系數(shù)可提高15%，失速后升力可提高50%，阻力降低50%，而且機(jī)翼尾跡區(qū)氣流變得較為平穩(wěn)。在高馬赫數(shù)條件下(必須考慮氣流的可壓縮性)，機(jī)翼性能的變化非常復(fù)雜。由于微射流的存在，機(jī)翼邊界層內(nèi)氣流加速，分離點(diǎn)位置退移，這是有利的一面，但對(duì)于高速可壓縮流微射流的控制效果不理想。對(duì)于跨音速流動(dòng)，雖然微射流對(duì)提高機(jī)翼升力不明顯，但可顯著緩和其顫震現(xiàn)象。 [4]

增強(qiáng)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(qiáng)主流的混合。DavisSA等人利用微射流技術(shù)對(duì)增強(qiáng)噴液射流(主流)的混合過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中噴液孔直徑為25.4mm，出口速度為11.4m/s，雷諾數(shù)為ReD=19000。噴液孔周圍放置9個(gè)微射流作動(dòng)器，微射流流動(dòng)方向可調(diào)整為平行或垂直噴液孔軸線。微射流作動(dòng)器開(kāi)口寬度0.5mm×9mm，工作頻率為1.2kHz，微射流出口速度為11m/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，正是因?yàn)槲⑸淞髯鲃?dòng)器的作用，在同樣下游位置處，主流剪切邊界層沿徑向擴(kuò)展加速；與此同時(shí)，沿軸線的流動(dòng)速度減慢，并且主流近場(chǎng)處的徑向波動(dòng)速度增加了將近10倍；主流較遠(yuǎn)的下游位置處，徑向波動(dòng)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(qiáng)。

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