配置浆料过程中，由于粉体比表面积大而产生的团聚现象往往会使浆料发生硬沉降、颗粒感明显等状况，进而影响制得产品性能。作为一种重要的细化分散手段，均质技术能将液态物料中粘稠度高、颗粒大小不一或难以配料的固体颗粒打碎，使固体颗粒实现超细化，并形成均匀的悬浮乳化液，有助于提升粉体在分散介质中的分散性、润湿性，降低后续生产过程的工艺操作。均质设备广泛应用于新能源、食药品、化妆品和化工行业等领域。

均质机理

均质机的工作原理主要是利用高速水流流经孔隙产生的剪切力、空穴效应产生的压力以及在均质腔内产生的撞击力等力学作用，实现物料的细化和均质。

1.剪切力

较高速度的液体流经均质腔缝时，由于产生极大的速度梯度，分散相颗粒或液滴会受到剧烈的剪切力。当剪切力大到一定程度时，分散颗粒或液滴会被剪切和延伸拉碎。

2.空穴效应

液体以较高的速度流经均质腔阀的缝隙时，压力极速下降。当压力降低到液体的饱和蒸气压时，液体开始沸腾并发生极速汽化，形成大量气泡。当液体流出均质阀时，压力又迅速增大，导致气泡突然破灭，释放出大量的能量，从而引起局部液压冲击,造成振动，使得物料呈良好的均匀分布状态。

3.撞击力

液体流经缝隙时，水流以极高的流速撞击到撞击环或者与另一股水流相互撞击，造成液滴破碎。

均质机主要类型

按工作原理、设备结构的不同，均质机具体又在不同应用领域细分，以下是商业化的几种主要产品类型——

1.高压均质机

高压均质机是由一个高压柱塞泵及特殊构造的均质阀组成。物料在柱塞泵的往复运动的作用下，输送到一个大小可调的阀组中，由于受到极强的压缩作用，在通过限流狭缝时，产生了强烈的剪切力使得分散颗粒和液滴被剪切和延伸拉碎，而后瞬间失压的物料以极快的速度撞击在撞击环上，产生高速的撞击作用，并以极高的流速喷出（1000m/s，高可达1500m/s），强烈释放的能量和强烈的高频振动引起空穴爆炸，使团聚的物料达到均质、粉碎和乳化的效果。

通常，均质的能力与均质阀座和均质阀芯之间的间距有关。均质阀座与均质阀芯之间的狭缝大小，影响浆料冲破缝隙所承受的阻力，即均质压力。一般来说阻力越大，均质压力越高、喷出速度越高，与撞击环之间的撞击力也越强，均质能力就越强，粒径就越小。而阀座与阀芯之间的间距可用过调节手轮来实现。在实际应用中，均质阀中的孔隙不易堵塞，但在对高硬度颗粒均质时容易损坏，维修难度大，比较适合用于处理软性、半软性的颗粒状物料。

1-阀座  2-撞击环  3-阀芯 4-均质后物料

高压均质机原理示意图

PUHLER系列超高压均质机

2.高剪切均质机

高剪切均质机指线速度达到40～66 m/ s的剪切式均质机,其主要工作部件为由1级或多级相互啮合的定转子组成的剪切头,其中每级定转子又有数层齿圈.。

其具体工作原理是：转子高速旋转产生强大的离心力，形成强负压区，物料由此被吸入工作腔内，在定、转子间隙内受到剪切、离心挤压、撞击撕裂和湍流等综合作用，使分散相颗粒或液滴破碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高,粉碎环境不断改善,物料在向外圈运动过程中受到越来越强烈地剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被粉碎得越来越细，同时物料进入工作腔时会产生的大量气泡也会随着压力的升高而破裂，产生空穴效应，使软性、半软性颗粒被粉碎,或硬性团聚的细小颗粒被分散。

在这过程中，剪切力起主导作用，因此更适用于含纤维较多或者较硬的颗粒物料。

由相互啮合的定转子构成的剪切头

工作时的剪切头

3.微射流均质机

微射流均质机是近年来迅速发展起来的一类均质机，主要由均质腔和增压机构组成，均质腔内部通常为“Z”型或“Y”型的微通道，孔道大小在50um到几百微米之间。工作时，在增压机构的作用下，利用液压泵产生的高压，流体经过孔径很微小的阀心，产生几倍音速的流体，并在均质腔的微通道中快速通过，与相反方向的另一股射流进行强烈的高速撞击，产生的剪切力作用于纳米大小的细微分子，从而使流体的成分细化、均质化。

与均质阀式的高压均质机相比，微射流均质机均质压力控制是通过调节电机频率控制流速达到的。缝隙通道固定，流速越大，压力越高，剪切、碰撞力越强，均质效果也就越好。由于流速相比孔隙大小更易控制，微射流均质机能够产生更高的均质压力，使介质的颗粒极度细化,颗粒粒径可达100nm以内，并且均质后的产品还具有不沉淀、高胶状、高稳定性等优点，适用于普通纳米均质分散领域以及高附加值化妆品、纳米新材料、食品、石墨烯、药品、纳米乳/脂质体、纳米混悬液的制备领域。但由于其孔隙易堵，不适用于高粘度浆料的细化均质。

Y型单通道与多通道微射流均质机内部结构示意

小结

除了上述几类设备，其他均质机还有利用超声波振动，利用薄膜或细小通道高速通过，利用介质球磨和刀片搅拌等手段对物料进行处理的。总的来说，不同类型的均质设备在工作原理、设备结构和应用领域上存在差异，选择适合的均质设备需要考虑物料的性质、处理要求和应用需求等因素。

粉体圈 小芳

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