转子-定子混合器的分类
可以从不同的制造商那里获得各种各样的转子-定子混合器设计，包括Silverson，Ross，Chemineer，IKA Works，Rayneri和Siefer等。根据操作方式的不同，可将其大致分为间歇式或在线（连续）混合器。还有其他可用于分类的标准。根据混合器出口的流动方向，它们可以分为径向和轴向排放混合器，并且根据转子和定子的设计/形状，可以区分胶体磨，齿形装置和径向排放高剪切混合器。图1示意性地显示了最常用的转子-定子混合器类型。 胶体磨是在线混合器（图1a），通常在搅拌容器预处理过的粗乳液进一步处理成非常细的液/液乳液时使用，也被用于防止不同类型的纳米粉体（包括颜料）的聚集和帮助他们分散。其结构是由具有平滑或带凹槽表面的定子和圆锥形转子构成，以及带有各种可调节尺寸的非常狭窄间隙。转子和定子的表面类型会影响液体的流动状态，光滑的表面会促进层流流动，而开槽的表面会促进湍流流动。可变的间隙宽度可确保沿流动方向的速度梯度（速度差），这会产生令非常粘稠的液滴破裂所必需的拉伸应力。平均能耗率相当高，大约为105-106Wkg-1，但泵送能力却非常低；因此，胶体磨通常作为在线混合器与外部输送泵结合使用。胶体磨具有圆锥形的转子和定子，因此可以通过轴向移动定子以关闭或打开间隙，从而调节转子-定子之间的间隙，从而使液滴尺寸由转子速度和转子-定子间隙来共同控制。与其他类型的转子-定子混合器相比，有报道指出的关闭间隙将导致剪切速率增加的特性正是胶体磨的主要优势之一，但是，减小间隙尺寸确实会导致产能下降。胶体磨适用于处理分散相体积分数非常高的乳液，例如沥青乳化，并已被用于蛋黄的乳化器，用于制造分散80％油在水中的蛋黄酱。胶体磨还用于制造油包水型乳剂，例如用于重型内燃机的环保燃料，可减少细小固体颗粒和NOX的排放。图1 转子-定子混合器的类型：(a) 胶体磨，(b)在线径向排放高剪切混合器，(c)齿形混合器，(d) 间歇式径向排放混合器 在线径向排放混合器的特点是吞吐量高，泵送能力好，能耗低。它们非常灵活，经常被推荐用于生产不同产品的生产线中的混合设备。与其他乳化装置（例如高压均化器）相比，这些混合器相对便宜且操作简单，并且通常被认为在工厂环境中坚固耐用。在这种类型的混合器中，分散相可以直接注入到高剪切/湍流区域，这样的混合方式比将分散相注入管道或储罐中再进行高剪切要快得多。这对于有快速化学反应的系统过程或要将低密度固体添加并分散到液相中时可能非常重要。通常，在线径向排放混合器以单个转子-定子单元的形式提供，但对于要求更高的过程（例如高粘度油的分散），也可以提供多个转子-定子单元的组合体。通常，多个转子定子产生更高的剪切力和更强烈的湍流，因此可以缩短处理时间并更精确地控制液滴尺寸。它们用于制造具有相对窄的粒径尺寸分布的非常细的液滴/固体颗粒的乳液和悬浮液，因为设计的目的是使所有工艺流都通过强度相似的剪切/湍流区域。它们通常配有一系列可互换的筛网，使其在不同的应用中具有多功能性和灵活性，因而可在许多行业中使用。在石油工业中，Silverson混合器已用于在pH为2的水连续相中对硬沥青和软沥青进行中试乳化。在化学工业中，在线混合器已用于在农药和除草剂生产中将高浓度的不溶成分分散在连续的水相中，还用于分散聚甲基丙烯酸酯和苯乙烯基共聚物以改善润滑油的粘度控制。 卫生型径向排放转子－定子混合器广泛用于个人护理，食品和制药行业。在个人护理产品行业中，它们被用于分散复合表面活性剂形成的难以分散的中间相，也被用于在唇膏生产中分散蜡和颜料。也会借助转子-定子混合器制备局部用药膏和无菌药膏的热敏活性成分，咳嗽混合物和药物糖浆制备过程中常有的高浓度糖和增稠剂的溶解，这些工艺过程也会借助这些装置来实施。在食品和饮料工业中，它们已被用于在碳酸饮料中分散人造甜味剂和混浊剂，以及分散在果汁和碳酸饮料中用作增稠剂的树胶，淀粉和海藻酸盐，以及用于加工蛋黄酱和沙拉酱。 齿形混合器（图1c）既可作为在线连续混合器，也可作为间歇式混合器使用，并且由于其开放式结构，它还具有相对较好的泵送能力。因此，在间歇式生产的应用中，即使在相对较大的混合容器中，它们也经常不需要额外的叶轮来辅助（翻滚）导流。大多数制造商都提供各种不同转子-定子设计款式，以适应液-液系统中的乳化以及固液系统中的一系列工艺要求，例如掺入（混合），湿磨和液体中固体颗粒的均质化。这些混合器也被用于食品工业，以制造冰淇淋，人造黄油和色拉调料；在化妆品和个人护理产品中被用于制造面霜和乳液；以及用于特种化学品制造中蜡和凡士林的微胶囊化处理。它们在造纸工业中也很流行，被用于加工高粘度和非牛顿纸浆以及被用于油漆和涂料的制造过程中。据报道，Ultra-Turrax混合器已被用于制造液滴尺寸小于1 µm的乳液型脂质载体，并已在乳液聚合中生产300nm左右的液滴。如此小滴的乳液通常是使用低能效的超声设备制造的，这些结果表明，在许多过程中，尤其是在液滴大小不能超过5 µm的药物乳液中，超声乳化设备可以用更便宜，更高效的转子-定子混合器代替。Maa和Hsu使用流通式齿形混合器将牛血清白蛋白水溶液中的油相乳化，从而在双乳化微囊化工艺中制备初级乳化液。Masmoudi等表明，转子-定子这种类型的混合器可用于制备五种基本的药物和化妆品水包油乳液，他们分别代表药物和化妆品乳膏的类型，而Yuan等人使用转子-定子均质器来制备将香精封装在聚合单体中的微胶囊模型。在石油加工中，使用齿形混合器将含非离子表面活性剂的水相乳化到标准的低硫柴油中，以形成与欧洲商业柴油配方相同的柴油包的水乳液，其特点是可大大减少汽车尾气中黑烟和NOX的排放。 间歇式径向排放混合器（例如Silverson和Ross混合器）（图5.1d）具有相对简单的设计，转子配有四个叶片，这些叶片将流体泵过固定的定子，定子上开有不同形状/尺寸的孔或槽。它们通常配有一组易于互换的定子，使同一台机器可以适用于一系列操作，例如乳化，均质，混合，减小粒度和防止聚集。从一个筛网切换到另一个筛网既快速又简单。图5.2显示了Silverson的间歇式混合器的不同定子/筛网。建议使用通用破碎定子（图5.2a）处理固体破碎/溶解，凝胶和增稠剂的制备以及浆液处理，而开槽破碎定子（图5.2b）设计用于分解纤维材料（例如动物和动物组织），弹性材料比如橡胶和聚合物。建议使用方孔筛网（图5.2c）来快速减小可溶和不溶性固体粉末的粒径，也适合于制备乳液和精细的胶体悬浮液，而标准乳化筛网（图5.2d）用于液体–液体乳化。图2（a–d）Silverson的间歇式径向排放混合器中使用的定子 径向排放，高剪切混合器广泛用于食品，化工，化妆品和制药等行业。在食品加工中，它们可用于制造糖果以及宠物食品和调味料。在高级食品加工中，通过使用Silverson的混合器将菜籽油中j-角叉菜胶水溶液和亲水性保健食品和脂肪替代品水溶液热乳化成为微凝胶珠；也可以用这类混合器中制备的水包油型乳化稳定蛋白质被用于各种食品之中。Silverson的间歇式转子-定子混合器也被用于在含有不同类型表面活性剂的水相中，防止染料纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒聚集并均匀分散。在类似的应用中，Silverson的转子-定子混合器被用于化妆品和制药行业，以制备浓缩液-液和液-固乳液，例如面霜，乳液，睫毛膏和除臭剂，这是最常见的应用。
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