Giới thiệu chung
Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp và nghiên cứu khoa học, máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao đã nổi lên như những công cụ không thể thiếu. Ý nghĩa của chúng nằm ở khả năng pha trộn, phân tán và nhũ hóa các chất khác nhau với độ chính xác và hiệu quả cao. Trong môi trường công nghiệp, từ sản xuất mỹ phẩm, nơi kết cấu mịn và nhất quán của kem và sữa dưỡng là rất quan trọng, đến sản xuất sơn và lớp phủ đòi hỏi sự phân tán sắc tố đồng đều để có màu sắc nhất quán và hoàn thiện chất lượng, máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao đóng một vai trò then chốt. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, chúng được sử dụng để tạo ra các nhũ tương ổn định trong các sản phẩm như mayonnaise, nước xốt salad và đồ uống từ sữa, tăng cường cả hương vị và thời hạn sử dụng của các mặt hàng này.
Trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu và dược phẩm, máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao rất cần thiết để phát triển các vật liệu mới và hệ thống phân phối thuốc. Ví dụ, trong quá trình tổng hợp các hạt nano để phân phối thuốc, các máy này được sử dụng để kiểm soát chính xác kích thước và sự phân bố của các hạt, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và độ an toàn của thuốc.
Với các ứng dụng và tầm quan trọng sâu rộng của chúng, nghiên cứu điển hình sau đây đi sâu vào cách máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao đã được áp dụng thành công trong một dự án cụ thể, làm nổi bật các chi tiết vận hành, hiệu suất và kết quả thu được.
Thách thức trước khi sử dụng thiết bị
Trước khi tích hợp máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao vào quy trình sản xuất của mình, khách hàng đã phải đối mặt với một loạt các thách thức khó khăn trong lĩnh vực trộn và phân tán vật liệu.
1. Tính đồng nhất của việc trộn không đủ
Thiết bị trộn truyền thống mà khách hàng sử dụng không thể đạt được mức độ đồng nhất cao. Ví dụ, khi trộn các vật liệu gốc lỏng có độ nhớt khác nhau, hỗn hợp thu được thường có các vệt có thể nhìn thấy và phân bố không đều. Trong một lô sản xuất sản phẩm cụ thể, các mẫu lấy từ các phần khác nhau của hỗn hợp cuối cùng cho thấy sự khác biệt đáng kể về nồng độ của các thành phần chính. Nồng độ của Thành phần A, được cho là phân bố đều ở mức 10% trong toàn bộ hỗn hợp, dao động từ 7% đến 13% trong các mẫu khác nhau. Sự thiếu đồng nhất này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của sản phẩm. Trong trường hợp một sản phẩm giống như sơn mà họ đang sản xuất, sự phân tán sắc tố không đều dẫn đến sự xuất hiện màu sắc không nhất quán trên bề mặt được phủ, với một số khu vực xuất hiện tối hơn hoặc sáng hơn so với dự kiến.
2. Hoạt động kém hiệu quả
Quá trình trộn mất rất nhiều thời gian. Một lô trộn vật liệu điển hình lẽ ra chỉ mất không quá 2 giờ theo kế hoạch sản xuất thường kéo dài đến 5 - 6 giờ. Điều này chủ yếu là do hoạt động tốc độ chậm của máy trộn kiểu cũ và việc nó không thể nhanh chóng phá vỡ và phân tán các chất kết tụ trong vật liệu. Tốc độ trộn chậm không chỉ làm tăng chu kỳ sản xuất mà còn chiếm một lượng lớn thiết bị sản xuất và nguồn lực lao động trong thời gian kéo dài này. Ví dụ, trong một đợt sản xuất yêu cầu trộn 500 lít nguyên liệu thô, quá trình trộn kéo dài có nghĩa là dây chuyền sản xuất không thể được sử dụng cho các nhiệm vụ khác trong thời gian đó, làm giảm tổng công suất sản xuất của nhà máy.
3. Chất lượng sản phẩm không ổn định
Sự kết hợp giữa việc trộn không đồng đều và kém hiệu quả dẫn đến chất lượng sản phẩm rất không ổn định. Tỷ lệ loại bỏ của khách hàng đối với các sản phẩm hoàn thiện do các vấn đề về chất lượng lên tới 15%. Các sản phẩm bị lỗi thể hiện các vấn đề như kết cấu không nhất quán, sự tách biệt của các thành phần theo thời gian và hiệu suất kém trong việc đáp ứng các thông số kỹ thuật yêu cầu. Trong các sản phẩm liên quan đến thực phẩm mà họ sản xuất, chất lượng không nhất quán dẫn đến các khiếu nại của khách hàng về hương vị khác thường và trải nghiệm hương vị không nhất quán. Điều này không chỉ làm tổn hại đến hình ảnh thương hiệu của công ty trên thị trường mà còn làm tăng đáng kể chi phí sản xuất. Chi phí làm lại các sản phẩm bị lỗi, loại bỏ các mặt hàng không đạt tiêu chuẩn và giải quyết các khiếu nại của khách hàng đã cộng lại thành một gánh nặng tài chính đáng kể, với ước tính thiệt hại là 50.000 đô la mỗi tháng do các vấn đề liên quan đến chất lượng này.
Giới thiệu về Máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao
Máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao được giới thiệu cho khách hàng là một thiết bị hiện đại với công nghệ tiên tiến và các tính năng độc đáo.
Các công nghệ chính và nguyên tắc làm việc
- Hệ thống Rotor - Stator tốc độ cao
- Trọng tâm của máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao là cơ chế rotor - stator tốc độ cao của nó. Rotor, được điều khiển bởi một động cơ công suất cao, quay với tốc độ cực cao, thường đạt tới vài nghìn vòng/phút. Ví dụ, trong mô hình do khách hàng sử dụng, rotor có thể quay với tốc độ lên đến 10.000 vòng/phút. Khi rotor quay, nó tạo ra một lực ly tâm mạnh.
- Lực ly tâm do rotor quay tốc độ cao tạo ra buộc các vật liệu di chuyển nhanh chóng từ tâm của rotor ra mép ngoài. Trong quá trình này, các vật liệu đi qua các khe hẹp giữa rotor và stator. Các khe này được thiết kế chính xác để rất nhỏ, thường trong khoảng 0,5 - 2 mm, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và bản chất của vật liệu đang được xử lý.
- Khi các vật liệu đi qua các khe hẹp giữa rotor và stator, chúng phải chịu các lực cắt mạnh. Hành động cắt tương tự như hiệu ứng của một cặp kéo sắc cắt qua một vật liệu, nhưng ở quy mô nhỏ hơn và mạnh hơn nhiều. Lực cắt này phá vỡ hiệu quả các hạt lớn thành các hạt nhỏ hơn nhiều. Ví dụ, trong trường hợp các hạt rắn phân tán trong chất lỏng, các chất kết tụ lớn bị phá vỡ thành các hạt riêng lẻ hoặc các cụm nhỏ hơn nhiều.
- Ngoài việc cắt, các vật liệu cũng trải qua các lực nghiền. Tác động tốc độ cao của các vật liệu vào thành của stator và những thay đổi nhanh chóng về hướng dòng chảy trong các khe hẹp khiến các hạt bị nghiền nát, làm giảm thêm kích thước của chúng và thúc đẩy sự phân tán tốt hơn.
- Sự quay tốc độ cao của rotor cũng tạo ra dòng chảy hỗn loạn mạnh mẽ trong buồng trộn. Sự hỗn loạn được đặc trưng bởi chuyển động chất lỏng không đều và hỗn loạn. Trong bối cảnh của máy nhũ hóa, những dòng chảy hỗn loạn này đảm bảo rằng các vật liệu được trộn liên tục và kỹ lưỡng. Chúng ngăn chặn sự hình thành các vùng ứ đọng trong hỗn hợp và giúp phân phối các thành phần đều khắp thể tích. Việc trộn hỗn loạn hiệu quả đến mức nó có thể nhanh chóng pha trộn các vật liệu có độ nhớt, mật độ và tính chất hóa học khác nhau.
Các tính năng chính
- Máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao mang lại độ chính xác trộn đặc biệt. Nó có thể đạt được mức độ đồng nhất cao trong hỗn hợp, với hệ số biến thiên (CV) của nồng độ thành phần thường nhỏ hơn 2%. Điều này có nghĩa là nồng độ của mỗi thành phần trong hỗn hợp cuối cùng rất nhất quán trên các mẫu khác nhau lấy từ hỗn hợp. Ví dụ, khi trộn nhiều thành phần lỏng để tạo ra một dung dịch đồng nhất, máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao có thể đảm bảo rằng nồng độ của mỗi thành phần thay đổi không quá 2% so với giá trị mục tiêu, dẫn đến một sản phẩm có chất lượng rất nhất quán.
- Thiết bị này được thiết kế để hoạt động hiệu quả cao. Nó có thể giảm đáng kể thời gian trộn so với các phương pháp trộn truyền thống. Đối với các lô sản xuất của khách hàng, những gì đã từng mất 5 - 6 giờ với máy trộn kiểu cũ giờ đây có thể được hoàn thành trong vòng 1 - 2 giờ bằng cách sử dụng máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao. Điều này chủ yếu là do tốc độ quay cao, lực cắt mạnh và trộn hỗn loạn hiệu quả, giúp nhanh chóng phá vỡ và phân tán các vật liệu, đẩy nhanh quá trình trộn.
- Các thông số có thể điều chỉnh
- Máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao đi kèm với các thông số có thể điều chỉnh như tốc độ rotor, thời gian trộn và cường độ cắt. Các tính năng có thể điều chỉnh này cho phép linh hoạt tuyệt vời trong việc xử lý các loại vật liệu khác nhau. Ví dụ, khi xử lý các vật liệu có độ nhớt cao, người vận hành có thể tăng tốc độ rotor để tạo ra các lực cắt mạnh hơn để phá vỡ vật liệu một cách hiệu quả. Ngược lại, đối với các vật liệu tinh tế hơn, nhạy cảm với việc cắt tốc độ cao, tốc độ rotor có thể được giảm để tránh làm hỏng vật liệu trong khi vẫn đạt được kết quả trộn và phân tán mong muốn.
Quy trình ứng dụng trong dự án
Lắp đặt và vận hành
- Chuẩn bị môi trường lắp đặt
- Địa điểm lắp đặt đã được lựa chọn cẩn thận để đáp ứng các yêu cầu của thiết bị. Đó là một phòng thông gió tốt và kiểm soát nhiệt độ trong cơ sở sản xuất. Sàn nhà được gia cố để chịu được trọng lượng của máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao, nặng khoảng 500 kg. Nhiệt độ phòng được duy trì ở mức 25 ± 2°C và độ ẩm tương đối được giữ trong khoảng 40% - 60%. Điều kiện môi trường ổn định này là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động bình thường của thiết bị và ngăn ngừa bất kỳ hư hỏng tiềm ẩn nào cho các bộ phận của nó do nhiệt độ quá cao hoặc độ ẩm cao.
- Quá trình lắp đặt bắt đầu bằng việc mở gói cẩn thận máy nhũ hóa phân tán tốc độ cao. Sau đó, thiết bị được nâng lên vị trí bằng xe nâng có sức nâng 1 tấn. Bốn chân đỡ của máy nhũ hóa được căn chỉnh và cân bằng chính xác bằng thước thủy tinh có độ chính xác cao. Các vít điều chỉnh ở dưới cùng của chân đỡ được sử dụng để tinh chỉnh độ bằng phẳng cho đến khi độ lệch nằm trong khoảng ± 0,5 mm. Sau khi đảm bảo độ bằng phẳng, thiết bị được bắt chặt vào sàn để ngăn chặn bất kỳ chuyển động nào trong quá trình vận hành.
- Kết nối đường ống và điện
- Các đường ống đầu vào và đầu ra được làm bằng thép không gỉ chất lượng cao với độ dày 3 mm để chịu được dòng chảy tốc độ cao và áp suất cao của vật liệu. Các đường ống được kết nối với máy nhũ hóa bằng các đầu nối kiểu mặt bích với vòng đệm chịu nhiệt độ cao và áp suất cao. Việc đi dây điện được thực hiện bởi một thợ điện chuyên nghiệp. Nguồn điện, với điện áp 380V và tần số 50Hz, được kết nối với tủ điều khiển của thiết bị. Tủ điều khiển được trang bị các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ rò rỉ để đảm bảo an toàn khi vận hành.
- Trước khi vận hành lần đầu, một cuộc kiểm tra toàn diện đã được thực hiện. Hệ thống rotor - stator đã được kiểm tra xem có bất kỳ vật lạ hoặc bộ phận lỏng lẻo nào không. Hệ thống bôi trơn được đổ đầy dầu bôi trơn chất lượng cao và mức dầu được xác minh là nằm trong phạm vi bình thường. Hệ thống điện đã được kiểm tra để đảm bảo nối đất thích hợp và đi dây chính xác.
- Quá trình vận hành bắt đầu bằng một lần chạy thử nghiệm tốc độ thấp. Rotor được đặt để quay ở tốc độ 1000 vòng/phút và thiết bị được theo dõi trong 15 phút. Trong thời gian này, mức độ rung, nhiệt độ tăng và mức độ tiếng ồn đã được đo. Mức độ rung được đo bằng máy đo độ rung và được phát hiện là nằm trong phạm vi cho phép là 0,5 - 1,0 mm/s. Nhiệt độ của động cơ và các bộ phận chính được theo dõi bằng nhiệt kế hồng ngoại và không quan sát thấy sự tăng nhiệt độ bất thường. Mức độ tiếng ồn, được đo bằng máy đo mức âm thanh, dưới 80 dB(A), đáp ứng các yêu cầu về môi trường. Sau khi chạy thử nghiệm tốc độ thấp, tốc độ rotor đã tăng dần lên tốc độ định mức là 8000 vòng/phút và thiết bị đã được vận hành liên tục trong 30 phút nữa để kiểm tra thêm.
