高剪切乳化機(jī)在乳化瀝青、改性瀝青生產(chǎn)中的應(yīng)用

一、高剪切乳化機(jī)的起源、應(yīng)用和發(fā)展

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　　目前在世界上通行的乳化機(jī)代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。

   1、美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專業(yè)性混合設(shè)備制造公司，以生產(chǎn)混合器、混合機(jī)和研磨機(jī)而聞名于世。ROSS公司的乳化機(jī)具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能，其特點(diǎn)是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯。

   2、日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機(jī)化工業(yè)株式會社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥區(qū)）。其乳化機(jī)的特點(diǎn)是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復(fù)合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國的典型應(yīng)用代表是北京資生堂。

   3、德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實(shí)驗(yàn)室分析設(shè)備方面有著優(yōu)勢，產(chǎn)品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進(jìn)行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設(shè)備方面不具有優(yōu)勢，其用戶代表有深圳小護(hù)士。

　　高剪切技術(shù)具有卓越的混合、粉碎、分散、乳化等功能，對于SBS、SBR等高分子彈性材料有特別顯著的粉碎效果，能有效解決各類物料的粉碎、乳化難題，取代了傳統(tǒng)的膠體磨設(shè)備。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，具有能耗低、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、超細(xì)化四大優(yōu)勢。由于高剪切技術(shù)具有超強(qiáng)的粉碎、乳化功能，從而贏得了巨大的市場。過去改性瀝青的生產(chǎn)只能依靠進(jìn)口設(shè)備，而今天高剪切已取代了進(jìn)口膠體磨，使改性瀝青生產(chǎn)的設(shè)備終于國產(chǎn)化。

   管線式高剪切分散乳化機(jī)是用于連續(xù)生產(chǎn)或循環(huán)處理精細(xì)物料的高性能設(shè)備，在狹窄空間的腔體內(nèi)，裝有1-3組偶咬合的多層定轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在馬達(dá)的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)勁的軸向吸力將物料吸入腔體。在Z短的時(shí)間內(nèi)對物料分散、剪切、乳化處理，使粒徑分布范圍變窄，由此可制得精細(xì)的長期穩(wěn)定的產(chǎn)品。

　　管線式高剪切分散乳化機(jī)是把九臺高剪切乳化機(jī)融為一體，用一臺三級管線式乳化泵就可以一次完成，節(jié)約能耗，降低了生產(chǎn)成本。目前國內(nèi)的改性瀝青設(shè)備制造廠家，主要采用以研磨為主、剪切為輔的設(shè)備，整個(gè)工藝流程需要三臺膠體磨來工作，既增加了設(shè)備總投資，Z終的細(xì)度還是不盡人意，而乳化機(jī)不同于傳統(tǒng)的膠體磨，傳統(tǒng)膠體磨每臺只有一對磨盤，每對磨盤Z多二層結(jié)構(gòu)，乳化機(jī)有三級轉(zhuǎn)、定子結(jié)構(gòu)，每級六層，生產(chǎn)效率相當(dāng)于膠體磨的9倍。生產(chǎn)過程中物料經(jīng)一次剪切，細(xì)度可達(dá)到0.5μm以下，大大提高了產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)，確保了用戶產(chǎn)品在市場上的競爭力，目前威宇的此項(xiàng)技術(shù)已成功的解決了SBS離析和改性瀝青再乳化的世界性難題，并且已獲得七項(xiàng)國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，產(chǎn)品質(zhì)量獲得了英國MOODY國際認(rèn)證證書，實(shí)現(xiàn)了國人“國際品質(zhì)，本土價(jià)位”的愿望。

　　（二）應(yīng)用

　　高剪切乳化機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，諸如粘合劑、油漆涂料、化妝品、食品、藥品、塑料樹脂、印染、油墨、瀝青等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。

   精細(xì)化工：塑料、填料、膠粘劑、樹脂、硅油、密封劑、漿料、表面活性劑、碳黑、消泡劑、光亮劑、皮革助劑、混凝劑等

   石油化工：重油乳化、柴油乳化、潤滑油

   日用化工：洗衣粉、濃縮洗衣粉、液體洗滌劑、各類化妝品、護(hù)膚品

   涂料油墨：乳膠漆、內(nèi)外墻涂料、水性油性涂料、納米涂料、涂料助劑、印刷油墨、打印墨水、紡織染料、顏料

   生物醫(yī)藥：糖衣、注射劑、抗菌素、蛋白質(zhì)分散劑、藥乳膏、保健品

   農(nóng)藥化肥：殺蟲劑、除草劑、藥乳油、農(nóng)藥助劑、化肥

   食品工業(yè)：巧克力外殼、水果漿、芥茉、渣餅、色拉調(diào)料、軟飲料、芒果汁、番茄漿、糖溶液、食用香精、添加劑

   納米材料：納米碳酸鈣、納米涂料、各類納米材料添加劑

   道路瀝青：普通瀝青、改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青

　?。ㄈ┌l(fā)展

　　l 1988年，D一臺高剪切乳化機(jī)在中國試制成功（原國營啟東長江廠）

　　l 2000年，D一臺高剪切乳化機(jī)在納米碳酸鈣的合成中成功應(yīng)用（內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù)）

　　l 2001年，D一臺高剪切乳化機(jī)應(yīng)用于瀝青 （上海威宇和長安大學(xué)合作）

　　l 2002年，國內(nèi)200KW乳化機(jī)應(yīng)用成功（克拉瑪依煉油廠）

　　l 2004年，國內(nèi)生產(chǎn)用管線式乳化機(jī)（泵）以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功（北京某研究所）

　　二、高剪切乳化機(jī)的工作原理

　　高剪切乳化泵是乳化及改性瀝青設(shè)備系統(tǒng)的核心部分，瀝青乳化的成功與否、生產(chǎn)能力及效率的高低很大程度上取決于乳化泵的性能。

　　1、高剪切乳化機(jī)具有以下幾項(xiàng)基本功能：

　　l 剪切作用

　?。?）物料通過轉(zhuǎn)子外徑與定子內(nèi)徑瞬間受到強(qiáng)力的機(jī)械剪切作用。

　?。?）復(fù)雜而激烈的流體運(yùn)動帶動顆粒相互撞擊，以及顆粒與轉(zhuǎn)定子進(jìn)行撞擊，從而形成不可小視的液力剪切作用。

　　l 摩擦（揉搓）作用

　　物料在轉(zhuǎn)子外徑與定子內(nèi)徑間受到強(qiáng)力的研磨和撕裂。

　　l 泵送混合作用

　　通過轉(zhuǎn)子割槽和葉片的旋轉(zhuǎn)帶動流體離心運(yùn)動，產(chǎn)生泵送作用。轉(zhuǎn)子割槽與定子割槽及離心葉片的攪動，產(chǎn)生混合作用。

　　2、工作原理：

　　在電動機(jī)的驅(qū)動下，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子推動物料作離心運(yùn)動，使轉(zhuǎn)子中心部分形成強(qiáng)大的負(fù)壓，吸引乳化機(jī)進(jìn)料口的物料向中心運(yùn)動。大小不等的多組份物料擠出多層轉(zhuǎn)子和定子割槽的瞬間被相對線速度高達(dá)36m/s（?290轉(zhuǎn)子，無定子乳化泵為72m/s）的鋒刃、撞擊、切割、撕裂的粉碎。與此同時(shí)，不可小視的翻江倒海般的液力剪切同步發(fā)生作用，也就是機(jī)械剪切與液力剪切同時(shí)在作用，使顆粒間互相研磨、撞擊。好不容易通過這道門檻的細(xì)小粒子又不知不覺被第二個(gè)負(fù)壓中心吸住。一些尚未散架的疏松粒子，經(jīng)不住負(fù)壓的催激素被裂化成更小的顆粒，反過來，一些被負(fù)壓洗禮過的粒子變得更容易被分散，細(xì)小固體顆粒與液滴的親和與排斥不斷進(jìn)行，從而分散乳化，便在不知不覺中一次性完成。