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高壓微射流均質(zhì)機選購指南(上)——主要參數(shù)篇

 更新時間:2020-09-04  點擊量:3375

高壓微射流均質(zhì)機選購指南(上)——主要參數(shù)篇

 

在確認(rèn)使用高壓微射流均質(zhì)機作為精細(xì)工藝的工具后,用戶們便開始面臨諸多產(chǎn)品選購的疑惑,比如:該選用多大壓力的設(shè)備?設(shè)備的處理流量應(yīng)該選擇多大?設(shè)備實際的處理能力是否能達(dá)到要求?以及關(guān)鍵的:價格是否在預(yù)算范圍之內(nèi)等等。

 

本系列文章旨在于為有意向選購高壓微射流均質(zhì)機,但尚未確定適配參數(shù)和具體預(yù)算的用戶提供一些建議;幫助用戶梳理該類型設(shè)備的原理、核心軟硬件功能、參數(shù)意義等,從而能夠?qū)氋F的花在刀刃上,終選購得一款適合自身的高壓微射流均質(zhì)機。

 

  • 均質(zhì)壓力

均質(zhì)壓力:

既選擇了高壓均質(zhì)設(shè)備,許多用戶便自然而然地將首要關(guān)注點放在了“設(shè)備能達(dá)到多高的壓力”上。其實,“高壓”僅是相對條件下的“因”,而“均質(zhì)效果”、“分散效果”才是需要實際考察的“果”。

設(shè)備是否能夠達(dá)到2000bar(29000psi)還是3000bar(45000psi)對于絕大多數(shù)行業(yè)的應(yīng)用而言并無太大意義,通常使用1000bar至1750bar(約15000psi至25000psi)并搭配的金剛石均質(zhì)腔(Y型75μm孔徑、Z型87μm孔徑),所產(chǎn)生的超高剪切力已經(jīng)能夠滿足物料的均質(zhì)、分散、乳化等要求,減小粒徑、降低粒徑分布*。

 

壓力穩(wěn)定:

微射流均質(zhì)機能夠立足于高附加值、復(fù)雜配方、制劑等應(yīng)用的根本,是其長時間持續(xù)穩(wěn)定而均勻的壓力輸出——配合固定孔徑的均質(zhì)腔從而使得樣品在均質(zhì)過程中受到的剪切力、碰撞力等工藝條件基本相同。

因此在選購時可細(xì)心對比觀察均質(zhì)過程中實際達(dá)到的壓力是否與設(shè)定的壓力值相符,大偏差為多少psi?多久能穩(wěn)定?能穩(wěn)定多久?等等。

 

壓力輸出間隔:

高壓微射流均質(zhì)機以增壓模塊驅(qū)動柱塞推動物料,那么穩(wěn)定的壓力輸出與柱塞回拉、推動的時間間隔息息相關(guān)。設(shè)計精良的微射流均質(zhì)機具備品質(zhì)更好的動力傳輸裝置,能夠盡可能的減少柱塞回拉加壓過程中的“零壓力時間(zero pressure time)”,用戶在考察選購時須留心觀察此點,即柱塞每一次推動的時間間隔不應(yīng)過長,孰優(yōu)孰劣當(dāng)下立判。

 

注:不斷反復(fù)的較長零壓力時間意味著微射流均質(zhì)機的看家本領(lǐng)(穩(wěn)定輸出壓力)將大打折扣,樣品則無法獲得充分的均質(zhì)效果,在處理量放大、工藝放大后將盡覽無疑;因零壓力而停留在均質(zhì)腔中遭受到的“烘烤”環(huán)境對于溫度敏感樣品而言無疑是毀滅性的破壞。(均質(zhì)腔內(nèi)部將因均質(zhì)壓力帶來不同程度的升溫)

 

  • 處理流量

在確認(rèn)比對均質(zhì)壓力相關(guān)的功能及參數(shù)后,隨之而來的便是:高壓微射流均質(zhì)機的產(chǎn)量多大?處理流量是多少?一批次樣品需要處理多久?等等問題。

那么實際運行過程中,我們會遇到哪些值得關(guān)注的點呢?

 

參數(shù)流量:

通常設(shè)備標(biāo)注的參數(shù)上,處理流量的數(shù)值是以水為例。針對不同物料的具體流量與其自身濃度、粘度等有關(guān),搭配不同規(guī)格孔徑的均質(zhì)腔亦是考量因素之一。均質(zhì)壓力穩(wěn)定與否也決定了處理流量的穩(wěn)定情況。

 

實際產(chǎn)量:

  • 均質(zhì)效果

實驗、生產(chǎn)過程中所能達(dá)到的實際產(chǎn)量還需結(jié)合工藝要求的“均質(zhì)次數(shù)”進(jìn)行考量,能夠“*”達(dá)到目標(biāo)效果的設(shè)備無疑是產(chǎn)品。

例如:在使用相同壓力、相同規(guī)格金剛石均質(zhì)腔,PSI-20及Nano兩款高壓微射流均質(zhì)機制備的樣品平均粒徑相差不大(如200nm±15nm),但在影響產(chǎn)品性質(zhì)、穩(wěn)定性、功能性的“尾端大顆粒(如1-10μm)”的分散效果方面,PSI-20總能夠比后者少一次均質(zhì)次數(shù)達(dá)到要求;某配方工藝下,使用高壓閥式均質(zhì)機需循環(huán)處理8次能夠達(dá)到要求,而高壓微射流均質(zhì)機僅需2次便能滿足……

  • 連續(xù)運行能力

考量實際產(chǎn)量的另一標(biāo)準(zhǔn)為連續(xù)運行能力,小試、實驗型高壓微射流均質(zhì)機由于硬件限制通常需要較長時間進(jìn)行增壓(意味著較長的零壓力時間)以達(dá)到高壓工況,往往連續(xù)運行30至60分鐘時便需要停機冷卻。具備發(fā)動機冷卻循環(huán)功能的設(shè)備則無此煩惱,當(dāng)動力系統(tǒng)達(dá)到一定溫度閾值時,外接的冷水或自來水便能夠確保發(fā)動機油溫保持在適宜的工作溫度下,以使得設(shè)備進(jìn)行連續(xù)數(shù)小時的穩(wěn)定高壓運行。

 

針對高壓微射流均質(zhì)機核心的兩項參數(shù)——壓力、流量,相信大家此時心中已經(jīng)有了大致判斷。有關(guān)實際使用過程中可能遇到的使用效率及適配度問題,特此例舉兩點進(jìn)行收尾總結(jié):

 

微量研發(fā):事實上微量樣品的均質(zhì)面臨著非??量痰臈l件——1.樣品如何很好的預(yù)處理、分散?2.均質(zhì)壓力尚未穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定值,樣品已經(jīng)循環(huán)1次完畢。3.桌面型微射流均質(zhì)機(通常為流量3-10L/h)的壓力輸出間隔較長,如何確保工藝的穩(wěn)定?等等(關(guān)于微量樣品的高壓微射流均質(zhì),我們將另起一文進(jìn)行討論)。

因此筆者建議除稀有、珍貴樣品外,盡可能多準(zhǔn)備一些樣品,并選用壓力更為穩(wěn)定、輸出間隔更短,同時能夠控制死體積量的“中試”設(shè)備進(jìn)行研發(fā)實驗(各行業(yè)定義小試、中試、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不同)。

 

小規(guī)模生產(chǎn):若樣品需要較多次數(shù)的均質(zhì),且用戶希望能夠穩(wěn)定達(dá)到每小時數(shù)升的產(chǎn)量時,則不建議選購流量為15L/h(250ml/min以下的“實驗型微射流均質(zhì)機”進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)。低流量狀態(tài)下的循環(huán)制備及停機需求不僅使得實際產(chǎn)量大打折扣,同時更為頻繁的總使用次數(shù)將使設(shè)備維護(hù)成本陡然上升。