(一)能量轉(zhuǎn)換
均質(zhì)過(guò)程總的來(lái)說(shuō)是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程。從此角度可將所有均質(zhì)設(shè)備的運(yùn)行分為3個(gè)過(guò)程:能量來(lái)源與轉(zhuǎn)換、能量傳輸和能量使用。
能量來(lái)源與轉(zhuǎn)換
均質(zhì)設(shè)備的能量來(lái)源有三種:電能、液壓能和氣源能。
一般來(lái)說(shuō):
電能作為動(dòng)力源時(shí)是通過(guò)電機(jī)的運(yùn)行直接將電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換,作為均質(zhì)設(shè)備的動(dòng)力源;
液壓能是通過(guò)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為液壓能,再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能從而作為均質(zhì)設(shè)備的動(dòng)力源;
氣源作為動(dòng)力源時(shí),往往其壓力達(dá)不到均質(zhì)設(shè)備所需的壓力,所以實(shí)際應(yīng)用中是通過(guò)增壓?jiǎn)卧獙鈮哼M(jìn)行增壓后作為均質(zhì)設(shè)備的動(dòng)力源。
這三種動(dòng)力方式都有著各自的特點(diǎn),在市售的均質(zhì)設(shè)備中都有著比較廣泛的使用,這里做一個(gè)簡(jiǎn)要的說(shuō)明:
電能
電能直接作為均質(zhì)設(shè)備動(dòng)力源時(shí),其特點(diǎn)是能量來(lái)源和動(dòng)力傳輸都比較穩(wěn)定,其輸出壓力和設(shè)備產(chǎn)能適中,設(shè)備運(yùn)行噪音小,比較適合制藥行業(yè)的特點(diǎn),因而應(yīng)用面廣。
此類(lèi)型均質(zhì)設(shè)備最高可穩(wěn)定輸出壓力一般在2000bar左右,流量最大可到1000L/H或以上,最小型設(shè)備的單次最小樣品量可做到約5ml。
在具體選擇此類(lèi)均質(zhì)設(shè)備時(shí),需綜合考慮三個(gè)因素:樣品總量、使用壓力、單次使用時(shí)間??梢詫悠房偭亢蛦未问褂脮r(shí)間二者結(jié)合后計(jì)算出所需設(shè)備的流量,再結(jié)合使用壓力進(jìn)行均質(zhì)設(shè)備動(dòng)力的選型。其中,在進(jìn)行所需設(shè)備流量計(jì)算時(shí)需注意:與使用時(shí)間相結(jié)合的樣品總量是單次樣品量與均質(zhì)次數(shù)的乘積,且需考慮多次均質(zhì)時(shí)中途切換的時(shí)間。
液壓能
液壓能作為均質(zhì)設(shè)備動(dòng)力源時(shí),其特點(diǎn)是動(dòng)力來(lái)源和傳輸都比較穩(wěn)定,輸出壓力高,特別是高壓(2000bar以上)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性好。
一般來(lái)說(shuō)最高壓力可以達(dá)到3000bar或更高,流量也很大,可以到每小時(shí)噸級(jí)以上。但此類(lèi)型設(shè)備噪音較大,體積大,耗能大,且因泄漏造成污染的風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較大,因而在制藥行業(yè)的應(yīng)用中相對(duì)較少。但對(duì)于需要2000bar以上工作壓力的樣品,可考慮此類(lèi)型設(shè)備。
氣源能
氣源作為均質(zhì)設(shè)備的動(dòng)力源時(shí),其特點(diǎn)在于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小。但均質(zhì)設(shè)備往往所需的工作壓力高(一般在1000bar左右),所以氣源往往需要增壓后才能作為均質(zhì)設(shè)備的動(dòng)力源。
一般來(lái)說(shuō),氣源提供的壓力和流量均有限(僅限于一般的工況條件,特殊設(shè)計(jì)的氣源供應(yīng)系統(tǒng)除外),所以高壓運(yùn)行時(shí)如果設(shè)備所需流量大則容易有壓力不穩(wěn)定,出現(xiàn)大幅波動(dòng)或下降的情況。
所以,此類(lèi)型均質(zhì)設(shè)備一般比較適合于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用,可實(shí)現(xiàn)高壓功能(如3000bar),也可實(shí)現(xiàn)微量樣品均質(zhì)要求(如3ml),但生產(chǎn)上往往不合適。
能量的傳輸
動(dòng)力源將能量接收后即通過(guò)各自的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將能量轉(zhuǎn)移至工作單元,可通過(guò)機(jī)械連桿傳輸、皮帶傳輸、齒輪傳輸?shù)雀鞣N方式,該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)主要由機(jī)械設(shè)計(jì)人員考慮,主旨是使能量傳遞穩(wěn)定,損耗量最小??蛻?hù)端除考慮設(shè)備能耗因素時(shí)需著重考察外,其他不必過(guò)于關(guān)注。
均質(zhì)設(shè)備中與能量傳輸相關(guān)的部分屬機(jī)械部分知識(shí),與具體應(yīng)用的關(guān)聯(lián)性不大,這里就不做詳細(xì)介紹了。
能量的使用
能量來(lái)源已有,也傳輸過(guò)來(lái)了,如何才能把這些能量用好呢?這就可以關(guān)聯(lián)到具體應(yīng)用項(xiàng)目中來(lái)了。
均質(zhì)設(shè)備的能量使用單元即為均質(zhì)單元。均質(zhì)單元通過(guò)其特殊的結(jié)構(gòu)和流道設(shè)計(jì),能產(chǎn)生很高的背壓。其過(guò)程為:動(dòng)力傳輸單元將樣品輸送至均質(zhì)單元的背壓模塊時(shí),由于其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使樣品流道急劇變小,進(jìn)而對(duì)樣品粒子進(jìn)行增壓、增速,并在特殊結(jié)構(gòu)中進(jìn)行爆破、碰撞、剪切,能量也就在此過(guò)程中傳遞給樣品粒子,使其破碎,粒徑變小。
此單元主要有兩方面的因素會(huì)極大影響均質(zhì)的效果:能量轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)熱量。
從均質(zhì)單元類(lèi)型上來(lái)說(shuō)有分體狹縫式(也稱(chēng)均質(zhì)閥式)和整體狹縫式(也可稱(chēng)微射流腔)。均質(zhì)閥式有劇烈釋壓型和溫和釋壓型;微射流腔有Z型和Y型。這幾種不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型在實(shí)際使用中都非常廣泛,差別也較大。