Về máy đồng hóa (Homogenizer)

Về Máy đồng hóa (Homogenizer)

Nguyễn Phi 24/ 06/ 2022

Về Máy đồng hóa Homogenizer

Khái niệm

Máy đồng nhất là một loại thiết bị trộn được sử dụng để tạo ra một hỗn hợp đồng nhất và nhất quán. Nó hoạt động bằng cách phá vỡ các thành phần và phân phối chúng đồng đều trong toàn bộ dung dịch. Các thành phần là không thể trộn lẫn, có kích thước khác nhau hoặc ở các giai đoạn khác nhau. Ngoài việc tạo ra một hỗn hợp đồng nhất, thiết bị đồng nhất còn phục vụ các chức năng bổ sung tương tự như các thiết bị trộn khác. Một số chức năng này là nhũ hóa, tạo huyền phù, nghiền, phân tán và hòa tan.

Máy đồng hóa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, chế biến hóa chất, sản xuất nông sản, phòng thí nghiệm và thử nghiệm.

Máy đồng hóa thường được sử dụng song song với máy trộn lực cắt cao, máy trộn hàng loạt và máy trộn cánh khuấy. Chúng thường được cài đặt ở phía dưới để tạo ra hỗn hợp mịn hơn. Một số loại máy đồng hóa không thể chấp nhận các sản phẩm có thành phần thô cao do nguy cơ tiêu thụ năng lượng cao, giảm tốc độ dòng chảy, sinh nhiệt và tăng mài mòn vật liệu. Máy trộn ở phía trên của thiết bị đồng hóa được sử dụng để điều hòa chất lỏng trộn trước.

Nguồn gốc lịch sử

Sự phát triển của máy đồng nhất bắt đầu vào đầu những năm 1900 khi Auguste Gaulin phát minh ra một thiết bị để đồng nhất sữa. Thiết bị bao gồm một máy bơm, ba pít-tông với mao dẫn ống được lắp vào khi xả. Hoạt động mao dẫn ống như một thiết bị chuyển đổi áp suất chất lỏng thành vận tốc. Ở hạ lưu các ống mao dẫn là một van lõm,tạo thành các dòng chảy của sữa.

Sơ đồ về máy đồng nhất của Gaulin

Sự phát triển tiếp theo của thiết bị thay đổi thay thế ống mao dẫn bằng một ống nhỏ duy nhất. Khía cạnh quan trọng ở đây là khoảng trống nhỏ được đặc trưng bởi một ống dẫn quy trình đồng nhất. Nhiều định dạng khe khác nhau đã được phát triển và ứng dụng của thiết bị đã được cải thiện.

Nguyên lý hoạt động

Chất đồng hóa được sử dụng để trộn nhũ tương và huyền phù. Nhũ tương là một hỗn hợp của hai hoặc nhiều chất lỏng thường không thể trộn lẫn do sự chuyển từ pha lỏng sang phân tách lỏng của chúng. Từ pha lỏng sang lỏng phân tách này được thực hiện bởi một số cơ chế vật lý như sức căng bề mặt, phân cực hoặc lực đẩy, và độ nhớt. Nhũ tương đồng nhất đôi khi được gọi là chất keo, là một thuật ngữ được sử dụng để bao gồm một phân loại hỗn hợp rộng hơn.

Nhũ tương

Huyền phù là một hỗn hợp bao gồm các phần tử rắn lắng xuống và không thể hòa tan hoàn toàn trong hỗn hợp. Sự phân tách của các hạt rắn là do kích thước lớn của chúng. Kích thước của chúng lớn hơn khoảng hàng trăm đến hàng nghìn lần so với kích thước của các hạt phân tán trong dung dịch đồng nhất.

Huyền phù

Biết được các loại hỗn hợp không đồng nhất được xử lý bởi thiết bị đồng nhất, có thể thấy rõ cách thức hoạt động của thiết bị đồng nhất. Máy đồng nhất hoạt động bằng cách phá vỡ hoặc chia nhỏ các thành phần phân tán thành các hạt nhỏ hơn và sau đó phân phối chúng đồng đều trong hỗn hợp. Hoạt động được tạo ra bởi thiết bị đồng hóa liên tục phá vỡ sự hình thành các hạt lớn do tính không kết tủa và kết tủa.

Quá trình đồng nhất xảy ra trong van đồng nhất, là thành phần chính của thiết bị. Trước đó, người ta đã đề cập rằng van đồng hóa đầu tiên là một bộ phận lắp ráp với một ống mao dẫn và một van lõm. Ống mao dẫn điều chỉnh áp suất chất lỏng và chuyển nó thành động năng. Van lõm đóng vai trò là bề mặt tác động của tia chất lỏng. Các thiết kế hiện đại đã thay thế ống mao dẫn bằng một chỗ ngồi kết hợp với van ở một khe hở thích hợp để tạo ra một khe hở nhỏ cho dòng tiết lưu. Trong khoảng trống này, chất lỏng trải qua các điều kiện dòng chảy thích hợp để đồng nhất thông qua các nguyên tắc vật lý khác nhau.

Van đồng hóa

Hành động đồng nhất hóa được tạo ra bởi tác động tổng hợp của ba nguyên tắc vật lý chính:

Cắt xay ( Shearing): Sự cắt trong chất lỏng chủ yếu là do ma sát giữa các phân tử chất lỏng do độ nhớt. Trong điều kiện không trượt, các phân tử chất lỏng liền kề có cùng vận tốc. Tuy nhiên, khi có sự gián đoạn, chẳng hạn như gia tốc do rôto-stato gây ra hoặc sự lệch hướng do vòng tác động gây ra, các vận tốc khác nhau sẽ phát triển do ma sát bên trong của chất lỏng. Tại lớp ranh giới hoặc lớp giữa bề mặt đồng hóa và chất lưu, vận tốc của chất lỏng bằng không. Ra khỏi lớp biên, vận tốc của chất lỏng tiến tới cùng độ lớn như khi chất lỏng ở điều kiện không trượt. Quá trình cắt xảy ra bởi một hạt hoặc giọt lớn khi nó bị kẹt giữa các lớp chất lỏng với các vận tốc khác nhau. Lực cắt phá vỡ các hạt lớn và các giọt thành các kích thước nhỏ hơn.

Tạo khoang (Cavitation) : Sự tạo khoang xảy ra khi chất lỏng bị giảm áp suất lớn. Thông thường, ngược dòng của van đồng hóa là một máy bơm đưa chất lỏng vào ở áp suất cao hơn. Áp suất của chất lỏng được chuyển đổi thành động năng khi nó đi qua van đồng hóa. Khi giảm áp suất đủ lớn, áp suất hơi của chất lỏng vượt quá áp suất tuyệt đối bên trong thiết bị đồng hóa. Điều này cho phép hình thành các khoang từ các túi hơi nhỏ trong chốc lát. Khi các khoang này sụp đổ hoặc nổ tung, các sóng xung kích được giải phóng, và chúng phá vỡ các hạt và giọt trong hỗn hợp.

Sự tạo khoang

Xoáy lốc ( Turbulance): Nguyên tắc vật lý cuối cùng liên quan đến quá trình đồng nhất là sự hỗn loạn. Sự hỗn loạn xảy ra khi chất lỏng đạt được tốc độ cao. Vận tốc cao tạo ra chuyển động không đều trong chất lỏng. Những chuyển động không đều này là một dạng tiêu tán năng lượng, trong đó động năng của chất lỏng được chuyển thành nội năng dưới dạng dòng xoáy và một số nhiệt lượng. Các dòng xoáy được tạo ra giúp phá vỡ các hạt thành các kích thước nhỏ hơn.

Các vòng xoáy lốc được tạo ra như mô tả

Cấu tạo

Máy đồng hóa thường được cấu tạo bởi các thành phần cơ bản như sau:

Thành phần chính sẽ bao gồm 3 piston nằm ngang đóng vai trò như là một chiếc bơm có khả năng đồng hóa.
Phần dẫn động sẽ bao gồm máy motor có khả năng truyền lực bằng bộ dây đai chữ V, với puli và bộ giảm tốc.
Phần vỏ của máy đồng hóa được làm bằng gang đúc để có thể đảm bảo được độ chắc chắn và khối lượng cần thiết để không bị quay khi tiến hành trộn.
Khối bơm áp suất cao được tạo nên bởi các khối thép không gỉ và được đặt các piston bên trong. Các van sẽ được lắp với các piston làm từ thép tôi cứng, có khả năng chịu nhiệt lên đến 85°C.
Thiết bị đồng hóa với áp suất đồng hóa có thể thay đổi tùy theo người sử dụng.

Thiết bị đồng hóa

Hệ thống điều khiển là phần bao gồm các hệ thống van điều khiển như van an toàn, hay van solenoid để làm mát.

Áp dụng của máy đồng hóa

Máy đồng hóa có vai trò rất quan trọng trong nền công nghiệp và đời sống, đặc biệt là đối với ngành công nghệ thực phẩm.Với ngành khoa học và thực phẩm thì đồng hóa được sử dụng để đồng hóa nhiều loại hợp chất, hay vật liệu,…giúp xử lý nguyên liệu để các quá trình sản xuất tiếp theo được trơn tru hơn. Không những thế, máy đồng hóa cũng làm tăng khả năng bảo quản cho sản phẩm.

Máy đồng hóa thường được dùng nhiều trong sản xuất thực phẩm như kem, sữa, bơ,….