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高压微射流均质机选购指南(上)——主要参数篇
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高压微射流均质机选购指南(上)——主要参数篇

 

在确认使用高压微射流均质机作为精细工艺的工具后,用户们便开始面临诸多产品选购的疑惑,比如:该选用多大压力的设备?设备的处理流量应该选择多大?设备实际的处理能力是否能达到要求?以及最关键的:价格是否在预算范围之内等等。

 

本系列文章旨在于为有意向选购高压微射流均质机,但尚未确定适配参数和具体预算的用户提供一些建议;帮助用户梳理该类型设备的原理、核心软硬件功能、参数意义等,从而能够将宝贵的金钱花在刀刃上,最终选购得一款适合自身的高压微射流均质机。

 

  • 均质压力

均质压力:

既选择了高压均质设备,许多用户便自然而然地将首要关注点放在了“设备能达到多高的压力”上。其实,“高压”仅是相对条件下的“因”,而“均质效果”、“分散效果”才是需要实际考察的“果”。

设备是否能够达到2000bar(29000psi)还是3000bar(45000psi)对于绝大多数行业的应用而言并无太大意义,通常使用1000bar至1750bar(约15000psi至25000psi)并搭配优质的金刚石均质腔(Y型75μm孔径、Z型87μm孔径),所产生的超高剪切力已经能够满足物料的均质、分散、乳化等要求,减小粒径、降低粒径分布效果显著。

 

压力稳定:

微射流均质机能够立足于高附加值、复杂配方、制剂等应用的根本,是其长时间持续稳定而均匀的压力输出——配合固定孔径的均质腔从而使得样品在均质过程中受到的剪切力、碰撞力等工艺条件基本相同。

因此在选购时可细心对比观察均质过程中实际达到的压力是否与设定的压力值相符,最大偏差为多少psi?多久能稳定?能稳定多久?等等。

 

压力输出间隔:

高压微射流均质机以增压模块驱动柱塞推动物料,那么稳定的压力输出与柱塞回拉、推动的时间间隔息息相关。设计精良的微射流均质机具备品质更好的动力传输装置,能够尽可能的减少柱塞回拉加压过程中的“零压力时间(zero pressure time)”,用户在考察选购时须留心观察此点,即柱塞每一次推动的时间间隔不应过长,孰优孰劣当下立判。

 

注:不断反复的较长零压力时间意味着微射流均质机的看家本领(稳定输出压力)将大打折扣,样品则无法获得充分的均质效果,在处理量放大、工艺放大后将尽览无疑;因零压力而停留在均质腔中遭受到的“烘烤”环境对于温度敏感样品而言无疑是毁灭性的破坏。(均质腔内部将因均质压力带来不同程度的升温)

 

  • 处理流量

在确认比对均质压力相关的功能及参数后,随之而来的便是:高压微射流均质机的产量多大?处理流量是多少?一批次样品需要处理多久?等等问题。

那么实际运行过程中,我们会遇到哪些值得关注的点呢?

 

参数流量:

通常设备标注的参数上,处理流量的数值是以水为例。针对不同物料的具体流量与其自身浓度、粘度等有关,搭配不同规格孔径的均质腔亦是考量因素之一。均质压力稳定与否也决定了处理流量的稳定情况。

 

实际产量:

  • 均质效果

实验、生产过程中所能达到的实际产量还需结合工艺要求的“均质次数”进行考量,能够“率先”达到目标效果的设备无疑是优选产品。

例如:在使用相同压力、相同规格金刚石均质腔,PSI-20及Nano两款高压微射流均质机制备的样品平均粒径相差不大(如200nm±15nm),但在影响产品性质、稳定性、功能性的“尾端大颗粒(如1-10μm)”的分散效果方面,PSI-20总能够比后者少一次均质次数达到要求;某配方工艺下,使用高压阀式均质机需循环处理8次能够达到要求,而高压微射流均质机仅需2次便能满足……

  • 连续运行能力

考量实际产量的另一标准为连续运行能力,小试、实验型高压微射流均质机由于硬件限制通常需要较长时间进行增压(意味着较长的零压力时间)以达到高压工况,往往连续运行30至60分钟时便需要停机冷却。具备发动机冷却循环功能的设备则无此烦恼,当动力系统达到一定温度阈值时,外接的冷水或自来水便能够确保发动机油温保持在适宜的工作温度下,以使得设备进行连续数小时的稳定高压运行。

 

针对高压微射流均质机最核心的两项参数——压力、流量,相信大家此时心中已经有了大致判断。有关实际使用过程中可能遇到的使用效率及适配度问题,特此例举两点进行收尾总结:

 

微量研发:事实上微量样品的均质面临着非常苛刻的条件——1.样品如何很好的预处理、分散?2.均质压力尚未稳定达到设定值,样品已经循环1次完毕。3.桌面型微射流均质机(通常为流量3-10L/h)的压力输出间隔较长,如何确保工艺的稳定?等等(关于微量样品的高压微射流均质,我们将另起一文进行讨论)。

因此笔者建议除稀有、珍贵样品外,尽可能多准备一些样品,并选用压力更为稳定、输出间隔更短,同时能够控制死体积量的“中试”设备进行研发实验(各行业定义小试、中试、生产的标准不同)。

 

小规模生产:若样品需要较多次数的均质,且用户希望能够稳定达到每小时数升的产量时,则不建议选购流量为15L/h(250ml/min以下的“实验型微射流均质机”进行小规模生产。低流量状态下的循环制备及停机需求不仅使得实际产量大打折扣,同时更为频繁的总使用次数将使设备维护成本陡然上升。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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