Dans des industries telles que l'alimentation, les produits pharmaceutiques, les cosmétiques et la chimie fine, nous devons souvent mélanger de manière stable deux liquides autrement insolubles, tels que l'huile et l'eau, pour former un système dispersé appelé « émulsion». L'équipement central pour réaliser ce processus est le réservoir d'émulsion. Cet article présentera une analyse rigoureuse des réservoirs d'émulsion du point de vue des principes scientifiques et de la conception technique.

I. définitions et fonctions essentielles

Le réservoir d'émulsification, nom complet du réservoir de réaction d'émulsification, est un récipient chimique de précision qui combine de nombreuses fonctions telles que le mélange, la dispersion, l'homogénéisation, l'émulsification, le chauffage, le refroidissement, etc. Sa fonction principale est la dispersion uniforme et stable d'un liquide sous forme de minuscules gouttelettes (généralement de l'ordre du micron) dans un autre liquide non soluble en appliquant une force mécanique de cisaillement de haute résistance, créant ainsi une émulsion stable.

Un processus d'émulsification réussi, plus qu'un simple mélange, doit surmonter la tension interfaciale massive entre les liquides et s'assurer que les minuscules gouttelettes nouvellement formées ne se regroupent pas et ne se délaminent pas.

II. Principe de fonctionnement: la force de cisaillement est le noyau

Le principe de fonctionnement des réservoirs émulsifiants repose sur un concept physique central: la force de cisaillement.

1. Pré - traitement et mélange initial: Tout d'abord, les matières premières de la phase huileuse et de la phase aqueuse sont mélangées au préalable à l'intérieur du réservoir à l'aide d'un agitateur conventionnel (par exemple, ancre, palette) pour former un système de dispersion grossière. À ce stade, la taille des gouttelettes est grande et le système est très instable.

2. Haute émulsification de cisaillement: C'est l'étape la plus critique. La tête d'émulsification à haut cisaillement située au fond ou sur le côté de la cuve commence à tourner à grande vitesse. La tête d'émulsification est généralement composée d'un rotor et d'un Stator:

Rotor: pales tournant à grande vitesse (jusqu'à 0 - 3000 tr / min ou plus, vitesse linéaire jusqu'à 20 - 40 m / s).

Stator: manchon fixe immobile avec fentes ou trous de précision.

Lors du travail, le matériau mélangé grossièrement est fortement aspiré à l'intérieur de la tête d'émulsion par le rotor tournant à grande vitesse et, sous l'effet de la force centrifuge énorme, est projeté vers la fente du stator. Le matériau, lorsqu'il est forcé de traverser ces fentes de l'ordre du micron, est soumis à une combinaison de forces mécaniques de cisaillement violentes, de frottements hydrauliques à haute fréquence, de chocs d'extrusion et de turbulences.

3. Fragmentation et homogénéisation des gouttelettes: dans ce champ de force de cisaillement de haute intensité, les gouttelettes géantes sont instantanément déchirées, brisées en gouttelettes de l'ordre du micron plus petites. Les minuscules gouttelettes nouvellement générées augmentent considérablement la surface de contact entre les deux phases, ce qui permet à l'émulsifiant incorporé ultérieurement de s'adsorber rapidement à l'interface des gouttelettes, formant un masque de confinement solide qui réduit efficacement la tension interfaciale et empêche la réunion des gouttelettes.

4. Circulation et stabilisation finale: le matériau traité par la tête d'émulsion est éjecté à grande vitesse, mélangé à nouveau avec d'autres matériaux à l'intérieur du réservoir et avec la coopération de l'agitateur, un cycle est formé pour s'assurer que chaque partie du matériau à l'intérieur du réservoir peut passer à travers la zone de cisaillement élevé plusieurs fois, pour finalement obtenir une émulsion stable avec une distribution étroite de la taille des gouttelettes et une hauteur uniforme.

Iii. Structure et composants principaux

Un réservoir d'émulsification complet est un système complexe composé principalement de:

1. Réservoir:

Matériel: habituellement en acier inoxydable SUS304 ou sus316l, il assure la résistance à la corrosion, facile à nettoyer et répond aux exigences de GMP (Code de gestion de la qualité pour la production pharmaceutique).

Conception: conception à double enveloppe pour le passage de la vapeur / eau chaude (chauffage) ou de l'eau de refroidissement (refroidissement) pour un contrôle précis de la température du processus. La surface intérieure est généralement traitée avec un polissage miroir qui réduit les résidus de matériau.

2. Système d'agitation:

Agitation principale: généralement un agitateur lent (par exemple, ancre, cadre) pour le mélange macroscopique, le grattage des parois, empêchant le matériau de s'agglomérer sur les parois et aidant à former un cycle.

Tête d'émulsification à haut cisaillement: pièce de travail principale chargée de fournir la force de cisaillement principale. Différentes formes de tête de stator (telles que des trous ronds, des trous longs, des mailles, etc.) peuvent être choisies en fonction des besoins du processus pour obtenir différents effets de cisaillement.

3. Système de transmission: composé d'un moteur, d'un réducteur, etc., il fournit de l'énergie pour l'agitation et l'émulsification. Généralement avec contrôle de fréquence variable, la vitesse de rotation peut être ajustée en continu.

4. Autres systèmes auxiliaires:

Système de vide: utilisé pour éliminer les bulles d'air dans le matériau pendant l'émulsification, empêcher l'oxydation du produit et améliorer la compacité et la brillance du produit final.

Système de chauffage / refroidissement: réalisé par gaine ou serpentin.

Système de contrôle: PLC ou interface homme - machine pour régler et enregistrer les paramètres de processus tels que la température, la vitesse de rotation, le temps, le degré de vide, etc., pour une production automatisée.

Import - export et miroirs: pour l'alimentation, la sortie, le nettoyage et l'observation de la situation interne.

Paramètres de performance clés et considérations de sélection

Lors du choix ou de l'évaluation d'un réservoir d'émulsion, vous devez vous concentrer sur les paramètres suivants:

1. Le taux de cisaillement et la force de cisaillement: détermine directement la capacité d'écrasement des gouttelettes, étroitement liée à la vitesse linéaire du rotor, à l'espace rotorique fixe.

2. Vitesse linéaire du rotor: un indicateur clé pour mesurer la force de travail de la tête d'émulsion, plus la vitesse linéaire est élevée, généralement plus la force de cisaillement est forte.

3. Entrée de puissance: la puissance du moteur détermine la capacité et l'efficacité globale de l'équipement pour traiter des matériaux à haute viscosité.

4. Structure de rotor fixe: différentes combinaisons de structure sont applicables aux matériaux avec différentes viscosités et différentes exigences de taille de particule finale.

5. Forme d'étanchéité: la fiabilité et le niveau d'hygiène du Joint mécanique sont essentiels.

Fonction 6.cip / SIP: avec ou sans nettoyage en ligne et stérilisation en ligne, est une exigence stricte pour l'industrie pharmaceutique et alimentaire.

V. Principaux domaines d'application

1. Industrie alimentaire: produits laitiers (yaourt, lait aromatisé), boissons, crème glacée, sauces (mayonnaise, sauce à salade), crème, condiments, etc.

2. Industrie cosmétique: crème, Lotion, sérum, shampooing, gel douche, dentifrice, etc.

3. Industrie pharmaceutique: lotions, pommades, crèmes, suppositoires, liposomes, fluides de culture cellulaire, etc.

4. Chimie fine: crème de pesticide, peinture, encre, lubrifiant, dispersion de Nanomaterial, etc.

Vi. Résumé

Loin d'être un simple récipient de mélange, le réservoir d'émulsion est un appareil d'homogénéisation en cisaillement à haute intensité conçu sur les principes de la mécanique des fluides de précision. Il génère une densité d'énergie locale par la rotation de la structure statorique, qui convertit efficacement l'énergie mécanique en énergie interfaciale, surmontant ainsi les forces intermoléculaires pour affiner et stabiliser la matière. La qualité supérieure ou inférieure de ses propriétés détermine directement la stabilité, la texture, l'apparence et la durée de conservation du produit final. Par conséquent, une compréhension approfondie du principe de fonctionnement et de la structure est essentielle pour le développement des processus, la sélection des équipements et le contrôle de la qualité des produits dans les industries concernées.