二、均质设备 概述
由斯托克斯公式可知，混合液体中颗粒沉降速度与颗粒直径的平方成正比， 颗粒直径减小，颗粒沉降速度降低；当颗粒直径接近介质分子大小时，斯托克斯 公式不再使用，分子和颗粒之间形成了一种粘合作用力，使得分离很难发生。 均质就是使较大颗粒粉碎成无数接近于液体分子大小的微粒，使微粒稳定， 均匀地分散在液体介质中而不发生分离。均质后的液体粘度呈上升趋势。 Stoke定律:
1.均质的目的
(1)减缓混合液分离 混合液中轻液（颗粒）有上浮并在表面形成一层乳脂层的倾向，利用此特性 可以进行牛乳分离。但果汁必须避免轻颗粒上浮分离。均质是有效防止产品中轻 颗粒上浮的基本方法。 (2)获得稳定的、液相均匀的产品 均质处理可使脂肪球的平均直径缩小到原来的1/10，而脂肪球数则比未经处 理的乳液中多1000倍。脂肪球与乳液之间的总界面增加约 100倍。在此情况下， 分子和微小颗粒之间形成了一种粘合作用力，使微粒稳定均匀地分散在液体介质 中，不发生分离，从而获得稳定的、液相均匀的液体混合物。 (3)有利于消化和吸收 由于均质后的脂肪球较小，与其他营养素混合时消化率可高达 95%左右，因 此有利于人体的消化和吸收。
图左为柱塞往复泵泵体结构图，柱塞向右运动时，进液阀开启，排液阀关闭； 柱塞向左运动时，进液阀关闭，排液阀开启，将物料压出。 图右为均质阀及均质过程。物料通过均质阀平面密合面时被挤出，从均质出 料口排出，均质阀杆则通过油压顶住阀芯平面，均质压力大小通过油压调整得到。
3.三柱塞式均质机的生产能力和功率
2.均质特点
(1)优点 分布均匀、降低氧化敏感性、风味趋于一致。 3.均质作用原理 (2)缺点 对阳光敏感，阳光的作用使其迅速产生一种腐蚀性的金属味道；对 均质机理有以下三个方面: 脂酶的侵袭敏感；蛋白质的热稳定性降低。 (1)剪切作用 颗粒高速度通过均质头中的窄缝时，由于涡流而对脂肪产生 由于蛋白质的热稳定性降低，在灭菌奶生产过程中，均质须在最后阶段进 剪切作用，使脂肪球破碎。 行，否则高温灭菌时蛋白质有凝结的危险，而导致牛乳包装中的蛋白质沉淀。 (2)空穴作用 液体静压能降至扩散相的蒸汽压力之下，在液体内部产生局 部瞬时真空，形成空穴现象，使颗粒爆裂而粉碎。 (3)撞击作用 当颗粒以高速度冲击均质阀时，使之破碎。 高压均质机中前后设置两个均质头进行双级均质处理来提高均质效果。
（5）胶体磨
（一）高压均质机
高压均质机是由高压泵和均质阀组成的一种持殊形式的高压泵。 1. 2.主要结构 工作原理
目前的高压均质机为同一类型的三柱塞往复泵。高压泵和均质机的差别在于 均质机因制造厂家不同，结构上各有特点，但主要由泵体、均质阀、电动机、 进料时，柱塞后退，泵腔内出现低压，液料受外压作用下经单向阀进入泵腔； 排出口安装的阀门不同，前者配安全阀，当压力过高时可使液体回到吸入口，后 传动机构与机架组成。图所示为均质机的基本结构。电动机动力通过传动机构 排料时，柱塞前进，泵体内物料受挤产生高压，吸料单向阀在高压作用下关闭， 者配均质阀，液体通过均质阀后恢复至常压。 ( 排料单向阀被顶开，料液从排出单向阀门排出，如在出口管道上配置均质阀组， 皮带、齿轮减速器) 驱动曲轴旋转，连杆、滑块将旋转运动转变成直线往复运 动。在滑块的前端装有不锈钢柱塞，不锈钢柱塞一段伸入到泵体内，泵体由一块 物料在通过均质阀的密合面时而得到均质。均质阀可以是一组 (即一级)，也可 (或多块)不锈钢组成，分别装入进料和排料的单向阀。 以是二组 (二级)串联的。均质阀的阀体的结构如图。
V=2g(ρ1－ρ2) r2 /9η （cm/s） V 为球形颗粒的沉降速率 (cm/s ） g 为重力加速度 (cm/s2) ρ1 为颗粒密度 (g/cm3）ρ2为介质密度 (g/cm3) r为颗粒半径 (cm) η为介质粘度 (pa·s)
应用 化工行业：油漆涂料，各种乳化剂，杀虫剂，感光乳剂，橡 胶浆，树脂胶，增稠剂，膨润土，香精等。 化妆品行业：洗涤剂，调理剂，润肤露，香水等。 食品饮料行业：豆乳、牛乳，花生乳，浓缩乳，奶油，混合 乳酪，各种果肉型天然饮料，冰淇淋，花粉液，食品添加剂， 各种调味品等。 制药行业：抗生素，抗酸剂，液浆制剂，静脉乳剂等。 生物工程技术：高压均质机能够高效率地对细胞壁进行破碎 从而提取其内含物：如酶、朊等。
4.均质机分类
（1）高压均质机 利用高压泵产生高压，物料通过一级或几级均质阀后，实现物料均质。 双级均质阀 第一级：高压流体区 压力：200～250大气压 作用：使脂肪球破碎 第二级：低压区：压力：35大气压 作用：使脂肪球均匀分散
（2）高剪切旋转式均质机
高剪切旋转式均质机的关键部件是由固定的定子和高速旋转的转子组成。 代表机型有蜗轮乳化机、胶体磨及高效湿法分散机等。适用于均质粘度大的料 液，用于对粘度超过l0Pa.s的液体进行有效均质，分散相液滴尺寸降至5μm以 下。
(1)生产能力 往复泵的理论流量取决于活塞行程和活塞面积，对于三柱塞式 均质机，其生产能力可按下式计算: Qv=15Nd2 S n Z ψ （m3/h） Qv：柱塞式往复泵的输送能力 (m3/h) d：柱塞直径 (m) S：柱塞行程 (m) Z：柱塞个数 n：柱塞往复次数 (次/min) ψ：工作容积的装填系数,一般为0.8～0.9。 对一定形式的往复式均质机，理论流量恒定，只决定于活塞的直径 d，行 程S及频率n，它不随压力而改变，因而没有离心泵那样的性能曲线。 (2)功率计算 均质功率可按下式计算 P =Qvr h/3600×102η P：所需功率 (kw) h：液体输出总压头(mH2O) r：液体密度 (kg/m3) η：泵的总效率系数 102：功率折算系数
（3）离分离机上部的稀奶油室内安装一个带齿 的圆盘，齿盘边缘带有许多凸出的尖齿，均匀分布于圆周上，齿前端边缘呈凸流 线型，后端边缘削平。改变圆盘的直径和齿数都可以得到不同脂肪破碎度的液料， 实现不同的均质要求。均质后的稀奶油可以与脱脂乳均匀一起排出。
(4)喷射式均质机 利用蒸汽或压缩空气气流给物料提供均质所需的能量。高速流动的物料颗粒 相互碰撞，或使颗粒与金属表面高速撞击，将颗粒粉碎成细小的粒子，实现均质。 此类均质机由于均质料液与蒸汽或空气直接混合，对产品的风味有一定的影响。 不适用于易氧化的产品。